已知二次函数y=f(x)y=f(x)在x=−1x=-1时取得最小值−3-3,且满足f(2)=154f(2)= \dfrac {15}{4}. (1)求函数y=f(x)y=f(x)的解析式; (2)当函数y=f(x)y=f(x)在[−2m+3,−m+2](m>1)[-2m+3,-m+2](m > 1)上的最小值是−94- \dfrac {9}{4}时,求mm的值.

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完整解法

(1)

1. 根据顶点坐标设出二次函数的顶点式解析式

因为二次函数 y=f(x)y=f(x) 在 x=−1x=-1 时取得最小值 −3-3,所以其图象的顶点坐标为 (−1,−3)(-1, -3),且开口向上.
由此可设二次函数的解析式为顶点式:
f(x)=a(x+1)2−3(a>0)f(x) = a(x+1)^2 - 3 \quad (a > 0)

2. 代入已知点 $f(2) = \dfrac{15}{4}$ 求出待定系数 $a$

又因为 f(2)=154f(2) = \dfrac{15}{4},将 x=2x=2 代入设出的解析式中得:
a(2+1)2−3=154a(2+1)^2 - 3 = \dfrac{15}{4}
9a−3=1549a - 3 = \dfrac{15}{4}
9a=2749a = \dfrac{27}{4}
解得:a=34a = \dfrac{3}{4}
由于 a=34>0a = \dfrac{3}{4} > 0,符合最小值要求.

3. 求出解析式的一般式

将 a=34a = \dfrac{3}{4} 代入顶点式,展开化简得:
f(x)=34(x+1)2−3=34(x2+2x+1)−3=34x2+32x−94f(x) = \dfrac{3}{4}(x+1)^2 - 3 = \dfrac{3}{4}(x^2 + 2x + 1) - 3 = \dfrac{3}{4}x^2 + \dfrac{3}{2}x - \dfrac{9}{4}
所以,函数 y=f(x)y=f(x) 的解析式为 f(x)=34x2+32x−94f(x) = \dfrac{3}{4}x^2 + \dfrac{3}{2}x - \dfrac{9}{4}.

答案

f(x)=34x2+32x−94f(x) = \dfrac{3}{4}x^2 + \dfrac{3}{2}x - \dfrac{9}{4} (或写为顶点式 f(x)=34(x+1)2−3f(x) = \dfrac{3}{4}(x+1)^2 - 3)

(2)

1. 分析定义域区间与对称轴的位置关系

由 (1) 可知 f(x)=34(x+1)2−3f(x) = \dfrac{3}{4}(x+1)^2 - 3,其对称轴为 x=−1x = -1,开口向上.
因为 f(x)f(x) 在整个定义域上的最小值为 −3-3,而给定在闭区间 [−2m+3,−m+2][-2m+3, -m+2] 上的最小值是 −94>−3-\dfrac{9}{4} > -3.
所以对称轴 x=−1x = -1 不能落在区间 [−2m+3,−m+2][-2m+3, -m+2] 内部.
由于 m>1m > 1,区间的右端点与左端点之差为 (−m+2)−(−2m+3)=m−1>0(-m+2) - (-2m+3) = m-1 > 0,区间有效.
因此,该区间只能完全处于对称轴 x=−1x = -1 的左侧或右侧,需分两种情况进行讨论:

2. 讨论区间完全在对称轴右侧的情况并求 $m$

第一种情况:区间完全在对称轴右侧,即左端点 −2m+3⩾−1-2m+3 \geqslant -1,解得 m⩽2m \leqslant 2.
结合已知条件 m>1m > 1,此时 1<m⩽21 < m \leqslant 2.
在此区间 [−2m+3,−m+2][-2m+3, -m+2] 上,函数 y=f(x)y=f(x) 单调递增,因此最小值在左端点处取得:
f(−2m+3)=−94f(-2m+3) = -\dfrac{9}{4}
代入顶点式得:
34(−2m+3+1)2−3=−94\dfrac{3}{4}(-2m+3+1)^2 - 3 = -\dfrac{9}{4}
34(4−2m)2=34\dfrac{3}{4}(4-2m)^2 = \dfrac{3}{4}
(4−2m)2=1(4-2m)^2 = 1
解得:4−2m=1  ⟹  m=324-2m = 1 \implies m = \dfrac{3}{2},或 4−2m=−1  ⟹  m=524-2m = -1 \implies m = \dfrac{5}{2}.
因为 1<m⩽21 < m \leqslant 2,所以 m=32m = \dfrac{3}{2} 符合题意,舍去 m=52m = \dfrac{5}{2}.

3. 讨论区间完全在对称轴左侧的情况并求 $m$

第二种情况:区间完全在对称轴左侧,即右端点 −m+2⩽−1-m+2 \leqslant -1,解得 m⩾3m \geqslant 3.
在此区间 [−2m+3,−m+2][-2m+3, -m+2] 上,函数 y=f(x)y=f(x) 单调递减,因此最小值在右端点处取得:
f(−m+2)=−94f(-m+2) = -\dfrac{9}{4}
代入顶点式得:
34(−m+2+1)2−3=−94\dfrac{3}{4}(-m+2+1)^2 - 3 = -\dfrac{9}{4}
34(3−m)2=34\dfrac{3}{4}(3-m)^2 = \dfrac{3}{4}
(3−m)2=1(3-m)^2 = 1
解得:3−m=1  ⟹  m=23-m = 1 \implies m = 2,或 3−m=−1  ⟹  m=43-m = -1 \implies m = 4.
因为 m⩾3m \geqslant 3,所以 m=4m = 4 符合题意,舍去 m=2m = 2.

4. 汇总得出最终答案

综上所述,满足条件的 mm 的值为 m=32m = \dfrac{3}{2} 或 m=4m = 4.

答案

m=32m = \dfrac{3}{2} 或 m=4m = 4

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