已知函数,其中为实数. (1)当时,求函数在上的最大值和最小值; (2)求函数的单调区间; (3)若函数的导函数在上有唯一的零点,求的取值范围.
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完整解法
(1)
1. 代入 $k=-1$ 并求导
当 时,函数解析式为:
对 求导得:
2. 求驻点并判断函数在 $[0, 6]$ 上的单调性
令 ,解得 或 (不合题意,舍去).
在区间 上,, 单调递减;
在区间 上,, 单调递增.
3. 计算端点与极值点处的函数值,比较得出最值
计算各关键点处的函数值:
比较可知,在 上,函数 的最小值为 ,最大值为 .
在 上,函数 的最大值为 ,最小值为 .
(2)
1. 对导函数因式分解求根
求函数 的导数:
对 进行因式分解:
令 ,解得根为 ,.
2. 比较两根大小并分情况讨论单调区间
比较 与 的大小关系:
① 当 时,,即 .
当 或 时,;当 时,.
故 的单调递增区间为 和 ,单调递减区间为 .
② 当 时,,即 .
当 或 时,;当 时,.
故 的单调递增区间为 和 ,单调递减区间为 .
③ 当 时,.
恒成立,且仅在 处为 .
故 的单调递增区间为 ,无单调递减区间.
当 时, 的单调递增区间为 和 ,单调递减区间为 ;
当 时, 的单调递增区间为 和 ,单调递减区间为 ;
当 时, 的单调递增区间为 ,无单调递减区间.
(3)
1. 确定导函数的零点表达式并分类讨论
由 (2) 可知,导函数 的零点为 与 .
若 在 上有唯一的零点,需分为两根重合与两根不重合两种情况讨论:
2. 讨论两根重合的情形
情形一:当 时,即 .
此时 ,零点为 .
因为 ,所以在 上有唯一零点 ,满足题意.故 符合条件.
3. 讨论两根不重合的情形(恰有一个根落在开区间内)
情形二:当 时,即 .两零点不重合,需恰有一个零点在 内,另一个在 外(即小于等于 或大于等于 ).
-
若 且 :
由 得 .
由 或 得 或 .
取交集(并结合 )得 . -
若 且 :
由 得 .
由 或 得 或 .
此时交集为空集 .
4. 综合所有符合条件的情况得出 $k$ 的取值范围
综上所述,结合情形一与情形二,参数 的取值范围为 .
的取值范围是 .
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