已知函数. (1)若关于的不等式的解集为,求实数,的值; (2)设,若不等式对任意实数都成立,求实数的取值范围; (3)设,解关于的不等式组.
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完整解法
(1)
1. 将不等式的解集转化为对应一元二次方程的根
若关于 的不等式 的解集为 ,
根据一元二次不等式与二次方程的关系可知, 和 是关于 的方程 的两个实数根。
2. 利用根与系数的关系(韦达定理)求出实数 $a$ 和 $b$ 的值
由韦达定理可得:
解得:
经检验,当 , 时,不等式 的解集确实为 。
所以 ,。
答案
,
(2)
1. 代入 $a=2$ 并将不等式整理变形
当 时,。
不等式 恒成立,即 对任意 恒成立。
整理得: 恒成立。
2. 求二次函数的最值以将恒成立问题转化为最值不等式
考虑二次函数 的最小值。
通过配方可得:
因此,对于任意实数 ,恒有 。
所以要使 恒成立,只需其最小值大于 ,即:
3. 解关于 $b$ 的一元二次不等式得出其取值范围
由 整理得:
因式分解得:
解得 。
所以实数 的取值范围是 。
答案
(3)
1. 代入 $b=3$ 分析 $f(x)$ 对应的方程特征与判别式
当 时,。
对于不等式组 ,注意 恒成立。
方程 的判别式为:
2. 讨论 $\Delta \leqslant 0$ 时不等式组的解集
当 时,。
此时 对任意 恒成立。
- 若 ,则 , 的解集为 ,与 取交集得解集为 。
- 若 , 的解集为 ,与 取交集仍为 。
- 若 , 的解集为 ,与 取交集为 。
此情况会在后续与 分类讨论汇总时一起归纳。
3. 讨论 $\Delta > 0$ 时,根据两根与边界 1 的位置关系求解
当 或 时,。此时方程 有两个不同的实根:
由于 ,所以 不可能处于两根之间。对称轴为 。
- 若 ,则对称轴 ,由于 ,可得两根均小于 (即 )。
此时 的解集为 ,其与 的交集为 。 - 若 ,则对称轴 ,由于 ,可得两根均大于 (即 )。
此时 的解集为 ,其与 的交集为 。
4. 对讨论结果进行合并与总结
综合以上讨论:
- 当 时,两根为 ,其解集 形式上可并入 的公式中;
- 当 时(即 或 ),不等式组的解集均为 。
综上所述:
当 时,不等式组的解集为 ;
当 时,不等式组的解集为 。
答案
当 时,解集为 ;
当 时,解集为 。
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