每日一题[2607]分离变量

已知函数 $f(x)=\dfrac{1}{3} a x^3+x^2$($a>0$).

1、求函数 $y=f(x)$ 的极值.

2、若存在实数 $x_0 \in(-1,0)$,且 $x_0 \neq-\dfrac{1}{2}$,使得 $f\left(x_0\right)=f\left(-\dfrac{1}{2}\right)$,求实数 $a$ 的取值范围.

解析

1、根据题意,有\[f'(x)=ax^2+2x=x(ax+2),\]于是函数 $f(x)$ 在 $\left(-\infty,-\dfrac 2a\right)$ 上单调递增,在 $\left(-\dfrac 2a,0\right)$ 上单调递减,在 $(0,+\infty)$ 上单调递增,因此在 $x=-\dfrac 2a$ 处取得极大值 $\dfrac{4}{3a^2}$,在 $x=0$ 处取得极小值 $0$.

2、方程 $f(x)=f\left(-\dfrac 12\right)$ 即\[\dfrac 1{24}\left(8ax^3+24x^2+a-6\right)=0,\]也即\[(2x+1)(4ax^2+(12-2a)x+a-6)=0,\]根据题意,方程\[4ax^2+(12-2a)x+a-6=0\]在 $x\in(-1,0)$ 上有不等于 $-\dfrac 12$ 的实数解,该方程即\[a=\dfrac{-12x+6}{4x^2-2x+1},\]设方程右侧函数为 $g(x)$,则其导函数\[g'(x)=\dfrac{48x(x-1)}{(4x^2-2x+1)^2},\]于是函数 $g(x)$ 在 $(-1,0)$ 上单调递增,于是实数 $a$ 的取值范围是\[\left(g(-1),g(0)\right)\setminus \left\{g\left(-\dfrac 12\right)\right\}=\left(\dfrac{18}7,4\right)\cup \left(4,6\right).\]

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