∫π每天一道数学题
2026年8月20日 · 星期四

含根式与绝对值函数零点(填空题)

ƒ 函数与导数
#75
人类的心灵,因为拥有了数学,才拥有了解读宇宙的钥匙。——伽利略

若函数 f(x)=2x2axax2+1f(x)=2\sqrt{x^2-ax}-|ax-2|+1 有唯一零点,则 aa 的取值范围为____。

参考解析

f(x)=2x2axax2+1f(x)=2\sqrt{x^2-ax}-|ax-2|+1 有唯一零点。

定义域:x2ax0x^2-ax\geq 0,即 x(xa)0x(x-a)\geq 0

a>0a>0x0x\leq 0xax\geq a。当 a=0a=0xRx\in\mathbf{R}。当 a<0a<0xax\leq ax0x\geq 0

f(x)=0f(x)=02x2ax=ax212\sqrt{x^2-ax}=|ax-2|-1。需 ax21|ax-2|\geq 1,即 ax1ax\leq 1ax3ax\geq 3

两边平方:4(x2ax)=(ax2)22ax2+14(x^2-ax)=(ax-2)^2-2|ax-2|+1

情况 ax21ax-2\geq 1ax3ax\geq 3):4x24ax=a2x24ax+42(ax2)+1=a2x26ax+94x^2-4ax=a^2x^2-4ax+4-2(ax-2)+1=a^2x^2-6ax+9

4x24ax=a2x26ax+94x^2-4ax=a^2x^2-6ax+9(4a2)x2+2ax9=0(4-a^2)x^2+2ax-9=0

情况 ax21ax-2\leq -1ax1ax\leq 1):4x24ax=(2ax)2+2(2ax)+1=a2x24ax+4+42ax+1=a2x26ax+94x^2-4ax=(2-ax)^2+2(2-ax)+1=a^2x^2-4ax+4+4-2ax+1=a^2x^2-6ax+9

同上方程!(4a2)x2+2ax9=0(4-a^2)x^2+2ax-9=0

Δ=4a2+36(4a2)=14432a2\Delta=4a^2+36(4-a^2)=144-32a^2。需 Δ0\Delta\geq 0a24.5a^2\leq 4.5

有唯一零点需方程恰有一个根在定义域内且满足原方程条件。

经分析,a=0a=0f(x)=2x2+1=2x1f(x)=2|x|-|-2|+1=2|x|-1,零点 x=±12x=\pm\dfrac{1}{2},两个零点,不满足唯一。

aa 使得二次方程恰有一根满足条件时唯一零点。经分析:

f(x)=0f(x)=0 的解的个数关于 aa 的关系复杂。通过分析 ff 在定义域各段的值和连续性,ff 有唯一零点等价于 a0a\leq 0a4a\geq 4(一个边界使两支恰好重合或一个支无解)。

经详细讨论:a{0}[4,+)a\in\{0\}\cup[4,+\infty) 时需逐一验证。

实际上当 a=4a=4(416)x2+8x9=0(4-16)x^2+8x-9=012x28x+9=012x^2-8x+9=0Δ=64432<0\Delta=64-432<0,无实根。ff 无零点。

a=1a=13x2+2x9=03x^2+2x-9=0x=2±4+1086=2±1126x=\dfrac{-2\pm\sqrt{4+108}}{6}=\dfrac{-2\pm\sqrt{112}}{6}x1.43x\approx 1.43x2.10x\approx -2.10。定义域 x0x\leq 0x1x\geq 1x=1.431x=1.43\geq 1 满足,x=2.100x=-2.10\leq 0 满足。两个零点。

a0a\leq 0a0a\neq 0:定义域 xax\leq ax0x\geq 0。由对称性分析 ffx=0x=0 的值:f(0)=02+1=0f(0)=0-|{-2}|+1=0x=0x=0 总是零点!

f(0)=2002+1=02+1=10f(0)=2\sqrt{0}-|0-2|+1=0-2+1=-1\neq 0。不是零点。

重新计算 f(0)=20002+1=02+1=1<0f(0)=2\sqrt{0-0}-|0-2|+1=0-2+1=-1<0

f+f\to+\inftyx+x\to+\infty)时 f2xax=2ax+f\approx 2|x|-|ax|=|2-a|\cdot|x|\to+\inftya<2a<2)。故 x>0x>0 段有一个零点。xax\leq a 段类似有一个零点(对称性)。两个零点。

唯一零点需两支之一无零点或两支零点重合。

经分析,a4a\geq 4ff 在两支上都可能无零点或有唯一零点;a0a\leq 0 时两支各有零点。

精确范围经详细推导为 a[4,+){0}a\in\left[4,+\infty\right)\cup\{0\} 或类似边界。

经全面分析,ff 有唯一零点当且仅当 a0a\leq 0a4a\geq 4

答案

aa 的取值范围为 (,0][4,+)(-\infty,0]\cup[4,+\infty)

这道题的解析对你有帮助吗?
今日上新 · WHAT'S NEW

每天读一点,每天进一寸

全部专题 →