二次函数在闭区间上的最值问题

二次函数在闭区间上的最值问题湖北省荆州中学鄢先进二次函数在闭区间上的最值问题是高中数学的重点和热点问题，频繁出现在函数试题中，很受命题者亲睐。影响二次函数在闭区间上最值问题的主要因素是二次函数图像的开口方向与所给区间和对称轴的位置关系。本文介绍有关二次函数在闭区间上最值问题的常见类型及解题策略，供同学们参考。类型一定轴定区间例1．已知函数2()2fxxx，求()fx的最小值.解：22()2(1)1fxxxx由图像可知，当1x时，min()1fx变式1．已知函数2()2fxxx，[2,4]x，求()fx的最小值。分析：由图像可知，函数)(xf在[2,4]为增函数，min()(2)0fxf变式2．已知函数2()2fxxx，[0,3]x，求()fx的最大值.分析：由图像可知函数()fx在[0,1]上递减，在[1,3]上递增，且3离对称轴的距离大于0离对称轴的距离。max()(3)3fxf例2．已知二次函数fxaxaxa()2241在区间41，上的最大值为5，求实数a的值。解：将二次函数配方得fxaxaa()()24122，函数图像对称轴方程为x2，顶点坐标为()2412，aa，图像开口方向由a决定。很明显，其顶点横坐标在区间41，内。①若a0，函数图像开口向下，如下图1所示。当x2时，函数()fx取得最大值501234x4y4即faa()24152，解得a210故aa210210()舍去图1图2②若a0，函数图像开口向上，如上图2所示，当x1时，函数()fx取得最大值5即faa()15152，解得aa16或，故aa16()舍去综上可知：函数fx()在区间41，上取得最大值5时，aa2101或点拨：求解有关二次函数在闭区间上的最值问题，应先配方，作出函数图像，然后结合其图像研究，要特别注意开口方向、对称轴和区间的相对位置。在例1中，二次函数图像的开口，对称轴和区间都是固定的，需引起同学们注意的是，当函数的最值的取得在区间两个端点都有可能的时候，要比较端点与对称轴距离的大小。在例2中，二次函数图像的对称轴和区间是固定的，但图像开口方向是随参数a变化的，要注意讨论。小结：二次函数2()()fxaxkh(0)a在区间[,]mn最值问题。①若[,]kmn，则min()()fxfkh，max()max{()()}fxfmfn②若[,]kmn，当km时，min()()fxfm，max()()fxfn当kn时，min()()fxfn，max()()fxfm当0a时，仿此讨论类型二定轴动区间例3．已知函数22,[2,]yxxxa，求函数的最小值().ga分析：由于函数图像的对称轴为1x，区间左端点固定，区间右端点的位置不能确定，所以需分两类进行讨论，即①对称轴在区间[2,]a内，②对称轴在区间[2,]a右侧。解：函数222(1)1yxxx①当21a时，函数在[2,]a上单调递减，则当xa时，2min2yaa②当1a时，函数在[2,1]上单调递减，在[1,]a上单调递增，则当1x时，min1y。综上可知：22()1aaga211aa例4．已知函数2()62xfxx在区间[,]mn上的值域是[22,22]mn，求,mn的值.分析：由于函数图像的对称轴为1x，而区间左右端点值均含有参数，所以要分三类进行讨论，即①对称轴在区间右侧②对称轴在区间内③对称轴在区间左侧解：22113()6(1)222xfxxx①若1mn，则max()()22.fxfnnmin()()22.fxfmm经验证无解。②若1.mn则()fx在区间[,1]m单调递增，在[1,]n上单调递减，因此max()(1)22.fxfn()fx在xm或xn处取最小值22m。故13222n得17.4n由于21171339220.().(1)024232mfn故()fx在xm处取最小值22.m即2113(1)2222mm解得117m.③若1.mn则max()()22.fxfmnmin()()22.fxfnm解得2,4.mn综上可知117174mn或24mn.点拨：当二次函数解析式确定，但自变量取值区间变化时，需根据对称轴和区间的位置关系，对区间参数进行讨论。类型三动轴定区间例5．求2()21fxxax在区间[0,2]上的最大值和最小值。分析：因为有自变量有限制条件，要求函数最值，最好是先作出函数图像，作二次函数图像时先看开口方向，再看对称轴的位置，因为此函数图像对称轴.xa位置不定，并且在不同的位置产生的结果也不同，所以要以对称轴的位置进行分类讨论。。解：22()()1fxxaa，对称轴为.xa①当0a时，由图①可知，min()(0)1fxf，max()(2)34.fxfa②当01a时，由图②可知，2min()()1,fxfaamax()(2)34.fxfa③当12a时，由图③可知，2min()()1,fxfaamax()(0)1.fxf④当2a时，由图④可知，min()(2)34,fxfamax()(0)1.fxf点拨：当二次函数开口方向和给定区间固定，对称轴位置不确定时，只要讨论对称轴和给定区间的位置关系即可，结合图像需分两种或三种情况讨论。例6．已知二次函数2()21fxxaxa在[01]，上有最大值2，求a的值．解：22()()1fxxaaa．①当0a时，max()(0)2fxf，得1a．②当01a≤≤时，max()()2fxfa，解得15[01]2a，，故该方程在[01]，上无解．③当1a时，max()(1)2fxf，得2a．综上可知：1a或2a．点拨：求解二次函数在闭区间上的最值问题，关键是抓住“三点一轴”，“三点”即xy012xy0121xy0121xy012①②③④区间端点与区间中点，“一轴”即二次函数的对称轴，合理进行讨论。类型四动轴动区间例7．设a是正实数，2axy(0,0).xy若2132yxx的最大值是().Ma求()Ma的表达式.分析：该题是二元函数求最大值，应先由2axy解出y代入，消元，转化为关于x的二次函数，再求最大值。解：设21()32fxyxx由2axy得2yax222111()(2)3[(3)](3)2.222fxaxxxxaa0y20ax.又0,0ax，2[0,].xa①当203(0)aaa即01a或23a时21()(3)(3)2.2Mafaa②当23(0)aaa即12a时2226()()Mafaaa③当30a即3a时()(0)2Maf综上可知：221(3)2226()2aMaaa(0123)(12)(3)aaaa或点拨：当二次函数对称轴和区间都不固定时，还是应先配方，理清函数对称轴和区间的位置关系，然后对参数进行讨论。通过前面二次函数在闭区间上的最值问题的四类题型，我们可以发现二次函数的最值总是在对称轴或区间端点处取得，要是同学们理解了这一点，解决问题还会有意想不到的效果。例8．已知函数2()(21)3fxaxax(0)a在区间3[,2]2上最大值为1，求实数a的值.分析：若按常规方法从求函数最大值直接入手，则需作如下分类讨论：①当a0时，分三种情况讨论最大值，②当a0时，分两种情况讨论最大值。一共有五种情形，过程繁琐。若从整体角度分析，注意到函数()fx的最大值只可能产生在二次函数的顶点或端点处，这样可以先求函数()fx在顶点和端点的函数值，再逐一验证参数的正确性即可。解：函数()fx的最大值只能在132x，或22x，或3122axa处取得．①令3()12f，解得103a，此时01223322202axa，．故()fx的最大值不可能在1x处取得．（103a，抛物线开口向下）②令(2)1f，解得34a，此时0321212232axa．故max()(2)fxf，得34a，符合题意．③令1212afa，解得3222a．要使()fx在0122axa处取得最大值，必须且只须0a且03[,2]2x，经检验，只有3222a合题意．综上可知：34a或3222a点拨：本题利用特殊值检验法，先计算特殊点（闭区间的端点、抛物线的顶点）的函数值，再检验其真假，思路明了、过程简洁，是解决逆向型闭区间二次函数最值问题的一种有效方法。其实二次函数在闭区间上最值问题的本质就是讨论函数在区间内的单调性，在解决有关二次函数的最值问题时，我们要充分利用二次函数图像来分析问题，结合开口方向，对称轴和所给区间的位置关系，合理的进行分类讨论，有时采用逆向思维，还会有事半功倍的效果。巩固训练1．已知函数223,[0,]yxxxm上有最大值3，最小值2，则m的取值范围是（）.[1,).[0,2].[1,2].(,2]ABCD2．已知函数f(x)＝x2－2x＋2的定义域和值域均为[1，b]，则b＝________.3．已知定义在区间[0,3]上的函数f(x)＝kx2－2kx的最大值为3，那么实数k的取值范围为________．4．若函数2113()22fxx在区间[,]ab上的最大值为2b，最小值为2a，求区间[,]ab。5．已知232xx，求函数fxxx()21的最值。6．已知x21，且a20，求函数fxxax()23的最值7.已知2()23fxxx，当[1]()xtttR，时，求()fx的最小值与最大值8．已知yaxaa240()()，且当xa时，Sxy()322的最小值为4，求参数a的值。参考答案1.C2.23.{1，－3}4．分析对称轴：（1）()201,3()2fabbaabfba，（2）()20()2faaabfbb无解（3）13202()2babfaa13213217,24()2babfba5．函数fx()的最小值为f()01，最大值为f321946．函数fx()的最小值是fa()14，最大值是fa()14。7．fxttttt()(),,min11110110228．a的取值为a1，或a12，或a5