套路

夹在两条水平线之间先看极差

要 −r≤g(x)+b≤r-r\leq g(x)+b\leq r 在区间上恒成立,先看 gg 的极差 M−mM-m:极差 >2r>2r 时怎么上下平移都塞不进去;极差 ≤2r\leq 2r 时,可行的 bb 恰好填满一个长度为 2r−(M−m)2r-(M-m) 的闭区间。

解题套路

设 gg 在区间 II 上有最大值 MM、最小值 mm,记极差 R=M−mR=M-m;另给一个可以自由选的常数 bb。则

−r≤g(x)+b≤r  对一切 x∈I  ⟺  m+b≥−r  且  M+b≤r  ⟺  −r−m≤b≤r−M.-r\leq g(x)+b\leq r\ \ \text{对一切}\ x\in I \iff m+b\geq -r\ \ \text{且}\ \ M+b\leq r \iff -r-m\leq b\leq r-M .

这个 bb 的区间非空当且仅当 −r−m≤r−M-r-m\leq r-M,即

 M−m≤2r \boxed{\,M-m\leq 2r\,}

所以整件事分成互不干扰的两层:

  1. 先看极差(这一层完全不含 bb)。R>2rR>2r 时,函数自己的高低落差就超过了带子的宽度, 无论怎么上下搬都塞不进去,直接出局。
  2. 再定平移量。R≤2rR\leq 2r 时,可行的 bb 填满闭区间 [−r−m, r−M][-r-m,\ r-M],长度恰是 2r−R2r-R。 R=2rR=2r 时它退化成一个点——带子刚好卡死,bb 没有余地。

为什么值得单独记

  • 第一层不含 bb,所以含参问题里另一个参数往往一步就筛干净:先求出 M−mM-m 关于那个参数的表达式, 解一个不等式 M−m≤2rM-m\leq 2r 就完事,不必对每个情形都把 bb 拉进来。
  • 第二层给出的是区间,不是一个数。 题目若接着问 bb(或 3a+b3a+b 这类含 bb 的式子)的取值范围, 答案是把这一族区间对另一个参数取并——只代两个端点常常会漏掉中间,或者反过来多出一截。
  • 反过来读也成立:「g+bg+b 的图象能被两条相距 2r2r 的水平线夹住」这句几何话, 和「M−m≤2rM-m\leq 2r」是同一件事。带宽是极差的上界,仅此而已。

自检

写完 bb 的区间就回头看它是否非空;非空条件化简出来应当只关于另一个参数。 若化简完还带着 bb,那是把两层混在一起了。

共 1 道题考到本条。