每日一题[731]任意与存在的“纠葛”

设二次函数$f(x)=x^2+bx+c$,若对任意的实数$b$,都存在实数$x\in [1,2]$,使得不等式$|f(x)|\geqslant x$成立,求实数$c$的取值范围.


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分析与解 考虑问题的反面,也即“存在实数$b$,使得对任意$x\in [1,2]$,不等式$|f(x)|<x$成立”.由于$$\forall x\in [1,2],|f(x)|<x,$$即$$\forall x \in [1,2],-1<x+\dfrac cx+b<1,$$于是问题的反面等价于函数$g(x)=x+\dfrac cx,x\in [1,2]$的值域“宽度”小于$2$.

情形一 当$c>4$时,限制条件为$g(1)-g(2)<2$,解得$4<c<6$.

情形二  当$1\leqslant c\leqslant 4$时,限制条件为$$\begin{cases} g(2)-2\sqrt c<2,\\g(1)-2\sqrt c<2,\end{cases} $$解得$1\leqslant c\leqslant 4$.

情形三 当$c<1$时,限制条件为$g(2)-g(1)<2$,解得$-2<c<1$.

综上所述,问题的反面对应的$c$的取值范围是$(-2,6)$,于是所求的$c$的取值范围是$(-\infty,-2]\cup [6,+\infty)$.

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