已知函数 $f\left(x\right) ={x^2}- \dfrac{2}{3}a{x^3}\left(a > 0\right)$,$x \in{\mathbb{R}}$.
【难度】
【出处】
2014年高考天津卷(文)
【标注】
  • 知识点
    >
    微积分初步
    >
    利用导数研究函数的性质
    >
    利用导数研究函数的单调性
  • 知识点
    >
    微积分初步
    >
    利用导数研究函数的性质
    >
    利用导数研究函数的极值
  • 题型
    >
    不等式
    >
    恒成立与存在性问题
  • 知识点
    >
    微积分初步
    >
    利用导数研究函数的性质
    >
    利用导数研究函数的最值
  1. 求 $f\left(x\right)$ 的单调区间和极值;
    标注
    • 知识点
      >
      微积分初步
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      利用导数研究函数的性质
      >
      利用导数研究函数的单调性
    • 知识点
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      微积分初步
      >
      利用导数研究函数的性质
      >
      利用导数研究函数的极值
    答案
    函数 $f(x)$ 的单调递增区间是 $\left(0,\dfrac 1a\right)$,单调递减区间是 $(-\infty ,0)$ 和 $\left(\dfrac 1a,+\infty \right)$;极大值为 $f\left(\dfrac 1a\right)=\dfrac{1}{3a^2}$,极小值为 $f(0)=0$
    解析
    函数 $f(x)$ 的导函数$$f'(x)=2ax\left(\dfrac 1a-x\right),$$因此函数 $f(x)$ 在 $(-\infty ,0)$ 上单调递减,在 $\left(0,\dfrac 1a\right)$ 上单调递增,在 $\left(\dfrac 1a,+\infty \right)$ 上单调递减,在 $x=0$ 处取极小值 $f(0)=0$,在 $x=\dfrac 1a$ 处取极大值 $f\left(\dfrac 1a\right)=\dfrac{1}{3a^2}$.
    因此函数 $f(x)$ 的单调递增区间是 $\left(0,\dfrac 1a\right)$,单调递减区间是 $(-\infty ,0)$ 和 $\left(\dfrac 1a,+\infty \right)$;极大值为 $f\left(\dfrac 1a\right)=\dfrac{1}{3a^2}$,极小值为 $f(0)=0$.
  2. 若对于任意的 ${x_1}\in \left(2, + \infty \right)$,都存在 ${x_2}\in \left(1, + \infty \right)$,使得 $f\left({x_1}\right) \cdot f\left({x_2}\right) = 1$,求 $a$ 的取值范围.
    标注
    • 题型
      >
      不等式
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      恒成立与存在性问题
    • 知识点
      >
      微积分初步
      >
      利用导数研究函数的性质
      >
      利用导数研究函数的最值
    答案
    $\left[\dfrac 34,\dfrac 32\right]$
    解析
    函数 $f(x)$ 的零点为 $x=0$ 和 $x=\dfrac{3}{2a}$,图象如图.显然 $2\geqslant \dfrac{3}{2a}$,即 $a\geqslant \dfrac 34$,否则取 $x_1=\dfrac{3}{2a}$,$f(x_1)\cdot f(x_2)=0$,不符合题意;
    当 $a=\dfrac 34$ 时,由于 $f(x_1)$ 的取值范围是 $(-\infty ,0)$,而 $f(x_2)$ 可以取遍所有负实数,因此符合题意;
    当 $a>\dfrac 34$ 时,问题转化为函数 $f(x)$ 在 $(1,+\infty )$ 上的值域包含$$\left\{\left.\dfrac{1}{f(x_1)}\right|x_1>2\right\}=\left(\dfrac{1}{f(2)},0\right),$$于是 $1\leqslant \dfrac{3}{2a}$,即 $a\leqslant \dfrac 32$;
    综上所述,$a$ 的取值范围是 $\left[\dfrac 34,\dfrac 32\right]$.
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
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