解答题已知函数f(x)=x2+3x|x-a|,其中a∈R.
(1)当时,方程f(x)=b恰有三个根,求实数b的取值范围;
(2)当时,是否存在区间[m,n],使得函数的定义域与值域均为[m,n],若存在请求出所有可能的区间[m,n],若不存在请说明理由;
(3)若a>0,函数f(x)在区间(m,n)上既有最大值又有最小值,请分别求出m,n的取值范围(用a表示).
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解:(1)设g(x)=4x2-x-b(x≥)
令g′(x)=8x-1=0,可得x=,
∵,∴g(x)在[,+∞)上单调增;
g(x)=-2x2+x-b(x<)
令g′(x)=-4x+1=0,可得x=,
∵,∴g(x)在(-∞,)上单调增;g(x)在[,)上单调减;
要使方程f(x)=b恰有三个根,只须g()=-2()2+-b=-b>0,∴b<
g()=-2()2+-b=-b<0,∴b>
∴;
(2)当m<n≤时,f(x)在区间[m,n]上单调递增,所以,所以m=n,矛盾;
当m≤≤n<时,n=f()=,矛盾;
当m≤<≤n时,n≥>>f(m),故f(x)在区间[m,n]上的最大值在[,n]上取到
∵f(x)在[,n]上单调递增,∴n=f(n),∴n=
又,故,所以f(x)在区间[m,n]上的最小值在上取到.
又f(x)在区间上单调递增,故m=f(m),∴m=0
故
当时,由x∈,知,,矛盾.
当时,f(x)在区间上单调递减,上单调递增.故,矛盾
当时,f(x)在区间[m,n]上单调递增,故,得,矛盾.
综上所述,即存在区间满足条件.
(3)当a>0时,函数的图象如右,
要使得函数f(x)在开区间(m,n)内既有最大值又有最小值,则最小值一定在x=a处取得,最大值在处取得;
f(a)=a2,在区间(-∞,a)内,函数值为a2时,所以;
,而在区间(a,+∞)内函数值为时,所以.…..(12分)解析分析:(1)利用绝对值的几何意义,分类讨论,确定函数的单调性,从而要使方程f(x)=b恰有三个根,只须g()>0,g()<0,从而可求实数b的取值范围;(2)分类讨论,确定函数的单调性,求出函数的最值,即可求得结论;(3)要使函数在(m,n)上既有最大值又有最小值,则最小值在x=a处取得,最大值在处取得.点评:本题考查函数的最值,考查分类讨论的数学思想,考查学生分析解决问题的能力,属于中档题.