已知函数f(x)=ax2−3x+bf\left({x}\right)=ax^{2}-3x+b,其中aa, b∈Rb\in R . (1)若关于xx的不等式f(x)>0f\left({x}\right)>0的解集为(−4,1)\left({-4,1}\right),求aa,bb的值; (2)当a<0a< 0,且a=ba=b时,求不等式f(x)⩽0f\left({x}\right)\leqslant 0的解集.

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完整解法

(1)

1. 根据不等式的解集确定对应方程的根及二次项系数的符号

因为关于 xx 的不等式 f(x)>0f(x) > 0 的解集为 (−4,1)(-4,1),
所以二次项系数 a<0a < 0,且 −4-4 和 11 是方程 ax2−3x+b=0ax^2 - 3x + b = 0 的两个实数根。

2. 利用一元二次方程根与系数的关系求出 $a$ 和 $b$ 的值

由一元二次方程根与系数的关系(韦达定理)可得:
x1+x2=−4+1=3ax_1 + x_2 = -4 + 1 = \frac{3}{a}
x1x2=−4×1=bax_1 x_2 = -4 \times 1 = \frac{b}{a}
解得:
a=−1a = -1
b=4b = 4
经检验,当 a=−1<0a = -1 < 0 时符合题意。
所以 a=−1,b=4a = -1, b = 4。

答案

a=−1a = -1, b=4b = 4

(2)

1. 将已知条件代入不等式并计算判别式

当 a<0a < 0 且 a=ba = b 时,不等式 f(x)⩽0f(x) \leqslant 0 变为 ax2−3x+a⩽0ax^2 - 3x + a \leqslant 0。
考虑对应方程 ax2−3x+a=0ax^2 - 3x + a = 0 的判别式:
Δ=(−3)2−4⋅a⋅a=9−4a2\Delta = (-3)^2 - 4 \cdot a \cdot a = 9 - 4a^2

2. 讨论 $\Delta \leqslant 0$ 的情况并求出解集

① 当 Δ⩽0\Delta \leqslant 0 时,即 9−4a2⩽09 - 4a^2 \leqslant 0,解得 a⩽−32a \leqslant -\frac{3}{2} 或 a⩾32a \geqslant \frac{3}{2}。
因为 a<0a < 0,所以当 a⩽−32a \leqslant -\frac{3}{2} 时,Δ⩽0\Delta \leqslant 0。
此时二次函数 y=ax2−3x+ay = ax^2 - 3x + a 的图象开口向下,且与 xx 轴至多有一个交点,
对任意实数 xx,都有 ax2−3x+a⩽0ax^2 - 3x + a \leqslant 0 恒成立。
故此时不等式的解集为 R\mathbb{R}。

3. 讨论 $\Delta > 0$ 的情况并求出解集

② 当 Δ>0\Delta > 0 时,即 −32<a<0-\frac{3}{2} < a < 0 时,方程 ax2−3x+a=0ax^2 - 3x + a = 0 有两个不相等的实数根:
x1,2=3±9−4a22ax_{1,2} = \frac{3 \pm \sqrt{9-4a^2}}{2a}
因为 a<0a < 0,所以:
3+9−4a22a<3−9−4a22a\frac{3+\sqrt{9-4a^2}}{2a} < \frac{3-\sqrt{9-4a^2}}{2a}
对应二次函数图象开口向下,且与 xx 轴有两个不同的交点。
此时不等式 ax2−3x+a⩽0ax^2 - 3x + a \leqslant 0 的解集为:
(−∞,3+9−4a22a]∪[3−9−4a22a,+∞)\left(-\infty, \frac{3+\sqrt{9-4a^2}}{2a}\right] \cup \left[\frac{3-\sqrt{9-4a^2}}{2a}, +\infty\right)

4. 总结得出最终不等式的解集

综上所述:
当 a⩽−32a \leqslant -\frac{3}{2} 时,不等式的解集为 R\mathbb{R};
当 −32<a<0-\frac{3}{2} < a < 0 时,不等式的解集为 (−∞,3+9−4a22a]∪[3−9−4a22a,+∞)\left(-\infty, \frac{3+\sqrt{9-4a^2}}{2a}\right] \cup \left[\frac{3-\sqrt{9-4a^2}}{2a}, +\infty\right)。

答案

当 a⩽−32a \leqslant -\frac{3}{2} 时,不等式的解集为 R\mathbb{R};
当 −32<a<0-\frac{3}{2} < a < 0 时,不等式的解集为 (−∞,3+9−4a22a]∪[3−9−4a22a,+∞)\left(-\infty, \frac{3+\sqrt{9-4a^2}}{2a}\right] \cup \left[\frac{3-\sqrt{9-4a^2}}{2a}, +\infty\right)

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