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=−21x2+x 进行配方,得:
y=−21(x2−2x)=−21(x−1)2+21
由此可知,该二次函数的图象开口向下,对称轴为 x=1。
因此,函数在区间 (−∞,1] 上单调递增,在区间 [1,+∞) 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 21,由题意知函数值的上界 3n⩽21,从而 n⩽61。
因为 m<n⩽61<1,所以区间 [m,n] 完全处于该函数的单调递增区间 (−∞,1] 内。
因此,当 m⩽x⩽n 时,函数值 y 的取值范围为 [y(m),y(n)]。
结合题意,函数值范围恰好是 [3m,3n],由此可得:
y(m)=3m且y(n)=3n
3. 建立方程并解出 $m$ 和 $n$ 的值
由上一步可知,m 和 n 是方程 −21x2+x=3x 的两个不同的实数根。
化简该方程得:
−21x2−2x=0⟹x2+4x=0⟹x(x+4)=0
解得 x1=−4,x2=0。
因为 m<n,所以 m=−4,n=0。