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例谈二次函数在闭区间上的最值问题

时间:2021-01-29 10:06:44 数学毕业论文 我要投稿

例谈二次函数在闭区间上的最值问题

  二次函数是高中数学中最基本也最重要的内容之一,而二次函数在某一区间上的最值问题,是初中二次函数内容的继续,随着区间的确定或变化,以及系数中参变数的变化,它又成为高考数学的.热点.

  一、求定二次函数在定区间上的最值

  当二次函数的区间和对称轴都确定时,要将函数式配方,再根据对称轴和区间的关系,结合函数在区间上的单调性,求其最值.

  【例1】 已知2x2≤3x,求函数f(x)=x2-x+1的最值.

  解:由已知2x2≤3x,可得0≤x≤32,即函数f(x)是定义在区间[0,32]上的二次函数,将二次函数配方得f(x)=(x-12)2+34,其图象开口向上,且对称轴方程x=12∈[0,32],故f(x)?max=f(32)=74,f(x)?min=f(12)=34.

  二、求动二次函数在定区间上的最值

  当二次函数的区间确定而对称轴变化时,应根据对称轴在区间的左、右两侧和穿过区间这三种情况分别讨论,再利用二次函数的示意图,结合其单调性求解.

  【例2】 已知二次函数f(x)=ax2+4ax+a2-1在区间[-4,1]上的最大值是5,求实数a的值.

  解:将二次函数配方得f(x)=a(x+2)2+a2-4a-1,其对称轴方程为x=-2,顶点坐标为(-2,a2-4a-1),图象开口方向由a决定,很明显,其顶点横坐标在区间[-4,1]上.若a<0,则函数图象开口向下,当x=-2时,函数取得最大值5,即f(-2)=a2-4a-1=5,解得a=2-10(a=2+10舍去);若a>0,则函数图象开口向上,当x=1时,函数取得最大值5,即f(1)=5a+a2-1=5,解得a=1(a=-6舍去).综上讨论,函数f(x)在区间[-4,1]上取得最大值5时,a=2-10或a=1.

  三、求定二次函数在动区间上的最值

  当二次函数的对称轴确定而区间在变化时,只需对动区间能否包含抛物线的顶点的横坐标进行分类讨论.

  【例3】 已知函数f(x)=-x2+8x,求f(x)在区间[t,t+1]上的最大值g(t).

  解:函数f(x)=-x2+8x=-(x-4)2+16,其对称轴方程为x=4,顶点坐标为(4,16),其图象开口向下.

  (1)当顶点横坐标在区间[t,t+1]右侧时,有t+1<4,即t<3,当x=t+1时,g(t)=f(t+1)=-(t+1)2+8(t+1)=-t2+6t+7.

  (2)当顶点横坐标在区间[t,t+1]上时,有t≤4≤t+1,即3≤t≤4,当x=4时,g(t)=f(4)=16.

  (3)当顶点横坐标在区间[t,t+1]左侧时,有t>4,当x=t时,g(t)=f(t)=-t2+8t.

  综上,g(t)=-t2+6t+7,当t<3时;16,当3≤t≤4时;-t2+8t,当t>4时.

  四、求动二次函数在动区间上的最值

  当二次函数的区间和对称轴均在变化时,亦可根据对称轴在区间的左、右两侧及穿过区间三种情况讨论,并结合其图形和单调性处理.

  【例4】 已知y2=4a(x-a)(a>0),且当x≥a时,S=(x-3)2+y2的最小值为4,求参数a的值.

  解:将y2=4a(x-a)代入S的表达式得S=(x-3)2+4a(x-a)=[x-(3-2a)]2+12a-8a2.

  S是关于x的二次函数,其定义域为x∈[a,+∞),对称轴方程为x=3-2a,顶点坐标为(3-2a,12a-8a2),图象开口向上.若3-2a≥a,即02=4,此时a=1或a=12.若3-2a1,则当x=a时,S?min=[a-(3-2a)]2+12a-8a2=4,此时a=5(a=1舍去).

  综上讨论,参变数a的取值为a=1或a=12或a=5.

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