函数 $ f\left(x\right)=ax^3+3x^2+3x\left(a\neq 0\right) $.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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讨论函数 $ f\left(x\right) $ 的单调性;标注答案略.解析本题考查利用导数研究函数单调性的相关问题,对原函数求导,分析其导函数图象性质.对 $f\left(x\right)$ 求导得\[f'\left(x\right) = 3a{x^2} + 6x + 3,\]$f'\left(x\right) = 0$ 的判别式\[ \Delta=36\left(1-a\right). \](i)若 $ a\geqslant 1 $,则\[f'\left(x\right) \geqslant 0,\]且 $f'\left(x\right) = 0$ 当且仅当 $ a=1$,$x=-1 $,故此时 $ f\left(x\right) $ 在 $ {\mathbb{R}} $ 上是增函数.
(ii)由于 $ a\neq 0 $,故当 $ a<1 $ 时,$f'\left(x\right) = 0$ 有两个根:\[\begin{split}{x_1} & = \dfrac{{ - 1 + \sqrt {1 - a} }}{a}, {x_2} & = \dfrac{{ - 1 - \sqrt {1 - a} }}{a},\end{split}\]若 $ 0<a<1 $,则当 $x\in \left(- \infty ,x_{2}\right)$ 或 $x\in \left(x_{1},+ \infty \right) $ 时,$f'\left(x\right) > 0$,故 $ f\left(x\right) $ 在 $\left(- \infty ,x_{2}\right)$,$\left(x_{1},+ \infty \right) $ 上是增函数;
当 $x\in \left(x_{2},x_{1}\right)$ 时,$f'\left(x\right) < 0$,故 $ f\left(x\right) $ 在 $ \left(x_{2},x_{1}\right) $ 上是减函数;
若 $a<0$ 时,则当 $x\in\left(-\infty,x_1\right)$ 或 $x\in\left(x_2,+\infty\right)$ 时,$f'\left(x\right)<0$,故 $f\left(x\right)$ 在 $\left(-\infty,x_1\right)$,$\left(x_2,+\infty\right)$ 上是减函数;
当 $x\in\left(x_1,x_2\right)$ 时,$f'\left(x\right)>0$,故 $f\left(x\right)$ 在 $\left(x_1,x_2\right)$ 上是增函数. -
若函数 $ f\left(x\right) $ 在区间 $ \left(1,2\right) $ 是增函数,求 $ a $ 的取值范围.标注答案$ a $ 的取值范围是 $\left[ - \dfrac{5}{4},0\right) \cup \left(0, + \infty \right)$.解析本题考查利用导数研究函数单调性的相关问题,在给定区间上函数为增函数,即此区间上导函数恒非负,转化为不等式恒成立问题.然后通过参变分离进一步转化问题.$f\left(x\right)$ 在区间 $\left(1,2\right)$ 上是单调递增函数,所以\[f'\left(x\right)\geqslant 0\left(x\in\left(1,2\right)\right),\]即\[a\geqslant -\dfrac{2}{x}-\dfrac{1}{x^2}\left(x\in\left(1,2\right)\right)\]令 $g\left(x\right)=-\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{x^2}$,因为函数 $g\left(x\right)=-\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{x^2}$ 在 $\left(1,2\right)$ 上单调递增,所以\[a\geqslant g\left(2\right)=-\dfrac{5}{4},\]又因为 $a\ne 0$,所以 $a\in \left[-\dfrac{5}{4},0\right)\cup \left(0,+\infty\right)$.
综上,$ a $ 的取值范围是 $\left[ - \dfrac{5}{4},0\right) \cup \left(0, + \infty \right)$.
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