每日一题[1065]函数的单调性

已知函数 $f(x)=x^2-|ax+1|$,若函数 $f(x)$ 在 $[1,2]$ 上单调递增,则实数 $a$ 的取值范围是__________.


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正确答案是$[-2,2]$.

分析与解 当 $a=0$ 时显然符合题意.
当 $a\ne 0$ 时,函数\[f(x)=\begin{cases}x^2+ax+1,&ax+1<0,\\ x^2-ax-1,&ax+1\geqslant 0,\end{cases}\]因此 $f(x)$ 的图象是两条抛物线以 $x=-\dfrac 1a$ 为界“接驳”而成.
考虑到它们的对称轴分别为 $x=-\dfrac a2$ 和 $x=\dfrac a2$.

情形一 当 $a>0$ 时,有 $-\dfrac 1a<0$,函数 $f(x)$ 在 $[1,2]$ 上的递增性由右侧的抛物线 $y=x^2-ax-1$ 提供,此时有 $\dfrac a2\leqslant 1$,于是 $0<a\leqslant 2$.

情形二 当 $a<0$ 且 $0<-\dfrac 1a\leqslant 1$,即 $a\leqslant -1$ 时,函数 $f(x)$ 在 $[1,2]$ 上的递增性由右侧的抛物线 $y=x^2+ax+1$ 提供,此时有 $-\dfrac a2\leqslant 1$,于是 $-2\leqslant a\leqslant -1$.

情形三 当 $-\dfrac 1a>1$,即 $-1<a<0$ 时,左边的抛物线 $y=x^2-ax-1$ 在 $\left(\dfrac a2,-\dfrac 1a\right)$ 上单调递增.又 $ -\dfrac a2<\dfrac 12 $,所以右侧的抛物线 $y=x^2+ax-1$ 在 $\left(-\dfrac 1a,+\infty\right)$ 上单调递增,所以此时符合题意.

综上所述,所求的实数 $ a $ 的取值范围是 $ [-2,2]$.

下面给出一道练习:

若函数 \(g(x)=x^2-\big|x^2-ax-4\big|\) 在区间 \((-\infty,-2)\) 和 \((2,+\infty)\) 上均单调递增,求实数 \(a\) 的取值范围.

正确答案是\((0,8]\).

令$f(x)=x^2-ax-4$,记此函数的两个零点为$x_1,x_2$,$x_1<x_2$,则函数\[g(x)=\begin{cases} ax+4,&x<x_1,\\ 2x^2-ax-4,&x_1\leqslant x \leqslant x_2,\\ ax+4,&x>x_2.\end{cases}\]考虑 \(x\) 趋于正负无穷的情形,可得 \(a>0\).
因为$f(-2)=2a>0,f(0)<0$,而$f(x)$的对称轴$x=\dfrac a2>0$,所以$-2<x_1<0$.
所以当 \(a>0\) 时,函数 \(g(x)\) 在区间 \((-\infty,x_1)\) 上单调递增,在 \(\left(x_1,\dfrac a4\right)\) 上单调递减,在 \(\left(\dfrac a4,+\infty\right)\) 上单调递增,因此实数 \(a\) 的取值范围是 \((0,8]\).

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