已知函数 $f(x)=ax^2+2x+1$,若对任意 $x\in\mathbb R$,都有 $f(f(x))\geqslant 0$ 恒成立,则实数 $a$ 的取值范围是 .
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
$\left[\dfrac{\sqrt 5-1}2,+\infty\right)$
【解析】
显然 $a>0$,否则当 $x\to -\infty$ 时,有 $f(f(x))\to -\infty$,不符合题意.
当 $a>0$ 时,函数 $f(x)$ 的值域为 $\left[\dfrac{a-1}{a},+\infty\right)$.根据题意,对函数 $f(x)$ 值域中的任意一个数 $t$,都有 $f(t)\geqslant 0$,因此或者 $f(x)$ 没有零点,或者 $f(x)$ 的较大零点不超过 $\dfrac{a-1}{a}$,也即\[4-4a<0 \lor \begin{cases} 4-4a>0,\\ \dfrac{-2+\sqrt{4-4a}}{2a}\leqslant \dfrac{a-1}a,\end{cases}\]解得实数 $a$ 的取值范围是 $\left[\dfrac{\sqrt 5-1}2,+\infty\right)$.
另法 根据对称轴$$x=-\dfrac 1a<\dfrac{a-1}{a}$$知 $f(x)$ 在 $\left(\dfrac{a-1}a,+\infty\right)$ 上单调递增,于是 $f\left(\dfrac{a-1}a\right)\geqslant 0$ 即可,解得 $a\geqslant \dfrac{\sqrt 5-1}2$.
当 $a>0$ 时,函数 $f(x)$ 的值域为 $\left[\dfrac{a-1}{a},+\infty\right)$.根据题意,对函数 $f(x)$ 值域中的任意一个数 $t$,都有 $f(t)\geqslant 0$,因此或者 $f(x)$ 没有零点,或者 $f(x)$ 的较大零点不超过 $\dfrac{a-1}{a}$,也即\[4-4a<0 \lor \begin{cases} 4-4a>0,\\ \dfrac{-2+\sqrt{4-4a}}{2a}\leqslant \dfrac{a-1}a,\end{cases}\]解得实数 $a$ 的取值范围是 $\left[\dfrac{\sqrt 5-1}2,+\infty\right)$.
题目
答案
解析
备注