若函数 $ y=f\left(x\right) $ 在 $ x=x_0 $ 处取得极大值或极小值,则称 $ x_0 $ 为函数 $ y=f\left(x\right) $ 的极值点.已知 $ a,b $ 是实数,$ 1 $ 和 $ -1 $ 是函数 $ f\left(x\right)=x^3+ax^2+bx $ 的两个极值点.
【难度】
【出处】
2012年高考江苏卷
【标注】
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求 $ a $ 和 $ b $ 的值;标注答案$ a=0 $,$ b=-3 $解析由题设知\[ f '\left(x\right)=3x^2+2ax+b, \]且\[ \begin{split} f '\left(-1\right)&=3-2a+b=0,\\f ′\left(1\right)&=3+2a+b=0, \end{split} \]解得\[ a=0,b=-3. \]
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设函数 $ g\left(x\right) $ 的导函数 $ g'\left(x\right)=f\left(x\right)+2 $,求 $ g\left(x\right) $ 的极值点;标注答案$ g\left(x\right) $ 的极值点为 $ -2 $解析由(1)知\[f\left(x\right)=x^3-3x .\]因为 $ f\left(x\right)+2=\left(x-1\right)^2\left(x+2\right) $,所以 $ g'\left(x\right)=0 $ 的根为\[ x_1=x_2=1,x_3=-2 ,\]于是函数 $ g\left(x\right) $ 的极值点只可能是 $ 1 $ 或 $ -2 $.
当 $ x<-2 $ 时,$ g'\left(x\right)<0 $;
当 $ -2<x<1 $ 时,$ g'\left(x\right)>0 $,故 $ -2 $ 是 $ g\left(x\right) $ 的极值点.
当 $ -2<x<1 $ 或 $ x>1 $ 时,$ g'\left(x\right)>0 $,故 $ 1 $ 不是 $ g\left(x\right) $ 的极值点.
所以 $ g\left(x\right) $ 的极值点为 $ -2 $. -
设 $ h\left(x\right)=f\left(f\left(x\right)\right)-c $,其中 $ c\in \left[-2,2\right] $,求函数 $ y=h\left(x\right) $ 的零点个数.标注答案当 $ |c|=2 $ 时,函数 $ y=h\left(x\right) $ 有 $ 5 $ 个零点;当 $ |c|<2 $ 时,函数 $ y=h\left(x\right) $ 有 $ 9 $ 个零点解析令 $ f\left(x\right)=t $,则\[ h\left(x\right)=f\left(t\right)-c .\]先讨论关于 $ x $ 的方程 $ f\left(x\right)=c $ 根的情况,$ c\in \left[-2,2\right] $.
由(1)知\[ f ′\left(x\right)=3\left(x+1\right)\left(x-1\right) .\]所以 $f\left(x\right)$ 在 $\left(-\infty,-1\right)$ 与 $\left(1,+\infty\right)$ 上单调递增,在 $\left(-1,1\right)$ 上单调递减;又由(2)知,$ f\left(x\right)=-2 $ 有两个不同的根为 $ 1 $ 和 $ -2 $,注意到 $ f\left(x\right) $ 是奇函数,得到 $f\left(x\right)$ 的草图如下:于是,当 $ |c|=2 $ 时,$ f\left(x\right)=c $ 有两个不同的根 $ x_1$,$x_2 $ 满足 $ |x_1|=1$,$|x_2|=2 $;
当 $ |c|<2 $ 时,$ f\left(x\right)=c $ 有三个不同的根 $ x_3$,$x_4$,$x_5 $ 满足 $|x_i|<2,i=3,4,5$.
结合考虑 $f\left(x\right)=x_i,i=1,2,3,4,5$ 的零点我们得到 $y=h\left(x\right)$ 的零点:
(i)当 $ |c|=2 $ 时,$ f\left(t\right)=c $ 有两个根 $ t_1$,$t_2 $ 满足 $ |t_1|=1$,$|t_2|=2 $,而 $ f\left(x\right)=t_1 $ 有三个不同的根,$ f\left(x\right)=t_2 $ 有两个不同的根,故 $ y=h\left(x\right) $ 有 $ 5 $ 个零点.
(ii)当 $ |c|<2 $ 时,$ f\left(t\right)=c $ 有三个不同的根 $ t_3$,$t_4$,$t_5 $ 满足 $ |t_i|<2,i=3,4,5 $,而 $ f\left(x\right)=t_i\left(i=3,4,5\right) $ 各有三个不同的根,故 $ y=h\left(x\right) $ 有 $ 9 $ 个零点.
综上可知,
当 $ |c|=2 $ 时,函数 $ y=h\left(x\right) $ 有 $ 5 $ 个零点;当 $ |c|<2 $ 时,函数 $ y=h\left(x\right) $ 有 $ 9 $ 个零点.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2
问题3
答案3
解析3
备注3