已知函数 $f\left(x\right) = \left(4{x^2} + 4ax + {a^2}\right)\sqrt x $,其中 $a < 0$.
【难度】
【出处】
2014年高考江西卷(文)
【标注】
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当 $a = - 4$ 时,求 $f\left(x\right)$ 的单调递增区间;标注答案$\left({0,\dfrac{2}{5}} \right)$ 和 $ \left( {2,+\infty } \right)$解析本题是利用导数研究函数的单调性问题.按照不含参函数求单调性的步骤即可.当 $a = - 4$ 时,\[f\left( x \right) = {\left( {2x - 4} \right)^2}\sqrt x = 4{\left( {x - 2} \right)^2}\sqrt x ,\]$f\left( x \right)$ 的定义域为 $\left[ {0, + \infty } \right)$,\[\begin{split}f' \left( x \right) & \overset{\left[a\right]}= 8\left( {x - 2} \right)\sqrt x + \dfrac{2{{{\left( {x - 2} \right)}^2}}}{\sqrt x } \\& = \dfrac{2{\left( {x - 2} \right)\left( {5x - 2} \right)}}{\sqrt x },\end{split}\](推导中用到[a]).
令 $f'\left( x \right) > 0$,得 $0< x < \dfrac{2}{5}$ 或 $x > 2$,所以当 $a = - 4$ 时,$f\left(x\right)$ 的单调递增区间为 $\left({0,\dfrac{2}{5}} \right)$ 和 $ \left( {2,+\infty } \right)$. -
若 $f\left(x\right)$ 在区间 $\left[1,4\right]$ 上的最小值为 $ 8 $,求 $a$ 的值.标注答案$a = - 10$解析本题是已知函数的最小值求参数的值得问题,此题是利用导数研究含参函数最值的步骤分类讨论求得最小值,让其等于 $8$,求得 $a$ 的值,注意需要检验 $a$ 是否满足条件.$f\left( x \right) = {\left( {2x + a} \right)^2}\sqrt x $,\[\begin{split}f'\left( x \right) & \overset{\left[a\right]} = 4\left( {2x + a} \right)\sqrt x + \dfrac{{{{\left( {2x + a} \right)}^2}}}{2\sqrt x } \\& = \dfrac{{\left( {2x + a} \right)\left( {10x + a} \right)}}{2\sqrt x },\end{split}\](推导中用到[a]).
令 $f'\left( x \right) = 0$,得\[{x_1} = - \dfrac{a}{2},{x_2} = - \dfrac{a}{10},\]$\because a < 0$,$\therefore$ $ {x_1} > {x_2} > 0,$
所以,在区间 $\left( {0, - \dfrac{ a }{ 10 }} \right),\left( { - \dfrac{ a }{ 2 }, + \infty } \right)$ 上,$f'\left( x \right) > 0$,$f\left(x\right)$ 单调递增;在区间 $\left( { - \dfrac{ a }{ 10 } , - \dfrac{ a }{ 2 }} \right)$ 上,$f'\left( x \right) < 0$,$f\left(x\right)$ 单调递减.
又易知\[f\left( x \right) = {\left( {2x + a} \right)^2}\sqrt x \geqslant 0,\]且 $f\left( { - \dfrac{a}{2}} \right) = 0$,
① 当 $ - \dfrac{a}{2} \leqslant 1$,即 $ - 2 \leqslant a < 0$ 时,$f\left(x\right)$ 在区间 $\left[1,4\right]$ 上的最小值为 $f\left( 1 \right)$,由\[f\left( 1 \right) = 4 + 4a + {a^2} =8,\]得 $a = - 2 \pm 2\sqrt 2$,均不符合题意.
② 当 $1 < - \dfrac{a}{2} \leqslant 4$,即 $ - 8 \leqslant a < - 2$ 时,$f\left(x\right)$ 在区间 $\left[1,4\right]$ 上的最小值为 $f\left( { - \dfrac{a}{2}} \right) = 0$,不符合题意.
③ 当 $ - \dfrac{a}{2} > 4$,即 $a < - 8$ 时,$f\left(x\right)$ 在区间 $\left[1,4\right]$ 上的最小值可能在 $x = 1 或 x = 4$ 时取到,而 $f\left( 1 \right) \ne 8$,所以\[f\left( 4 \right) = 2\left(64 + 16a + {a^2}\right) = 8,\]得\[a = - 10 或 a = - 6 \left(舍去\right),\]当 $a = - 10$ 时,$f\left(x\right)$ 在区间 $\left[1,4\right]$ 上单调递减,$f\left(x\right)$ 在区间 $\left[1,4\right]$ 上的最小值 $f\left( 4 \right) = 8$,符合题意.
综上,$a = - 10$.
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