1. 求函数 $f(x)$ 在区间 $(-3, 3)$ 上的最大值
当 x∈(−3,3) 时,由于 f(x)=x2+4x 是奇函数,我们只需先讨论 x>0 的情况。
当 x>0 时,利用基本不等式:
f(x)=x2+4x=x+x41⩽2x⋅x41=41
当且仅当 x=x4 即 x=2 时取等号。因为 2∈(−3,3),所以当 x=2 时,f(x) 取得最大值 41。
因此,在 x∈(−3,3) 上, f(x)⩽41,从而 minx∈(−3,3)(41−f(x))=0。
2. 利用量词的逻辑关系转化不等式恒成立条件
题目要求对任意 x∈(−3,3),总存在 a∈[−1,2],使得不等式 f(x)+at+t2−41<0 成立。
将不等式变形为:
at+t2<41−f(x)
对任意 x 存在 a 使得上式成立,等价于对任意 x∈(−3,3),区间 [−1,2] 内函数 h(a)=ta+t2 的最小值小于 41−f(x)。
即:
mina∈[−1,2](ta+t2)<minx∈(−3,3)(41−f(x))
由第一步可知 minx∈(−3,3)(41−f(x))=0。
所以原命题等价于:
mina∈[−1,2](ta+t2)<0
3. 对参数 $t$ 分类讨论求解不等式
设 h(a)=ta+t2,a∈[−1,2]。这是一个关于 a 的一次函数:
- 当 t=0 时,h(a)=0,其最小值为 0<0,不合题意。
- 当 t>0 时,h(a) 关于 a 单调递增,最小值为 h(−1)=−t+t2。
令 −t+t2<0⟹t(t−1)<0,解得 0<t<1。
- 当 t<0 时,h(a) 关于 a 单调递减,最小值为 h(2)=2t+t2。
令 2t+t2<0⟹t(t+2)<0,解得 −2<t<0。
综上所述,实数 t 的取值范围为 (−2,0)∪(0,1)。
对应选项 D。