設(shè)f(x)是定義在[-1,1]上的奇函數(shù),且當(dāng)-1≤x≤0時(shí),f(x)=2x3+5ax2+4a2x+b.
(Ⅰ)求函數(shù)f(x)的解析式;
(Ⅱ)當(dāng)1<a≤3時(shí),求函數(shù)f(x)在(0,1]上的最大值g(a);
(Ⅲ)如果對滿足1<a≤3的一切實(shí)數(shù)a,函數(shù)f(x)在(0,1]上恒有f(x)≤0,求實(shí)數(shù)b的取值范圍.
分析:(Ⅰ)由-1≤x≤0得到-x的范圍,因?yàn)楹瘮?shù)為奇函數(shù),所以得到f(x)=-f(-x),把-x代入f(x)的解析式即可確定出f(x)在0<x≤1時(shí)的解析式,且得到f(0)=0,;聯(lián)立可得f(x)的分段函數(shù)解析式;
(Ⅱ)當(dāng)x大于0小于等于1時(shí),求出f(x)的導(dǎo)函數(shù)等于0時(shí)x的值,利用x的值分
大于
小于1和
大于等于1小于等于2兩種情況考慮導(dǎo)函數(shù)的正負(fù),得到函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,利用函數(shù)的增減性分別求出相應(yīng)的最大值g(a),聯(lián)立得到g(a)的分段函數(shù)表達(dá)式;
(Ⅲ)要使函數(shù)f(x)在(0,1]上恒有f(x)≤0,必須f(x)在(0,1]上的最大值g(a)≤0.也即是對滿足1<a≤3的實(shí)數(shù)a,g(a)的最大值要小于或等于0.由(Ⅱ)求出g(a)的解析式,分a大于1小于
和a大于等于
小于等于3兩種情況考慮g(a)的解析式,分別求出相應(yīng)g(a)的導(dǎo)函數(shù),利用導(dǎo)函數(shù)的正負(fù)判斷g(a)的單調(diào)性,根據(jù)g(a)的增減性得到g(a)的最大值,利用g(a)的最大值列出關(guān)于b的不等式,求出兩不等式的公共解集即可滿足題意的b的取值范圍.
解答:解:(Ⅰ)當(dāng)0<x≤1時(shí),-1≤-x<0,則
f(x)=-f(-x)=2x
3-5ax
2+4a
2x-b.
當(dāng)x=0時(shí),f(0)=-f(-0)∴f(0)=0;
∴f(x)=
| 2x3+5ax2+4a2x+b,(-1≤x<0) | 2x3-5ax2+4a2x-b,(0<x≤1) | f(0)=0 |
| |
;
(Ⅱ)當(dāng)0<x≤1時(shí),f′(x)=6x
2-10ax+4a
2=2(3x-2a)(x-a)=6(x-
)(x-a).
①當(dāng)
<
<1,即1<a<
時(shí),
當(dāng)x∈(0,
)時(shí),f′(x)>0,當(dāng)x∈(
,1]時(shí),f′(x)<0,
∴f(x)在(0,
)單調(diào)遞增,在(
,1]上單調(diào)遞減,
∴g(a)=f(
)=
a
3-b.
②當(dāng)1≤
≤2,即
≤a≤3時(shí),f′(x)>0,
∴f(x)在(0,1]單調(diào)遞增.
∴g(a)=f(1)=4a
2-5a+2-b,
∴g(a)=
| a3-b,(1<a<) | 4a2-5a+2-b,(≤a≤3) |
| |
(Ⅲ)要使函數(shù)f(x)在(0,1]上恒有f(x)≤0,必須f(x)在(0,1]上的最大值g(a)≤0.
也即是對滿足1<a≤3的實(shí)數(shù)a,g(a)的最大值要小于或等于0.
①當(dāng)1<a≤
時(shí),g′(a)=
a
2>0,此時(shí)g(a)在(1,
)上是增函數(shù),
則g(a)<
()3-b=
-b.∴
-b≤0,解得b≥
;
②當(dāng)
≤a≤3時(shí),g′(a)=8a-5>0,此時(shí),g(a)在[
,3]上是增函數(shù),g(a)的最大值是g(3)=23-b.
∴23-b≤0,解得b≥23.
由①、②得實(shí)數(shù)b的取值范圍是b≥23.
點(diǎn)評:此題考查學(xué)生會(huì)利用導(dǎo)數(shù)求閉區(qū)間上函數(shù)的最值,靈活運(yùn)用函數(shù)的奇偶性解決數(shù)學(xué)問題,考查了分類討論的數(shù)學(xué)思想,是一道綜合題.