已知 $f(x)=x^3-x$,关于 $x$ 的方程 $f(x)=-\dfrac 13t$ 在 $[-1,t]$ 上有且只有一个实根,则 $t$ 的取值范围是 .
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
$\left[-\dfrac{\sqrt 6}3,0\right)\cup\left(0,\dfrac{\sqrt 6}3\right)\cup\left\{\dfrac{2\sqrt 3}3\right\}$
【解析】
利用直线 $y=-\dfrac 13x$ 建立动区间 $[-1,t]$ 和动直线 $y=-\dfrac 13t$ 之间的联系,然后计算临界点,分段讨论.
如图,设直线 $y=-\dfrac 13x$ 与函数 $f(x)=x^3-x$ 的图象交于 $A,O,B$ 三点,与函数 $y=f(x)$ 的水平切线交于 $M,N$ 两点.不难计算得 $A\left(-\dfrac{\sqrt 6}3,\dfrac{\sqrt 6}9\right)$,$B\left(\dfrac{\sqrt 6}3,-\dfrac{\sqrt 6}9\right)$,$M\left(-\dfrac{2\sqrt 3}3,\dfrac{2\sqrt 3}9\right)$,$N\left(\dfrac{2\sqrt 3}3,\dfrac{2\sqrt 3}9\right)$.
利用图象可知:
情形一 当 $-1<t<-\dfrac{\sqrt 6}3$ 时,方程没有实根;
情形二 当 $-\dfrac{\sqrt 6}3\leqslant t<0$ 时,方程有 $1$ 个实根;
情形三 当 $t=0$ 时,方程有 $2$ 个实根;
情形四 当 $0<t<\dfrac{\sqrt 6}3$ 时,方程有 $1$ 个实根;
情形五 当 $\dfrac{\sqrt 6}3\leqslant t<\dfrac{2\sqrt 3}3$ 时,方程有 $2$ 个实根;
情形六 当 $t=\dfrac{2\sqrt 3}3$ 时,方程有 $1$ 个实根;
情形七 当 $t>\dfrac{2\sqrt 3}3$ 时,方程没有实根.
综上所述,$t$ 的取值范围是 $\left[-\dfrac{\sqrt 6}3,0\right)\cup\left(0,\dfrac{\sqrt 6}3\right)\cup\left\{\dfrac{2\sqrt 3}3\right\}$.
如图,设直线 $y=-\dfrac 13x$ 与函数 $f(x)=x^3-x$ 的图象交于 $A,O,B$ 三点,与函数 $y=f(x)$ 的水平切线交于 $M,N$ 两点.不难计算得 $A\left(-\dfrac{\sqrt 6}3,\dfrac{\sqrt 6}9\right)$,$B\left(\dfrac{\sqrt 6}3,-\dfrac{\sqrt 6}9\right)$,$M\left(-\dfrac{2\sqrt 3}3,\dfrac{2\sqrt 3}9\right)$,$N\left(\dfrac{2\sqrt 3}3,\dfrac{2\sqrt 3}9\right)$.

综上所述,$t$ 的取值范围是 $\left[-\dfrac{\sqrt 6}3,0\right)\cup\left(0,\dfrac{\sqrt 6}3\right)\cup\left\{\dfrac{2\sqrt 3}3\right\}$.
题目
答案
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