问题 解答题

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.

答案

(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-
3
<x<
3
x3-3x,当x≤-
3
或x≥
3

(i)当x<-

3
,或x>
3
时,f(x)=3x2-3=3(x-1)(x+1)>0.

(ii)当-

3
<x<
3
时,f(x)=3-3x2=-3(x-1)(x+1).

当-1<x<1时,f(x)>0;

当-

3
<x<-1,或1<x<
3
时,f¢(x)<0.

所以f(x)的单调递增区间是(-∞,-

3
],[-1,1],[
3
,+∞);

f(x)的单调递减区间是[-

3
,-1],[1,
3
].(8分)

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≤

3
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.

∴当x=1时,f(x)有最大值2.

③若b>

3
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,

因此,在x=1时取到极大值f(1)=2,在x∈[

3
,b]时,f(x)=x3-3x在[
3
,b]上单调递增,

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

3
<b≤2时,在x=1时,f(x)取到最大值f(1)=2.

(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

单项选择题 B型题
单项选择题 A1型题