已知函数 $f\left(x\right)=x^3+ax+\dfrac 14$,$g\left(x\right)=-\ln x$.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 当 $a$ 为何值时,$x$ 轴为曲线 $y=f\left(x\right)$ 的切线;
    标注
    答案
    $-\dfrac 34$
    解析
    利用导数解决函数切线相关问题时,题目没有给出切点的应首先设切点,根据导数与切线关系得到等式结合题目条件解决问题.根据已知,$f'\left(x\right)=3x^2+a$.若 $x$ 轴为曲线 $y=f\left(x\right)$ 的切线,设切点横坐标为 $t$,则有\[ \begin{cases}f\left(t\right)=0,\\f'\left(t\right)=0,\end{cases} \]即\[ \begin{cases}t^3+at+\dfrac 14=0,\\3t^2+a=0,\end{cases} \]解得\[ t=\dfrac 12,a=-\dfrac 34. \]所以当 $a$ 的值为 $-\dfrac 34$ 时,$x$ 轴为曲线 $y=f\left(x\right)$ 的切线.
  2. 用 $\min\left\{m,n\right\}$ 表示 $m$,$n$ 中的最小值,设函数 $h\left(x\right)=\min\left\{f\left(x\right),g\left(x\right)\right\}\left(x>0\right)$,讨论 $h\left(x\right)$ 零点的个数.
    标注
    答案
    当 $ a<-\dfrac 54$ 或 $ a>-\dfrac 34 $ 时,$h\left(x\right) $ 有一个零点;
    当 $ a=-\dfrac 54$ 或 $ a=-\dfrac 34 $ 时,$h\left(x\right) $ 有两个零点;
    当 $ -\dfrac 54<a<-\dfrac 34 $ 时,$h\left(x\right) $ 有三个零点.
    解析
    注意到函数 $g\left(x\right)=-\ln x$ 图象特点,本题解决关键为在区间 $\left(0,1\right)$ 上函数 $f\left(x\right)=x^3+ax+\dfrac 14$ 的零点个数问题,通过判断 $f\left(x\right)$ 单调性,结合极值符号研究 $f\left(x\right)$ 零点个数.当 $x\in \left(1,+\infty\right)$ 时,$g\left(x\right)=-\ln x<0$,从而\[ h\left(x\right)=\min\left\{f\left(x\right),g\left(x\right)\right\}\leqslant g\left(x\right)<0,\]故 $h\left(x\right)$ 在 $\left(1,+\infty\right)$ 上无零点.
    当 $x=1$ 时,若 $a\geqslant -\dfrac 54$,则 $f\left(1\right)=a+\dfrac 54\geqslant 0$,\[h\left(1\right)=\min\left\{f\left(1\right),g\left(1\right)\right\}=g\left(1\right)=0,\]故 $x=1$ 是 $h\left(x\right)$ 的零点;
    若 $a<-\dfrac 54$,则 $f\left(1\right)<0$,\[h\left(1\right)=\min\left\{f\left(1\right),g\left(1\right)\right\}=f\left(1\right)<0,\]故 $x=1$ 不是 $h\left(x\right)$ 的零点.
    当 $x\in\left(0,1\right)$ 时,$g\left(x\right)=-\ln x>0$,所以只需考虑 $f\left(x\right)$ 在 $\left(0,1\right)$ 的零点个数.
    (1)若 $a\leqslant -3$ 或 $a\geqslant 0$,则 $f'\left(x\right)=3x^2+a$ 在 $\left(0,1\right)$ 上无零点,故 $f\left(x\right)$ 在 $\left(0,1\right)$ 上单调.
    而 $f\left(0\right)=\dfrac 14$,$f\left(1\right)=a+\dfrac 54$,所以当 $a\leqslant -3$ 时,$f\left(x\right)$ 在 $\left(0,1\right)$ 上有一个零点;
    当 $a\geqslant 0$ 时,$f\left(x\right)$ 在 $\left(0,1\right)$ 上没有零点.
    (2)若 $-3<a<0$,则 $f\left(x\right)$ 在 $\left(0,\sqrt{-\dfrac a3}\right)$ 上单调递减,在 $\left(\sqrt{-\dfrac a3},1\right)$ 上单调递增,故在 $\left(0,1\right)$ 中,当 $x=\sqrt{-\dfrac a3}$ 时,$f\left(x\right)$ 取得最小值,最小值为\[f\left(\sqrt{-\dfrac a3}\right)=\dfrac{2a}{3}\sqrt{-\dfrac a3}+\dfrac 14.\]① 若 $f\left(\sqrt{-\dfrac a3}\right)>0 $,即 $ -\dfrac 34<a<0$,$f\left(x\right)$ 在 $\left(0,1\right)$ 上没有零点;
    ② 若 $f\left(\sqrt{-\dfrac a3}\right)=0 $,即 $a=-\dfrac 34$,则 $f\left(x\right)$ 在 $\left(0,1\right)$ 上有一个零点;
    ③ 若 $f\left(\sqrt{-\dfrac a3}\right)<0 $,即 $-3<a<-\dfrac 34$,由于 $f\left(0\right)=\dfrac 14$,$f\left(1\right)=a+\dfrac 54$,所以当 $-\dfrac 54<a<-\dfrac 34$ 时,$f\left(x\right)$ 在 $\left(0,1\right)$ 上有两个零点;
    当 $-3<a\leqslant -\dfrac 54$ 时,$f\left(x\right)$ 在 $\left(0,1\right)$ 上有一个零点.
    综上,当 $ a<-\dfrac 54$ 或 $ a>-\dfrac 34 $ 时,$h\left(x\right) $ 有一个零点;
    当 $ a=-\dfrac 54$ 或 $ a=-\dfrac 34 $ 时,$h\left(x\right) $ 有两个零点;
    当 $ -\dfrac 54<a<-\dfrac 34 $ 时,$h\left(x\right) $ 有三个零点.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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