设函数f(x)=
(I)若x1<2<x2<4,求证:函数g(x)=ax2+bx+1在区间(-∞,-1]上是单调减函数; (II)若|x1|<2,|x1-x2|=4,求实数b的取值范围. |
法一 f'(x)=ax2+(b-1)x+1.
因为f(x)当x=x1时取得极大值,当x=x2时取得极小值.
所以f'(x)=ax2+(b-1)x+1=0的两根为x1,x2,且x1<x2.
(Ⅰ)由题知,f'(x)=0的两个根x1,x2满足x1<2<x2<4,a>0
当且仅当f′(2)=4a+2b-1<0,① f′(4)=16a+4b-3>0,②
所以16a+4b>3>3(4a+2b),得-
>-1.b 2a
因为函数g(x)=ax2+bx+1在区间(-∞,-
)上是单调减函数,b 2a
所以函数g(x)=ax2+bx+1在区间(-∞,-1]上是单调减函数;
(Ⅱ)因为方程ax2+(b-1)x+1=0的两个根x1,x2(x1<x2),且x1•x2=
>0,所以x1,x2同号.1 a
又|x1-x2|=
=4,所以(b-1)2=16a2+4a.③(b-1)2-4a a
若-2<x1<0,则-2<x1<x2<0,则|x1-x2|<2,与|x1-x2|=4矛盾,
所以0<x1<2,则
所以4a+1<2(1-b),f′(2)=4a+2b-1<0 1-b>0
结合③得(4a+1)2<4(1-b)2=4(16a2+4a),解得a>
或-a<1 12
.结合a>0,得a>1 4
.1 12
所以2(1-b)>4a+1>
,得b<4 3
.1 3
所以实数b的取值范围是(-∞,
).1 3
法二 f'(x)=ax2+(b-1)x+1.
(Ⅰ)由题知,f'(x)=0的两个根x1,x2满足x1<2<x2<4,
当且仅当f′(2)=4a+2b-1<0,① f′(4)=16a+4b-3>0,②
由①得,-b>2a-
.1 2
因为a>0,所以-
>1-b 2a
.③1 4a
由
结合③,得--8a-4b+2>0 16a+4b-3>0
>-1.b 2a
因为函数g(x)=ax2+bx+1在区间(-∞,-
)上是单调减函数,b 2a
所以函数g(x)=ax2+bx+1在区间(-∞,-1)上是单调减函数;
(Ⅱ)因为x1•x2=
>0,所以x1,x2同号.1 a
由|x1|<2,得-2<x1<2.
若-2<x1<0,则-2<x1<x2<0,则|x1-x2|<2,与|x1-x2|=4矛盾,
所以0<x1<2,则x2>4.
所以
得b<f′(2)=4a+2b-1<0,④ f′(4)=16a+4b-3<0,⑤
.1 2
又因为|x1-x2|=
=4,所以(b-1)2=16a2+4a.(b-1)2-4a a
根据④⑤得
得(b-1)2<(1-2b)2+1-2b (b-1)2<(
-b)2+3 4
-b3 4
结合b<b<
或b>11 3 b< 5 8
,得b<1 2
;1 3
所以实数b的取值范围是(-∞,
).1 3