已知函数f(x)=x|x2-a|,a∈R.
(Ⅰ)当a≤0时,求证函数f(x)在(-∞,+∞)上是增函数;
(Ⅱ)当a=3时,求函数f(x)在区间[0,b]上的最大值.
(Ⅰ)∵a≤0,∴x2-a≥0,∴f(x)=x(x2-a)=x3-ax,
∴f′(x)=3x2-a,
∵f′(x)≥0对x∈R成立,
∴函数f(x)在(-∞,+∞)上是增函数.
(Ⅱ)当a=3时,f(x)=x|x2-3|=3x-x3,当-
<x<3 3 x3-3x,当x≤-
或x≥3 3
(i)当x<-
,或x>3
时,f′(x)=3x2-3=3(x-1)(x+1)>0.3
(ii)当-
<x<3
时,f′(x)=3-3x2=-3(x-1)(x+1).3
当-1<x<1时,f′(x)>0;
当-
<x<-1,或1<x<3
时,f¢(x)<0.3
所以f(x)的单调递增区间是(-∞,-
],[-1,1],[3
,+∞);3
f(x)的单调递减区间是[-
,-1],[1,3
].(8分)3
由区间的定义可知,b>0.
①若0<b≤1时,则[0,b]Ì[-1,1],因此函数f(x)在[0,b]上是增函数,
∴当x=b时,f(x)有最大值f(b)=3b-b3.
②若1<b≤
时,f(x)=3x-x3在[0,1]上单调递增,在[1,b]上单调递减,因此,在x=1时取到极大值f(1)=2,并且该极大值就是函数f(x)在区间[0,b]上的最大值.3
∴当x=1时,f(x)有最大值2.
③若b>
时,当x∈[0,3
]时,f(x)=3x-x3在[0,1]上单调递增,在[1,3
]上单调递减,3
因此,在x=1时取到极大值f(1)=2,在x∈[
,b]时,f(x)=x3-3x在[3
,b]上单调递增,3
在x=b时,f(x)有最大值f(b)=b3-3b.
(i)当f(1)≥f(b),即2≥b3-3b,b3-b-2b-2≤0,b(b2-1)-2(b+1)≤0,(b+1)2(b-2)≤0,b≤2.
∴当
<b≤2时,在x=1时,f(x)取到最大值f(1)=2.3
(ii)当f(1)<f(b),解得b>2,
∴当b>2时,f(x)在x=b时,取到最大值f(b)=b3-3b,
综上所述,函数y=f(x)在区间[0,b]上的最大值为ymax=
.3b-b3,0<b≤1 2,1<b≤2,b3-3b,b>2