问题 解答题

已知函数f(x)=x|x2-3|,x∈[0,m]其中m∈R,且m>0.

(1)若m<1,求证:函数f(x)是增函数.

(2)如果函数f(x)的值域是[0,2],试求m的取值范围.

(3)若m≥1,试求函数f(x)的值域.

答案

证明:(1)当m<1时,f(x)=x(3-x2)=3x-x3

因为f′(x)=3-3x2=3(1-x2)>0.

所以f(x)是增函数.

(2)令g(x)=x|x2-3|,x≥0.

则g(x)=

3x-x3,0≤x≤
3
x3-3x,x>
3

0<x<

3
时,由g′(x)=3-3x2=0得x=1,

所以g(x)在[0,1]上是增函数,在[1,

3
]上是减函数.

x>

3
时,g′(x)=3x2-3>0,所以g(x)在[
3
,+∞)上是增函数.

所以当x∈[0,

3
]时,函数g(x)的最大值是g(1)=2,最小值是g(0)=g(
3
)=0.

从而0<m<1不符合题意,1≤m≤

3
符合题意.

当m

3
时,在x∈[0,
3
)
时,f(x)∈[0,2];

x∈[

3
,m]时,f(x)∈[0,f(m)].

这时f(x)的值域是[0,2]的充要条件是f(m)≤2,

即m3-3m≤2,(m-2)(m+1)2≤0,解得

3
<m≤2.

综上所述,m的取值范围是[1,2].

(3)由(2)知,当1≤m≤2时,f(x)在[0,m]上的最大值为f(1)=2,最小值为f(0)=0,

∴f(x)在[0,m]上的值域为[0,2].

当m>2时,f(x)在[

3
,m]上单调递增,

f(x)max=f(m)=m3-3m

∴f(x)在[0,m]的值域为[0,m3-3m].

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