问题 解答题

已知a,b,c是实数,函数f(x)=ax2+bx+c,g(x)=ax+b,当-1≤x≤1时|f(x)|≤1.

(1)证明:|c|≤1;

(2)证明:当-1≤x≤1时,|g(x)|≤2;

(3)设a>0,有-1≤x≤1时,g(x)的最大值为2,求f(x).

答案

(1)证明:由条件当=1≤x≤1时,

|f(x)|≤1,

取x=0得:|c|=|f(0)|≤1,

即|c|≤1.

(2)证法一:依题设|f(0)|≤1而f(0)=c,

所以|c|≤1.

当a>0时,g(x)=ax+b在[-1,1]上是增函数,

于是g(-1)≤g(x)≤g(1),(-1≤x≤1).

∵|f(x)|≤1,(-1≤x≤1),|c|≤1,

∴g(1)=a+b=f(1)-c≤|f(1)|+|c|=2,

g(-1)=-a+b=-f(-1)+c≥-(|f(-2)|+|c|)≥-2,

因此得|g(x)|≤2(-1≤x≤1);

当a<0时,g(x)=ax+b在[-1,1]上是减函数,

于是g(-1)≥g(x)≥g(1),(-1≤x≤1),

∵|f(x)|≤1(-1≤x≤1),|c|≤1

∴|g(x)|=|f(1)-c|≤|f(1)|+|c|≤2.

综合以上结果,当-1≤x≤1时,

都有|g(x)|≤2.

证法二:∵|f(x)|≤1(-1≤x≤1)

∴|f(-1)|≤1,|f(1)|≤1,|f(0)|≤1,

∵f(x)=ax2+bx+c,

∴|a-b+c|≤1,|a+b+c|≤1,|c|≤1,

因此,根据绝对值不等式性质得:

|a-b|=|(a-b+c)-c|≤|a-b+c|+|c|≤2,

|a+b|=|(a+b+c)-c|≤|a+b+c|+|c|≤2,

∵g(x)=ax+b,∴|g(±1)|=|±a+b|=|a±b|≤2,

函数g(x)=ax+b的图象是一条直线,

因此|g(x)|在[-1,1]上的最大值只能在区间的端点x=-1或x=1处取得,

于是由|g(±1)|≤2得|g(x)|≤2,(-1<x<1).

证法三:∵x=
(x+1)2-(x-1)2
4
=(
x+1
2
)2-(
x-1
2
)2
∴g(x)=ax+b=a[(
x+1
2
)2-(
x-1
2
)2]+b(
x+1
2
-
x-1
2
)
=[a(
x+1
2
)2+b(
x+1
2
)+c]-[a(
x-1
2
)2+b(
x-1
2
)+c]
=f(
x+1
2
)-f(
x-1
2
)

当-1≤x≤1时,有0≤

x+1
2
≤1,-1≤
x-1
2
≤0,

∵|f(x)|≤1,(-1≤x≤1),

∴|f(

x+1
2
)|≤1,|f(
x-1
2
)|≤1;

因此当-1≤x≤1时,|g(x)|≤|f(

x+1
2
)|+|f(
x-1
2
)|≤2.

(3)因为a>0,g(x)在[-1,1]上是增函数,

当x=1时取得最大值2,

即g(1)=a+b=f(1)-f(0)=2.①

∵-1≤f(0)=f(1)-2≤1-2=-1,

∴c=f(0)=-1.

因为当-1≤x≤1时,f(x)≥-1,

即f(x)≥f(0),

根据二次函数的性质,直线x=0为f(x)的图象的对称轴,

由此得-

b
2a
<0,

即b=0.

由①得a=2,

所以f(x)=2x2-1.(14分)

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