设函数 $f\left(x\right)=x^3-ax-b,x\in \mathbb R$,其中 $a,b\in \mathbb R$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
-
求 $f\left(x\right)$ 的单调区间;标注答案当 $ a\leqslant 0 $ 时,函数 $ f\left(x\right) $ 的单调递增区间为 $ \left(-\infty,+\infty\right) $,没有单调递减区间.
当 $ a>0 $ 时,函数 $ f\left(x\right) $ 的单调递增区间是 $ \left(-\infty,-\dfrac{\sqrt{3a}}3\right) $ 和 $ \left(\dfrac{\sqrt{3a}}3,+\infty\right) $,单调递减区间是 $ \left(-\dfrac{\sqrt{3a}}3,\dfrac{\sqrt{3a}}3\right) $.解析本题考查利用导数研究函数的单调性,需要分类讨论.函数 $ f\left(x\right) $ 的导函数 $ f'\left(x\right)=3x^2-a $.
情形一:$ a\leqslant 0 $.
此时恒有 $ f'\left(x\right)\geqslant 0 $,于是函数 $ f\left(x\right) $ 的单调递增区间为 $ \left(-\infty,+\infty\right) $,没有单调递减区间.
情形二:$ a>0 $.
此时函数 $ f\left(x\right) $ 的单调递增区间是 $ \left(-\infty,-\dfrac{\sqrt{3a}}3\right) $ 和 $ \left(\dfrac{\sqrt{3a}}3,+\infty\right) $,单调递减区间是 $ \left(-\dfrac{\sqrt{3a}}3,\dfrac{\sqrt{3a}}3\right) $. -
若 $f\left(x\right)$ 存在极值点 $x_0$,且 $f\left(x_1\right)=f\left(x_0\right)$,其中 $x_1\ne x_0$,求证:$x_1+2x_0=0$;标注答案略.解析先借助极值点处的导数值为零,得到 $a$ 与 $x_0 $ 的等量关系,再根据结论特点整理 $f\left(-2x_0\right) $ 使其等于 $ f\left(x_0\right) $,即可得到结论.因为 $ x_0 $ 是 $ f\left(x\right) $ 的极值点,故由第(1)问可知,$ a>0 $,且 $ f'\left(x_0\right)=0 $,即 $ a=3x_0^2 >0 $.由题意可知,关于 $ x $ 的方程 $ f\left(x\right)=f \left(x_0\right) $ 有且只有两个不同的实根 $ x_0,x_1 $.因为\[ f \left(-2x_0\right) =\left(-2x_0\right)^3-3x_0^2\left(-2x_0\right)-b=-2x_0^3-b=x_0^3-ax_0-b=f\left(x_0\right), \]且 $ -2x_0\ne x_0 $(否则由 $ x_0=0 $ 可推出 $ a=0 $,矛盾),故\[ -2x_0=x_1, 即 x_1+2x_0=0. \]
-
设 $a>0$,函数 $g\left(x\right)=|f\left(x\right)|$,求证:$g\left(x\right)$ 在区间 $\left[-1,1\right]$ 上的最大值不小于 $\dfrac 14$.标注答案略.解析由第二问的结论,考虑极端情况(端点函数值等于极值),分析 $ f\left(x\right) $ 在 $ x=-1,-\dfrac 12,\dfrac 12,1 $ 上的函数值,结合反证法证明结论即可.用反证法.假设 $ g\left(x\right) $ 在区间 $ \left[0,2\right] $ 上的最大值小于 $ \dfrac 14 $.
考虑\[ \begin{cases}f\left(-1\right)=-1+a-b,\\f\left(1\right)=1-a-b,\\f \left(-\dfrac{1}{2} \right)=-\dfrac{1}{8}+\dfrac{1}{2}a-b,\\f \left(\dfrac{1}{2} \right)=\dfrac{1}{8}-\dfrac{1}{2}a-b, \end{cases} \]我们有\[ \begin{cases}2-2a=f\left(1\right)-f\left(-1\right),\\a- \dfrac{1}{4}=f \left(-\dfrac{1}{2} \right)-f \left(\dfrac{1}{2} \right), \end{cases} \]所以\[ 2f \left(-\dfrac{1}{2} \right)-2f \left(\dfrac{1}{2} \right)+f\left(1\right)-f\left(-1\right)=\dfrac{3}{2}, \]但是\[\begin{split}&\left|2f \left(-\dfrac{1}{2} \right)-2f \left(\dfrac{1}{2} \right)+f\left(1\right)-f\left(-1\right)\right|\\& \overset{\left[a\right]}\leqslant 2\left|f\left(-\dfrac{1}{2} \right) \right|+2\left|f\left(\dfrac{1}{2} \right) \right|+\left|f\left(1 \right) \right|+\left|f\left(-1\right) \right|<\dfrac{3}{2},\end{split} \](推导中用到 [a].)矛盾.
所以 $ g\left(x\right) $ 在区间 $ \left[-1,1\right] $ 上的最大值不小于 $ \dfrac 14 $.
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