题目

考虑一个三次函数 ( f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d ),其中 ( a, b, c, d ) 是待定系数。已知该函数满足以下条件:

  1. 函数 ( f(x) ) 在 ( x = 1 ) 处取得极小值,且极小值为2。
  2. 函数 ( f(x) ) 在 ( x = -1 ) 处取得极大值,且极大值为6。
  3. 曲线 ( y = f(x) ) 经过点 ( (0, 3) ) 和 ( (2, 1) )。

求:

(a) 确定函数 ( f(x) ) 的解析表达式。

(b) 计算函数 ( f(x) ) 在区间 ([-2, 3]) 上的定积分 (\int_{-2}^{3} f(x) , dx)。

(c) 计算函数 ( f(x) ) 在区间 ([-2, 3]) 上的最大值和最小值。

解答步骤提示

  1. 根据给定的极值点和函数值,建立关于 ( a, b, c, d ) 的方程组。
  2. 解方程组,确定 ( a, b, c, d ) 的值。
  3. 计算定积分,可以使用分段积分的方法。
  4. 找到区间 ([-2, 3]) 上的临界点,计算函数在这些点的值,以确定最大值和最小值。

2 comments

  • @ 2024-7-22 12:01:23

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    • @ 2024-7-21 19:42:03

      答案 为了找到三次函数 ( f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d ) 的解析表达式,我们需要解决以下几个部分:

      a) 确定函数 ( f(x) ) 的解析表达式

      首先,我们知道 ( f(x) ) 在 ( x = 1 ) 和 ( x = -1 ) 处分别取得极小值和极大值。这意味着 ( f’(x) ) 在这些点处等于0。我们还知道 ( f(0) = 3 ) 和 ( f(2) = 1 )。

      我们可以建立以下方程组:

      1. ( f’(1) = 0 )
      2. ( f’(-1) = 0 )
      3. ( f(0) = 3 )
      4. ( f(2) = 1 )

      先求导数 ( f’(x) = 3ax^2 + 2bx + c ),然后代入方程组:

      1. ( 3a(1)^2 + 2b(1) + c = 0 )
      2. ( 3a(-1)^2 + 2b(-1) + c = 0 )
      3. ( a(0)^3 + b(0)^2 + c(0) + d = 3 )
      4. ( a(2)^3 + b(2)^2 + c(2) + d = 1 )

      简化后得到:

      1. ( 3a + 2b + c = 0 )
      2. ( 3a - 2b + c = 0 )
      3. ( d = 3 )
      4. ( 8a + 4b + 2c + d = 1 )

      由方程3得到 ( d = 3 )。将 ( d ) 的值代入方程4,并将方程1和方程2联立求解,可以得到 ( a, b, c ) 的值。

      通过解方程组,我们可以得到:

      [ a = -\frac{1}{2}, \quad b = 0, \quad c = \frac{3}{2}, \quad d = 3 ]

      因此,函数 ( f(x) ) 的解析表达式为:

      [ f(x) = -\frac{1}{2}x^3 + \frac{3}{2}x + 3 ]

      b) 计算定积分 (\int_ {-2}^ {3} f(x) , dx)

      现在,我们需要计算 ( f(x) ) 在区间 ([-2, 3]) 上的定积分:

      [ \int_{-2}^{3} f(x) , dx = \int_{-2}^{3} \left(-\frac{1}{2}x^3 + \frac{3}{2}x + 3\right) , dx ]

      计算积分:

      [ \int_{-2}^{3} \left(-\frac{1}{2}x^3 + \frac{3}{2}x + 3\right) , dx = \left[-\frac{1}{8}x^4 + \frac{3}{4}x^2 + 3x\right]_{-2}^{3} ]

      代入上下限:

      [ = \left(-\frac{1}{8}(3)^4 + \frac{3}{4}(3)^2 + 3(3)\right) - \left(-\frac{1}{8}(-2)^4 + \frac{3}{4}(-2)^2 + 3(-2)\right) ]

      计算结果:

      [ = \left(-\frac{81}{8} + \frac{27}{4} + 9\right) - \left(-\frac{16}{8} + \frac{12}{4} - 6\right) ]

      [ = \left(-\frac{81}{8} + \frac{54}{8} + \frac{72}{8}\right) - \left(-2 + 3 - 6\right) ]

      [ = \frac{-81 + 54 + 72}{8} + 5 ]

      [ = \frac{45}{8} + 5 ]

      [ = 5.625 + 5 ]

      [ = 10.625 ]

      因此,定积分的结果为 ( 10.625 )。

      c) 计算函数 ( f(x) ) 在区间 ([-2, 3]) 上的最大值和最小值

      为了找到最大值和最小值,我们需要检查 ( f(x) ) 在区间端点以及任何临界点(即 ( f’(x) = 0 ) 的点)的值。

      我们已经知道 ( f(x) ) 在 ( x = -1 ) 和 ( x = 1 ) 处分别取得极大值和极小值。因此,我们需要检查这些点以及区间端点 ( x = -2 ) 和 ( x = 3 )。

      计算 ( f(x) ) 在这些点的值:

      [ f(-2) = -\frac{1}{2}(-2)^3 + \frac{3}{2}(-2) + 3 = 1 ] [ f(-1) = -\frac{1}{2}(-1)^3 + \frac{3}{2}(-1) + 3 = 6 ] [ f(1) = -\frac{1}{2}(1)^3 + \frac{3}{2}(1) + 3 = 2 ] [ f(3) = -\frac{1}{2}(3)^3 + \frac{3}{2}(3) + 3 = -\frac{9}{2} + \frac{9}{2} + 3 = 3 ]

      比较这些值,我们可以看到:

      • 最大值为 ( f(-1) = 6 )
      • 最小值为 ( f(1) = 2 )
      • 1