卡在這題?用 AI 解開它
Algebra · real student question

二次函數 f 滿足 f(x) <= 0 的解恰為區間 -1 <= x <= 5,且其最小值為 -18。解不等式 f(x) <= 6。

Question

設 f(x)f(x) 為二次函數。f(x)≤0f(x)\le 0 的解恰為

−1≤x≤5,-1\le x\le 5,

且 f(x)f(x) 在全體實數上的最小值為 −18-18。解不等式

f(x)≤6.f(x)\le 6.

Step-by-step solution

  1. 直接從解集合讀出兩根與開口方向。 f(x)≤0f(x)\le0 恰好在一個有界閉區間上成立,代表 ff 在兩個端點為零、在中間嚴格為負。所以 −1-1 與 55 就是兩根,而且拋物線開口向上(若開口向下,f≤0f\le0 的解會是兩側的射線而不是中間一段)。因此

    f(x)=a(x+1)(x−5),a>0.f(x)=a(x+1)(x-5),\qquad a>0.

  2. 利用對稱性直接找頂點,不必配方。 開口向上的拋物線,最小值就落在兩根的正中間:

    x頂點=−1+52=2.x_{\text{頂點}}=\frac{-1+5}{2}=2.

    題目給的最小值只可能出現在這個位置。

  3. 把最小值化成關於 aa 的方程式。

    f(2)=a(2+1)(2−5)=−9af(2)=a(2+1)(2-5)=-9a

    −9a=−18⟹a=2-9a=-18\quad\Longrightarrow\quad a=2

    正負號檢查也通過:a=2>0a=2>0,與第一步推出的開口向上一致。所以

    f(x)=2(x+1)(x−5)=2x2−8x−10.f(x)=2(x+1)(x-5)=2x^2-8x-10.

  4. 解 f(x)≤6f(x)\le 6。 把所有項移到同一邊,再除以正的首項係數(除以正數不會改變不等號方向):

    2x2−8x−10≤6  ⟹  2x2−8x−16≤0  ⟹  x2−4x−8≤0.2x^2-8x-10\le6\;\Longrightarrow\;2x^2-8x-16\le0\;\Longrightarrow\;x^2-4x-8\le0.

  5. 求邊界方程式的根,並判斷取哪一側。

    x=4±16+322=4±432=2±23x=\frac{4\pm\sqrt{16+32}}{2}=\frac{4\pm4\sqrt3}{2}=2\pm2\sqrt3

    因為 x2−4x−8x^2-4x-8 開口向上,所以它在兩根之間才 ≤0\le0:

    2−23≤x≤2+23(約為 −1.464≤x≤5.464).2-2\sqrt3\le x\le 2+2\sqrt3\qquad(\text{約為 }-1.464\le x\le5.464).

  6. 用題目給的條件回頭檢查答案。 新區間的中心同樣是 x=2x=2,也就是同一條對稱軸,而且它嚴格包含 [−1,5][-1,5]——這是必然的,因為在開口向上的拋物線上,水平線 66 比水平線 00 高。代端點檢驗:f(2+23)=2(3+23)(−3+23)=2(12−9)=6f\left(2+2\sqrt3\right)=2\left(3+2\sqrt3\right)\left(-3+2\sqrt3\right)=2\left(12-9\right)=6,恰好就是邊界值。

Answer

2−23≤x≤2+232-2\sqrt{3}\le x\le 2+2\sqrt{3}

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