问题 解答题

若函数f(x)=x4+ax3+bx2+cx+d.

(1)当a=d=-1,b=c=0时,若函数f(x)的图象与x轴所有交点的横坐标的和与积分别为m,n.

(i)求证:f(x)的图象与x轴恰有两个交点;

(ii)求证:m2=n-n3

(2)当a=c,d=1时,设函数f(x)有零点,求a2+b2的最小值.

答案

(本题满分16分)

(1)(i)当a=d=-1,b=c=0时,f(x)=x4-x3-1

∴f'(x)=4x3-3x2=x2(4x-3),

所以x=

3
4
是使f(x)取到最小值的唯一的值,且在区间(-∞,
3
4
)
上,函数f(x)单调递减;

在区间(

3
4
,+∞)上,函数f(x)单调递增.

因为f(

3
4
)<0,f(-1)>0,f(2)>0,

所以f(x)的图象与x轴恰有两个交点. …(4分)

(ii)设x1,x2是方程f(x)=0的两个实根,则f(x)有因式(x-x1)(x-x2)=x2-mx+n,

且可令f(x)=(x2-mx+n)(x2+px+q).

于是有(x2-mx+n)(x2+px+q)=x4-x3-1.(*)

分别比较(*)式中常数项和含x3的项的系数,得nq=-1,p-m=-1,

解得q=-

1
n
,p=m-1.

所以x4-x3-1=(x2-mx+n)[x2+(m-1)x-

1
n
].①

分别比较①式中含x和x2的项的系数,得

m
n
+n(m-1)=0,…②,

-

1
n
+n-m(m-1)=0,③

②×m+③×n得-n+n3+m2=0,即n-n3=m2.…(10分)

∴m2=n-n3

(2)方程化为:x2+ax+b+

a
x
+
1
x2
=0,

t=x+

1
x
,方程为t2+at+b-2=0,|t|≥2,即有绝对值不小于2的实根.

设g(t)=t2+at+b-2=0(|t|≥2),

-

a
2
<-2,即a>4时,只需△=a2-4b+8≥0,此时,a2+b2≥16;

-

a
2
>2,即a<-4时,只需△=a2-4b+8≥0,此时,a2+b2≥16;

-2≤-

a
2
≤2,即-4≤a≤4时,只需(-2)2-2a+b-2≤0或22+2a+b-2≤0,

即-2a+b+2≤0或2a+b+2≤0,此时a2+b2

4
5

∴a2+b2的最小值为

4
5
.…(16分)

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