由 $f(-1) = -3$,$f(3) = -1$,且判別式 $b^2 - 4ac < 0$,可知 $y = f(x)$ 的圖形通過 $(-1,-3)$ 和 $(3,-1)$,且與 $x$ 軸沒有交點。
1. 判斷開口方向:
因為拋物線與 $x$ 軸沒有交點,且通過 $y < 0$ 的點(如 $(-1,-3)$),故拋物線必完全在 $x$ 軸下方,開口朝下,得:
$$a < 0$$
所以故選項 $(1)$ 恆成立。
2. 判斷 $c$ 的正負:
$f(0) = c$ 為拋物線與 $y$ 軸的交點。因為拋物線完全在 $x$ 軸下方,故其 $y$ 截距必為負值,即:
$$c < 0$$
故選項 $(2)$ 恆成立。
3. 分析對稱軸與函數值的關係:
拋物線的對稱軸為 $x = -\frac{b}{2a}$。
因為 $f(-1) = -3 < f(3) = -1$,且開口朝下,代表對稱軸 $x$ 必大於二點的中點,即對稱軸:
$$x_0 > \dfrac{-1+3}{2} = 1$$
- 若對稱軸範圍介於 $1 < x_0 < 3$:
函數在 $x < x_0$ 遞增,在 $x > x_0$ 遞減。
- 對於 $f(0)$ 與 $f(1)$,因為 $0 < 1 < x_0$,故 $f(0) < f(1)$ 成立。
- 對於 $f(-3)$ 與 $f(-2)$,因為 $-3 < -2 < x_0$,故 $f(-3) < f(-2)$ 成立。
- 對於 $f(4)$ 與 $f(5)$,因為 $x_0 < 3 < 4 < 5$,在遞減區間,故 $f(4) > f(5)$,選項 $(4)$ 不成立。
- 若對稱軸範圍 $x_0 > 3$:
- 對於 $f(0)$ 與 $f(1)$,因為 $0 < 1 < x_0$,故 $f(0) < f(1)$ 成立。
- 對於 $f(-3)$ 與 $f(-2)$,因為 $-3 < -2 < x_0$,故 $f(-3) < f(-2)$ 成立。
綜上分析,$a<0$、$c<0$、$f(0)<f(1)$ 以及 $f(-3)<f(-2)$ 恆成立。
故選 $(1)(2)(3)(5)$。
解答拋物線示意圖(圖一、圖二)