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2010 年湖北预赛 · 第 7 题
F2填空题解不等式
对于一切 x∈[−2,21],不等式
ax3−x2+x+1≥0 恒成立,则实数 a 的取值范围为 。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:[−10,−1]
解析
提示
先选两个输入提取尖锐的参数上下界,再验证两端参数对应的多项式在全区间非负。
思路
由于表达式关于参数是仿射的,两端成立就能覆盖中间参数。
解答
记 Fa(x)=ax3−x2+x+1。取 x=−1 得 −a−1≥0,故 a≤−1;取 x=1/2 得 a/8+5/4≥0,故 a≥−10。 下面证充分性。两个临界参数满足
F−1(x)=(1−x)(x+1)2≥0,
F−10(x)=(1−2x)(5x2+3x+1)≥0
对全部 x∈[−2,1/2] 成立,因为 1−x>0、1−2x≥0,且 5x2+3x+1=5(x+3/10)2+11/20>0。 任意 a∈[−10,−1] 都可写为 a=(1−t)(−10)+t(−1),其中 t∈[0,1]。于是
Fa(x)=(1−t)F−10(x)+tF−1(x)≥0
在全区间成立。综上参数范围为 [−10,−1]。
复核
a=−10 的零点 x=1/2、a=−1 的零点 x=−1 均在题给区间,允许等号,故两端都保留。若 a<−10 或 a>−1,对应的这两个输入之一立即使原式为负,必要性不能放宽。
方法总结
表达式关于参数一次时,可以先猜并证明参数的两端可行,再用凸组合覆盖整个参数区间;这能避免逐一求每个三次函数的驻点。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
选择两个输入得到尖锐参数边界,再对临界多项式因式分解,并利用关于参数的仿射结构证明充分性。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:按断点分段讨论、区分恒成立与存在,求参数范围并验证
专题卡:解分式不等式:标数轴,逐段判正负、恒成立求参数:找最不利的情况