设函数 $f\left(x\right) = 1 + \left(1 + a\right)x - {x^2} - {x^3}$,其中 $a > 0$.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 讨论 $f\left(x\right)$ 在其定义域上的单调性;
    标注
    答案
    单调递增区间为:\[\left(\dfrac{{-1 - \sqrt {3a + 4} }}{ 3},\dfrac{{-1+\sqrt {3a + 4} }}{ 3}\right),\]单调递减区间为:\[\left( - \infty ,\dfrac{{-1 - \sqrt {3a + 4} }}{ 3}\right) 和 \left(\dfrac{{-1 +\sqrt {3a + 4} }}{ 3}, + \infty \right).\]
    解析
    注意导函数的图象开口方向向下,写原函数的单调性时勿弄反了;条件已给出了参数的范围,本题不需要分类讨论了.可以用导数研究单调性.由题可知 $f\left(x\right)$ 的定义域为 $\left(-\infty,+\infty\right)$.\[f'\left(x\right) = - 3{x^2} - 2x + 1 + a,\]因为 $ a > 0$,$\Delta = 12a + 16 > 0$,所以令 $ f'\left(x\right)=0 $,得\[ x_1 = \dfrac{{-1 - \sqrt {3a + 4} }}{3},x_2=\dfrac{-1+\sqrt {3a+4}}{3}.\]故 $ f'\left(x\right) > 0$ 的解为\[\left(\dfrac{{-1 - \sqrt {3a + 4} }}{3},\dfrac{{-1 + \sqrt {3a + 4} }}{ 3}\right),\]即单调递增区间为\[\left(\dfrac{{-1 - \sqrt {3a + 4} }}{ 3},\dfrac{{-1+\sqrt {3a + 4} }}{ 3}\right),\]$f'\left(x\right) < 0$ 的解为\[\left( - \infty ,\dfrac{{-1 - \sqrt {3a + 4} }}{3}\right) \cup \left(\dfrac{{-1 + \sqrt {3a + 4} }}{ 3}, + \infty \right),\]即单调递减区间为\[\left( - \infty ,\dfrac{{-1 - \sqrt {3a + 4} }}{ 3}\right) 和 \left(\dfrac{{-1 +\sqrt {3a + 4} }}{ 3}, + \infty \right).\]
  2. 当 $x \in \left[0,1\right]$ 时,求 $f\left(x\right)$ 取得最大值和最小值时的 $x$ 的值.
    标注
    答案
    ① 当 $ a \geqslant 4$ 时,$ f\left(x\right)$ 在 $x=0 $ 和 $x=1 $ 处,分别取得最小值和最大值.
    ② 当 $0<a<4 $ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x =\dfrac{-1+\sqrt{3a+4}}{3} $ 处,取得最大值.当 $ 0<a<1$ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x=1 $ 处取得最小值;当 $a=1 $ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x=0 $ 和 $x=1 $ 处同时取得最小值;当 $ 1<a<4$ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x=0 $ 处取得最小值.
    解析
    要研究闭区间上函数的最值,需研究给定区间上函数的单调性,结合第一题的结论,需要分类讨论求解,讨论划分的标准根据区间端点值的比较得出.因为 $a>0 $,所以 $x_1<0 $,$x_2>0 $.
    ① 当 $ a \geqslant 4$ 时,$x_2 \geqslant 1 $,由(1)知,$f\left(x\right) $ 在 $\left[0,1\right] $ 上单调递增,所以 $ f\left(x\right)$ 在 $x=0 $ 和 $x=1 $ 处,分别取得最小值和最大值.
    ② 当 $0<a<4 $ 时,$x_2<1 $,由(1)知,$f\left(x\right) $ 在 $\left[0,x_2\right] $ 上单调递增,在 $ \left[x_2,1\right]$ 上单调递减,所以 $f\left(x\right) $ 在 $x=x_2=\dfrac{-1+\sqrt{3a+4}}{3} $ 处,取得最大值.又 $f\left(0\right)=1 $,$ f\left(1\right)=a$,所以当 $ 0<a<1$ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x=1 $ 处取得最小值;当 $a=1 $ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x=0 $ 和 $x=1 $ 处同时取得最小值;当 $ 1<a<4$ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x=0 $ 处取得最小值.
    综上,① 当 $ a \geqslant 4$ 时,$ f\left(x\right)$ 在 $x=0 $ 和 $x=1 $ 处,分别取得最小值和最大值.
    ② 当 $0<a<4 $ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x =\dfrac{-1+\sqrt{3a+4}}{3} $ 处,取得最大值.当 $ 0<a<1$ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x=1 $ 处取得最小值;当 $a=1 $ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x=0 $ 和 $x=1 $ 处同时取得最小值;当 $ 1<a<4$ 时,$f\left(x\right) $ 在 $x=0 $ 处取得最小值.
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
0.109271s