设函数 $f(x)=x^2+ax+b$($a,b\in\mathbb R$),已知当 $|x|\leqslant 1$ 时,$|f(x)|\leqslant 1$ 恒成立,则 $a-3b$ 的取值范围是 .
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
$\left[0,\dfrac{10}3\right]$
【解析】
注意到$$f\left(-\dfrac 13\right)=\dfrac 19-\dfrac 13(a-3b),$$于是 $a-3b=\dfrac 13-3f\left(-\dfrac 13\right)$,因此只要求出 $f\left(-\dfrac 13\right)$ 的取值范围,就求出了 $a-3b$ 的取值范围.我们猜测 $f\left(-\dfrac 13\right)$ 的最小值和最大值分别如下左图和右图时取得(注意,因为 $x^{2}$ 前面的系数确定,所以抛物线形状固定,只能左右上下平移).
接下来,我们进行论证.显然有 $f\left(-\dfrac 13\right)\geqslant -1$,且当 $f(x)=\left(x+\dfrac 13\right)^2-1$ 时等号可以取得,这样就得到了 $a-3b\leqslant \dfrac {10}3$.而对于 $a-3b$ 的最小值,注意到此时 $f(1)=f(-1)=1$,因此抓住这点进行论证.事实上,有$$\begin{cases} f(1)=1+a+b,\\ f(-1)=1-a+b,\end{cases}$$因此 $a=\dfrac 12f(1)-\dfrac 12f(-1)$,$b=\dfrac 12f(1)+\dfrac 12f(-1)-1$,从而$$a-3b=-f(1)-2f(-1)+3\geqslant -1-2+3=0,$$等号当 $f(x)=x^2$ 时可以取得.
综上所述,$a-3b$ 当 $a=\dfrac 23$,$b=-\dfrac 89$ 时取得最大值为 $\dfrac{10}3$;当 $a=b=0$ 时取得最小值为 $0$.结合连续性,$a-3b$ 的取值范围为 $\left[0,\dfrac{10}3\right]$.

综上所述,$a-3b$ 当 $a=\dfrac 23$,$b=-\dfrac 89$ 时取得最大值为 $\dfrac{10}3$;当 $a=b=0$ 时取得最小值为 $0$.结合连续性,$a-3b$ 的取值范围为 $\left[0,\dfrac{10}3\right]$.
题目
答案
解析
备注