已知函数
f(x)=x2+bx+c (
b,
c∈R),对任意的
x∈R,恒有
f′(x)⩽f(x).
(1) 证明:当
x⩾0 时,
f(x)⩽(x+c)2;
(2) 若对满足题设条件的任意
b,
c,不等式
f(c)−f(b)⩽M(c2−b2) 恒成立,求
M 的最小值.
\begin{solution}
\begin{enumerate}
\item 由题设,
f′(x)=2x+b,所以对任意
x∈R,有
f(x)−f′(x)=x2+(b−2)x+c−b⩾0
这是关于
x 的二次函数,故其判别式不大于
0,即
(b−2)2−4(c−b)⩽0
整理得
c⩾4b2+1. 当
x⩾0 时,由
c⩾1 以及
2c−b⩾2b2−b+2=21(b−1)2+23>0
可得
(x+c)2−f(x)=(2c−b)x+c(c−1)⩾0
因此
f(x)⩽(x+c)2.
\item 直接计算得
f(c)−f(b)=c2+bc−2b2
取
M=23,则
23(c2−b2)−(f(c)−f(b))=21(c−b)2⩾0
所以
M=23 时不等式对所有满足题设条件的
b,
c 恒成立.
再取
b=2,
c=2+ε,其中
ε>0. 此时
c⩾4b2+1,且
c2−b2f(c)−f(b)=c+2c+4=4+ε6+ε⟶23,
(ε→0+).
因此任何小于
23 的数都不能使题设不等式恒成立,故
M 的最小值为
23.
\end{enumerate}
\end{solution}