已知二次函数y=−12x2+xy=-\dfrac{1}{2}{{x}^{2}}+x,若存在实数mm,nn使得当自变量xx的取值范围是m⩽x⩽nm\leqslant x\leqslant n时,函数值yy的取值范围恰好是3m⩽y⩽3n3m\leqslant y\leqslant 3n,则m=m= ___ ,n=n= ___ .

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完整解法

1. 通过配方求出二次函数的对称轴与单调性

对二次函数 y=−12x2+xy=-\dfrac{1}{2}x^2+x 进行配方,得:
y=−12(x2−2x)=−12(x−1)2+12y = -\dfrac{1}{2}(x^2-2x) = -\dfrac{1}{2}(x-1)^2 + \dfrac{1}{2}
由此可知,该二次函数的图象开口向下,对称轴为 x=1x=1。
因此,函数在区间 (−∞,1](-\infty, 1] 上单调递增,在区间 [1,+∞)[1, +\infty) 上单调递减。

2. 确定自变量区间的单调性,并将值域问题转化为端点处的方程

由于二次函数的最大值为 12\dfrac{1}{2},由题意知函数值的上界 3n⩽123n \leqslant \dfrac{1}{2},从而 n⩽16n \leqslant \dfrac{1}{6}。
因为 m<n⩽16<1m < n \leqslant \dfrac{1}{6} < 1,所以区间 [m,n][m, n] 完全处于该函数的单调递增区间 (−∞,1](-\infty, 1] 内。
因此,当 m⩽x⩽nm \leqslant x \leqslant n 时,函数值 yy 的取值范围为 [y(m),y(n)][y(m), y(n)]。
结合题意,函数值范围恰好是 [3m,3n][3m, 3n],由此可得:
y(m)=3m且y(n)=3ny(m) = 3m \quad \text{且} \quad y(n) = 3n

3. 建立方程并解出 $m$ 和 $n$ 的值

由上一步可知,mm 和 nn 是方程 −12x2+x=3x-\dfrac{1}{2}x^2+x = 3x 的两个不同的实数根。
化简该方程得:
−12x2−2x=0  ⟹  x2+4x=0  ⟹  x(x+4)=0-\dfrac{1}{2}x^2 - 2x = 0 \implies x^2 + 4x = 0 \implies x(x+4) = 0
解得 x1=−4x_1 = -4,x2=0x_2 = 0。
因为 m<nm < n,所以 m=−4m = -4,n=0n = 0。

答案

-4, 0

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