使得函数 $f(x)=|x+1|+|ax+1|$ 的最小值是 $\frac{3}{2}$ 的实数 $a$ 有 个.
【难度】
【出处】
全国高中数学联赛模拟试题(21)
【标注】
  • 知识点
    >
    函数
    >
    常见初等函数
    >
    绝对值函数
  • 知识点
    >
    不等式
    >
    常用不等式
    >
    绝对值不等式
  • 知识点
    >
    微积分初步
    >
    导数问题中的技巧
    >
    参数的讨论
【答案】
$2$
【解析】
函数 $f(x)=|x+1|+|ax+1|$ 的图像是一条折线,$f(x)$ 取到最小值是在折点处,即当 $x$ 满足 $x + 1 = 0$ 或 $ax+ 1 = 0$ 时,函数 $f(x)$ 才有可能取到最小值 $\frac{3}{2}$.
若 $a = 0$,有 $f(x) = |x+1|+1 \geqslant 1$,且等号当 $x =-1$ 时成立,故 $a = 0$ 不满足条件.以 下假设 $a\neq 0$.
若 $f(x)$ 在 $x=-1$ 处取到最小值 $\frac{3}{2}$,则 $|-a+1|=\frac{3}{2}$,即 $a = -\frac{1}{2}$ 或 $\frac{5}{2}$,此时有$$f(x)=|x+1|+\left|-\frac{1}{2}x+1\right|或f(x)=|x+1|+\left|\frac{5}{2}x+1\right|\geqslant \frac{3}{5},$$易知这两个函数的最小值分别是 $\frac{3}{2}$ 和 $\frac{3}{5}$.因此,$a=-\frac{1}{2}$ 满足条件.
若 $f(x)$ 在 $x=-\frac{1}{a}$ 处取到最小值 $\frac{3}{2}$ 则 $\left|-\frac{1}{a}+1\right|=\frac{3}{2}$,即 $a= -2$ 或 $\frac{2}{5}$,此时有$$f(x)=|x+1|+|-2x+1|\text{或}f(x)=|x+1|+\left|\frac{2}{5}x+1\right|.$$易知这两个函数的最小值分别是 $\frac{3}{2}$ 和 $\frac{3}{5}$.因此,$a=-2$ 满足条件.
综上所述,满足条件的实数 $a$ 共有 $2$ 个.
题目 答案 解析 备注
0.107936s