正实数 满足 ;实数 满足
定义函数
试问,当 满足什么条件时,存在 ,使得定义在 上的函数 恰在两点处达到最小值?
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
正部函数 表示在c处斜率增加;指示项 表示右侧跳跃,c本身仍取左值。分段线性函数按端点和平台检查全局最小值。
想法从哪来:先画分段线而别急着求导:f在接缝连续,g在接缝向上跳,同样的斜率并不意味着两者的极小值结构一样。把相邻斜率差作为正变量,用正部函数表示连续折线,另加严格大于断点才触发的跳跃项,就能避免端点取值写错。固定A后,所有斜率变化只在几个断点发生;先按A的大小整理这些断点的顺序,排除最小点成区间或唯一的情形。进入可有两个孤立最小点的范围后,比较两个跳跃前端点的高度差。使它们等高只给候选条件,还须沿所有其余线段逐一确认没有更低点或同高平台。
把两个斜率增量记为 ,用正部函数显式写出分段折线及 的两个向上跳跃,再按 的范围考察极小点。
令
对 ,除去常数 后,函数 可写为
由(1)逐段比较可得:
时最小点包含一个非退化区间;
时最小点唯一;
时最小点或唯一,或包含区间 ,仍不可能恰有两点。
因此若恰有两个最小点,必须 。
当 时,(1)的斜率和跳跃表明,只有 与 (均取跳跃前的函数值)可能成为最小点;其余各段分别严格下降、位于跳跃后的高位平台或严格上升。两点函数值之差为
故必要条件为
即
反之,若(2)成立,取任意 。在 处函数向上跳 ,随后在 上以斜率 下降,故恰在 回到与 相同的值;在 后又向上跳,其他各段均更大。因此最小值恰在 两点取得,充分性成立。
在 的函数值按题面取左支,两个候选点必须使用跳跃前值; 时中间平台退化为一点,结论仍成立。
分段线性函数之和的多重最小值由斜率变化和跳跃共同决定。先用正部函数统一表达,再比较候选断点的高度最稳妥。
须同时追踪A引起的分界移动和g的跳跃,排除整段最小值,最终比较两个跳跃前端点并证明充分性。
核心工具:按断点分段讨论、区分恒成立与存在,求参数范围并验证
已记下,谢谢!