1. 将方程根的问题转化为函数零点问题,并求出导数
令函数 f(x)=x3+ax+b,则方程 x3+ax+b=0 的实根个数即为函数 f(x) 的零点个数.
对其求导得:f′(x)=3x2+a.
2. 分析 $a \ge 0$ 时(即①②)的零点个数
对于① a=0,b=2 与② a=3,b=2,此时 a≥0.
当 a=0 时,f′(x)=3x2≥0,当且仅当 x=0 时 f′(x)=0;
当 a=3 时,f′(x)=3x2+3>0 恒成立.
因此,当 a≥0 时,函数 f(x) 在 R 上单调递增,故函数 f(x) 与 x 轴仅有一个交点,方程仅有一个实根.
所以①②均符合题意.
3. 分析 $a < 0$ 时(即③④⑤,其中 $a=-3$)的单调性与极值点
对于③④⑤,均有 a=−3,此时 f(x)=x3−3x+b,f′(x)=3x2−3=3(x+1)(x−1).
令 f′(x)=0 解得 x=−1 或 x=1.
当 x∈(−∞,−1) 时,f′(x)>0,f(x) 单调递增;
当 x∈(−1,1) 时,f′(x)<0,f(x) 单调递减;
当 x∈(1,+∞) 时,f′(x)>0,f(x) 单调递增.
故 f(x) 在 x=−1 处取得极大值 f(−1)=2+b,在 x=1 处取得极小值 f(1)=−2+b.
4. 讨论 $a=-3$ 时,不同 $b$ 值下零点的个数,并验证③④⑤
根据三次函数图象特征,若函数 f(x) 仅有一个零点,则需极大值与极小值同号,即 f(−1)<0 或 f(1)>0.
- 对于③ a=−3,b=−3:极大值 f(−1)=2−3=−1<0,极大值小于零,说明所有极值均小于零,此时函数仅有一个实根,故③符合题意.
- 对于④ a=−3,b=2:极小值 f(1)=−2+2=0,此时函数在 x=1 处与 x 轴相切,共有两个不同的实根(其中一个为二重根),故④不符合题意.
- 对于⑤ a=−3,b>2:极小值 f(1)=b−2>0,极小值大于零,说明所有极值均大于零,此时函数仅有一个实根,故⑤符合题意.
5. 综合得出最终结论
综上所述,使得该三次方程仅有一个实根的条件序号有 ①②③⑤.