1. 确定二次函数的对称轴及分类讨论的边界
已知二次函数 y=−(x−m)2+m2+1 的图象开口向下,对称轴为直线 x=m。
由于自变量限制在区间 [−2,1],需要根据对称轴 x=m 与区间 [−2,1] 的相对位置,分三种情况讨论最大值:
- m<−2;
- −2⩽m⩽1;
- m>1。
2. 讨论 $m < -2$ 的情况并求解
当 m<−2 时,对称轴在区间 [−2,1] 左侧。根据二次函数的单调性,函数在区间 [−2,1] 上单调递减。
因此,当 x=−2 时,函数取得最大值,即:
−(−2−m)2+m2+1=4
化简得:
−(m2+4m+4)+m2+1=4⟹−4m−3=4⟹m=−47
由于 −47=−1.75>−2,不满足前提条件 m<−2,故舍去。
3. 讨论 $-2 \leqslant m \leqslant 1$ 的情况并求解
当 −2⩽m⩽1 时,顶点在区间 [−2,1] 内。
因此,当 x=m 时,函数取得最大值,即:
m2+1=4⟹m2=3⟹m=±3
经检验,−3≈−1.732∈[−2,1],符合题意;
3≈1.732∈/[−2,1],不符合题意,舍去。
故此时 m=−3。
4. 讨论 $m > 1$ 的情况并求解
当 m>1 时,对称轴在区间 [−2,1] 右侧。根据二次函数的单调性,函数在区间 [−2,1] 上单调递增。
因此,当 x=1 时,函数取得最大值,即:
−(1−m)2+m2+1=4
化简得:
−(1−2m+m2)+m2+1=4⟹2m=4⟹m=2
经检验,2>1,符合前提条件 m>1。
故此时 m=2。
5. 总结得出最终结果
综上所述,实数 m 的值为 2 或 −3。