已知 $a,b$ 是实数,函数 $f\left( x \right) = {x^3} + ax,g\left( x \right) = {x^2} + bx$,$f'\left( x \right)$ 和 $g'\left( x \right)$ 分别是 $f\left( x \right)$,$g\left( x \right)$ 的导函数,若 $f'\left(x\right)g'\left(x\right) \geqslant 0$ 在区间 $I$ 上恒成立,则称 $f\left(x\right)$ 和 $g\left(x\right)$ 在区间 $I$ 上单调性一致.
【难度】
【出处】
2011年高考江苏卷
【标注】
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设 $a > 0$,若函数 $f\left(x\right)$ 和 $g\left(x\right)$ 在区间 $\left[ - 1, + \infty \right)$ 上单调性一致,求实数 $b$ 的取值范围;标注答案解析因为函数 $f\left(x\right)$ 和 $g\left(x\right)$ 在区间 $\left[ - 1, + \infty \right)$ 上单调性一致,
所以,$\forall x \in \left[ { - 1, + \infty } \right),$\[f'\left( x \right)g'\left( x \right) \geqslant 0 ,\]即 $\forall x \in \left[ - 1, + \infty \right),$\[\left( {3{x^2} + a} \right)\left( {2x + b} \right) \geqslant 0 ,\]$\because$ $a > 0 $,$\therefore$ $\forall x \in \left[ - 1, + \infty \right),$\[2x + b \geqslant 0 ,\]即 $\forall x \in \left[ - 1, + \infty \right),$\[b \geqslant - 2x ,\]所以\[b \geqslant 2.\] -
设 $a < 0$ 且 $a \ne b$,若 $f\left(x\right)$ 和 $g\left(x\right)$ 在以 $a,b$ 为端点的开区间上单调性一致,求 $\left| {a - b} \right|$ 的最大值.标注答案解析令 $f'\left(x\right) = 0$,解得\[x = \pm \sqrt { - \dfrac{a}{3}} ,\]若 $b > 0$,由 $a < 0$ 得 $0 \in \left(a,b\right)$,又因为\[f'\left(0\right)g'\left(0\right) = ab < 0,\]所以函数 $f\left(x\right)$ 和 $g\left(x\right)$ 在 $\left( {a,b} \right)$ 上单调性不一致,因此\[b \leqslant 0.\]由此得当 $x \in \left( { - \infty ,0} \right)$ 时,\[g'\left(x\right) < 0,\]当 $x \in \left( { - \infty ,-\sqrt { - \dfrac{a}{3}} } \right)$ 时,\[f'\left(x\right) > 0,\]因此,当 $x \in \left( { - \infty ,-\sqrt { - \dfrac{a}{3}} } \right)$ 时,\[f'\left(x\right)g'\left(x\right) < 0,\]故由题设得 $a \geqslant - \sqrt { - \dfrac{a}{3}} $ 且 $b \geqslant - \sqrt { - \dfrac{a}{3}} $,从而\[ - \dfrac{1}{3} \leqslant a < 0,\]于是\[ - \dfrac{1}{3} \leqslant b \leqslant 0,\]因此\[\left| {a - b} \right| \leqslant \dfrac{1}{3},\]且当 $a = - \dfrac{1}{3} , b = 0$ 时等号成立.
又当 $a = - \dfrac{1}{3} , b = 0$ 时,\[f'\left(x\right)g'\left(x\right) = 6x\left( {{x^2} - \dfrac{1}{9}} \right),\]从而当 $x \in \left( { - \dfrac{1}{3},0} \right)$ 时,\[f'\left(x\right)g'\left(x\right) > 0,\]故函数 $f\left(x\right)$ 和 $g\left(x\right)$ 在 $\left( { - \dfrac{1}{3},0} \right)$ 上单调性一致.
因此 $\left| {a - b} \right|$ 的最大值为 $\dfrac{1}{3}$.
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