设x3+ax+b=0x^{3}+ax+b=0,其中aa,bb均为实数,下列条件中,使得该三次方程仅有一个实根的有___.(.(填写序号)①a=0)①a=0,b=2b=2;②a=3②a=3,b=2b=2;③a=−3③a=-3,b=−3b=-3;④a=−3④a=-3,b=2b=2;⑤a=−3⑤a=-3,b>2b > 2.

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完整解法

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+bf(x) = x^3 + ax + b,则方程 x3+ax+b=0x^3 + ax + b = 0 的实根个数即为函数 f(x)f(x) 的零点个数.
对其求导得:f′(x)=3x2+af'(x) = 3x^2 + a.

2. 分析 $a \ge 0$ 时(即①②)的零点个数

对于① a=0,b=2a=0, b=2 与② a=3,b=2a=3, b=2,此时 a≥0a \ge 0.
当 a=0a=0 时,f′(x)=3x2≥0f'(x) = 3x^2 \ge 0,当且仅当 x=0x=0 时 f′(x)=0f'(x)=0;
当 a=3a=3 时,f′(x)=3x2+3>0f'(x) = 3x^2 + 3 > 0 恒成立.
因此,当 a≥0a \ge 0 时,函数 f(x)f(x) 在 R\mathbb{R} 上单调递增,故函数 f(x)f(x) 与 xx 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=−3a = -3,此时 f(x)=x3−3x+bf(x) = x^3 - 3x + b,f′(x)=3x2−3=3(x+1)(x−1)f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x+1)(x-1).
令 f′(x)=0f'(x) = 0 解得 x=−1x = -1 或 x=1x = 1.
当 x∈(−∞,−1)x \in (-\infty, -1) 时,f′(x)>0f'(x) > 0,f(x)f(x) 单调递增;
当 x∈(−1,1)x \in (-1, 1) 时,f′(x)<0f'(x) < 0,f(x)f(x) 单调递减;
当 x∈(1,+∞)x \in (1, +\infty) 时,f′(x)>0f'(x) > 0,f(x)f(x) 单调递增.
故 f(x)f(x) 在 x=−1x = -1 处取得极大值 f(−1)=2+bf(-1) = 2 + b,在 x=1x = 1 处取得极小值 f(1)=−2+bf(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)f(x) 仅有一个零点,则需极大值与极小值同号,即 f(−1)<0f(-1) < 0 或 f(1)>0f(1) > 0.

  • 对于③ a=−3,b=−3a=-3, b=-3:极大值 f(−1)=2−3=−1<0f(-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=2a=-3, b=2:极小值 f(1)=−2+2=0f(1) = -2 + 2 = 0,此时函数在 x=1x=1 处与 xx 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>2a=-3, b > 2:极小值 f(1)=b−2>0f(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.

答案

①②③⑤

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