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.
(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=
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;3 4
在区间(
,+∞)上,函数f(x)单调递增.3 4
因为f(
)<0,f(-1)>0,f(2)>0,3 4
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=-
,p=m-1.1 n
所以x4-x3-1=(x2-mx+n)[x2+(m-1)x-
].①1 n
分别比较①式中含x和x2的项的系数,得
+n(m-1)=0,…②,m n
-
+n-m(m-1)=0,③1 n
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
=0,1 x2
令t=x+
,方程为t2+at+b-2=0,|t|≥2,即有绝对值不小于2的实根.1 x
设g(t)=t2+at+b-2=0(|t|≥2),
当-
<-2,即a>4时,只需△=a2-4b+8≥0,此时,a2+b2≥16;a 2
当-
>2,即a<-4时,只需△=a2-4b+8≥0,此时,a2+b2≥16;a 2
当-2≤-
≤2,即-4≤a≤4时,只需(-2)2-2a+b-2≤0或22+2a+b-2≤0,a 2
即-2a+b+2≤0或2a+b+2≤0,此时a2+b2≥
.4 5
∴a2+b2的最小值为
.…(16分)4 5