若实数 $a,b$ 满足 $\begin{cases}4^a+a=2,\\{\log_2}\sqrt{2b+1}+b=2,\end{cases}$ 求 $a+b$ 的值.
【难度】
【出处】
【标注】
【答案】
$a+b$ 的值为 $\dfrac 32$
【解析】
换元法令 $t=a+b$,则 $b=t-a$,代入 ${\log_2}\sqrt{2b+1}+b=2$ 中有$${\log_2}\sqrt{2t-2a+1}+t-a=2,$$将对数式整理成指数式,有$$2t-2a+1=2^{4+2a-2t},$$将此式与已知条件的第一个式子在形式上尽量靠拢,有$$4^{a+\frac 32-t}+a=t+\frac 12,$$不难观察得 $t=\dfrac 32$.
接下来补充证明 $t=\dfrac 32$ 的唯一性.事实上由已知条件的第一个式子可知 $a$ 是唯一确定的(左边关于 $a$ 是单调递增函数),用类似的方式可以说明 $t$ 也是唯一确定的.
数形结合原方程组等价于$$\begin{cases}2^{2a+1}+(2a+1)=5,\\{\log_2}\sqrt{2b+1}+b=2,\end{cases}$$令 $u=2a+1$,$v=2b+1$,则$$a+b=\frac 12(u+v)-1.\qquad\cdots (*)$$此时条件转化为$$\begin{cases}2^u+u=5,\\{\log_2}v+v=5.\end{cases}$$于是 $u,v$ 分别是函数 $y=2^x$ 与函数 $y={\log_2}x$ 的图象与直线 $y=5-x$ 的交点横坐标,如图.因为 $y=2^x$ 与 $y={\log_2}x$ 互为反函数,图象关于直线 $y=x$ 对称,于是$$u+v=x_A+x_B=2x_M=5.\qquad\cdots (**)$$由(*)(**)可得,$a+b$ 的值为 $\dfrac 32$.
答案 解析 备注
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