设函数 $f\left(x\right)=x^2+ax+b\left(a,b\in{\mathbb R}\right)$.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 当 $b=\dfrac{a^2}{4}+1$ 时,求函数 $f\left(x\right)$ 在 $\left[-1,1\right]$ 上的最小值 $g\left(a\right)$ 的表达式;
    标注
    答案
    $g(a)=\begin{cases} \dfrac 14a^2+a+2,&a\in (-\infty ,-2],\\1,&a\in (-2,2),\\\dfrac 14a^2-a+2,&a\in [2,+\infty ).\end{cases} $
    解析
    当 $b=\dfrac {a^2}4+1$ 时,$f(x)=\left(x+\dfrac a2\right)^2+1$,按 $-\dfrac a2$ 与 $-1,1$ 的大小关系讨论.
    当 $a\leqslant -2$ 时,函数 $f(x)$ 在区间 $[-1,1]$ 上单调递减,$g(a)=f(1)=\dfrac 14a^2+a+2$;
    当 $-2<a<2$ 时,函数 $f(x)$ 在区间 $\left[-1,-\dfrac a2\right]$ 上单调递减,在区间 $\left[-\dfrac a2,1\right]$ 上单调递增,$g(a)=f\left(-\dfrac a2\right)=1$;
    当 $a\geqslant 2$ 时,函数 $f(x)$ 在区间 $[-1,1]$ 上单调递增,$g(a)=f(-1)=\dfrac 14a^2-a+2$.
    综上,$g(a)=\begin{cases} \dfrac 14a^2+a+2,&a\in (-\infty ,-2],\\1,&a\in (-2,2),\\\dfrac 14a^2-a+2,&a\in [2,+\infty ).\end{cases} $
  2. 已知函数 $f\left(x\right)$ 在 $\left[-1,1\right]$ 上存在零点,$0\leqslant b-2a\leqslant 1$,求 $b$ 的取值范围.
    标注
    答案
    $\left[-3,9-4\sqrt 5\right]$
    解析
    方法一根据题意,$f(x)$ 在 $[-1,1]$ 上存在零点即$$f(-1)\cdot f(1)\leqslant 0 \text{ 或 }\begin{cases} \Delta=a^2-4b\geqslant 0,\\-\dfrac a2\in (-1,1),\\f(-1)>0,\\f(1)>0,\end{cases} $$即$$(a-b-1)(a+b+1)\geqslant 0\text{ 或 }\begin{cases} a^2\geqslant 4b,\\-2<a<2,\\ a-b-1<0,\\ a+b+1>0,\end{cases}$$在平面直角坐标系 $aOb$ 中,注意到直线 $a-b-1=0$ 与抛物线 $b=\dfrac 14a^2$ 相切于 $(2,1)$,直线 $a+b+1=0$ 与抛物线 $b=\dfrac 14a^2$ 相切于 $(-2,1)$,又有 $2a\leqslant b\leqslant 2a+1$,因此规划如图.可以计算得点 $M\left(4-2\sqrt 5,9-4\sqrt 5\right)$,$N(-2,-3)$,因此 $b$ 的取值范围是 $\left[-3,9-4\sqrt 5\right]$.
    方法二设函数 $f(x)$ 在区间 $[-1,1]$ 上的零点为 $x=\alpha$.
    第一种情况 $\alpha=0$ 时,此时 $b=0$.
    第二种情况 $\alpha\neq 0$ 时,此时 $f(x)$ 有另外一个零点 $x=\dfrac{b}{\alpha}$,于是$$-a=\alpha+\dfrac{b}{\alpha},$$又根据题意 $0\leqslant b-2a\leqslant 1$,即 $-\dfrac b2\leqslant -a\leqslant \dfrac{1-b}2$,因此$$-\dfrac b2\leqslant \alpha+\dfrac{b}{\alpha}\leqslant \dfrac {1-b}2,$$从而 $b$ 在 $\dfrac{\alpha-2\alpha^2}{2+\alpha}$ 与 $\dfrac{-2\alpha^2}{2+\alpha}$ 之间.
    令 $t=2+\alpha$,则 $t\in [1,3]$ 且 $t\neq 2$,此时可得 $b$ 在 $9-2\left(t+\dfrac 5t\right)$ 和 $8-2\left(t+\dfrac 4t\right)$ 之间.
    在同一个坐标系中画出函数 $b=9-2\left(t+\dfrac 5t\right)$ 与函数 $b=8-2\left(t+\dfrac 4t\right)$ 的图象,如图.可得 $b$ 的取值范围为 $\left[-3,0\right)\cup\left(0,9-4\sqrt 5\right]$.
    综合以上两种情况可得 $b$ 的取值范围是 $\left[-3,9-4\sqrt 5\right]$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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