设 $f(x)=x^2+ax+b$,$g(x)=x^2+cx+d$,如果方程 $f(g(x))=0$ 和 $g(f(x))=0$ 都没有实数根,求证:方程 $f(f(x))=0$ 和 $g(g(x))=0$ 中至少有一个没有实数根.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 知识点
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    函数
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    常见初等函数
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    二次函数
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    函数
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    复合函数
  • 知识点
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    函数
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    函数的图象与性质
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    函数的零点
【答案】
【解析】
情形一 若方程 $f(x)=0$ 没有实根或者方程 $g(x)=0$ 没有实根,那么命题显然成立.
情形二 若方程 $f(x)=0$ 与方程 $g(x)=0$ 均有实根,
设方程 $f(x)=0$ 的实根为 $x_1,x_2 \left(x_1\leqslant x_2\right)$,函数 $f(x)$ 的值域为 $[a,+\infty)$,
方程 $g(x)=0$ 的实根为 $x_3,x_4 \left(x_3\leqslant x_4\right)$,函数 $g(x)$ 的值域为 $[b,+\infty)$,那么根据题意,有\begin{align*}
x_2&<b,\\
x_4&<a,
\end{align*}故\begin{equation}\label{至少有一个无实根1}
x_2+x_4<a+b.
\end{equation}若方程 $f(f(x))=0$ 和 $g(g(x))=0$ 均有实根,则\begin{align*}
x_2&\geqslant a,\\
x_4&\geqslant b,
\end{align*}故\begin{equation}\label{至少有一个无实根2}
x_2+x_4\geqslant a+b.
\end{equation}由于 \eqref{至少有一个无实根1} 式与 \eqref{至少有一个无实根2} 式矛盾,故原命题得证.
答案 解析 备注
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