Вопрос:

10. (16 баллов) Найдите все значения параметра \(a\), принадлежащие отрезку \([-3;1]\), для которых неравенство \(a\bigl(\pi(a+1)-4\arctg(3x^2+12x+11)\bigr)>0\) выполняется для любых целых \(x\).

Ответ:

Преобразуем выражение под знаком арктангенса:

\[3x^2+12x+11=3(x+2)^2-1.\]

Для целых \(x\) минимальное значение достигается при \(x=-2\): \(3x^2+12x+11=-1\). При соседних целых \(x=-3,-1\) значение равно \(2\), а далее выражение возрастает. Поэтому достаточно рассмотреть значения

\[\arctg(-1)=-\frac\pi4,\qquad \arctg 2,\qquad \lim_{x\to\pm\infty}\arctg(3x^2+12x+11)=\frac\pi2.\]

Обозначим скобки через \(B(x)\):

\[B(x)=\pi(a+1)-4\arctg(3x^2+12x+11).\]

Если \(a>0\), требуется \(B(x)>0\) для всех целых \(x\). Наибольшие значения арктангенса стремятся к \(\frac\pi2\), но не достигают его, поэтому необходимо и достаточно

\[\pi(a+1)-2\pi\ge 0,\]

то есть \(a\ge1\). С учётом \(a\in[-3;1]\) получаем \(a=1\).

Если \(a<0\), требуется \(B(x)<0\) для всех целых \(x\). Минимум арктангенса равен \(-\frac\pi4\), поэтому необходимо и достаточно

\[\pi(a+1)+\pi<0,\]

то есть \(a<-2\). На отрезке \([-3;1]\) это даёт \(a\in[-3;-2)\).

При \(a=0\) исходное неравенство превращается в \(0>0\), что неверно.

Ответ: \(a\in[-3;-2)\cup\{1\}\).