已知函数 $f(x)=(x-2){\rm e}^x+a(x-1)^2$ 有两个零点.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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求 $a$ 的取值范围;标注答案$(0,+\infty)$解析显然 $x=1$ 不是函数 $f(x)$ 的零点.当 $x\neq 1$ 时,方程 $f(x)=0$ 等价于$$a=\dfrac{2-x}{(x-1)^2}\cdot {\rm e}^x.$$记右侧函数为 $g(x)$,则 $g(x)$ 的导函数$$g'(x)=-{\rm e}^x\cdot \dfrac{x^2-4x+5}{(x-1)^3},$$因此函数 $g(x)$ 在 $(-\infty,1)$ 上单调递增,而在 $(1,+\infty)$ 上单调递减.
由于函数 $g(x)$ 在 $(-\infty,1)$ 上的取值范围是 $(0,+\infty)$,而在 $(1,+\infty)$ 上的取值范围是 $(-\infty,+\infty)$,因此当 $a>0$ 时,函数 $f(x)$ 有两个零点,所求取值范围是 $(0,+\infty)$.
如果需要刻意避开极限,可以进行如下论证.
当 $a\leqslant 0$ 时,由于在 $(-\infty,1)$ 上,$g(x)>0$,因此在此区间上不存在 $x$ 使得$$g(x)=a,$$而在 $(1,+\infty)$ 上,函数 $g(x)$ 单调递减,不可能存在两个零点;
当 $a>0$ 时,取 $x_1=\min\left\{1+\sqrt{\dfrac 1a},\dfrac 32\right\}$,则$$g(x_1)>\dfrac{1}{(x_1-1)^2}\geqslant a,$$而 $g(2)=0<a$,结合 $g(x)$ 在 $(1,+\infty)$ 上单调递减,可以断定在区间 $(x_1,2)$ 上必然有一个零点;
另一方面,取 $x_2=\max\left\{1-\sqrt{\dfrac 2a},0\right\}$,则$$g(x_2)\geqslant \dfrac{2}{(x_2-1)^2}\geqslant a,$$而取 $x_3=-\sqrt{\dfrac 2a}$,则$$g(x_3)<\dfrac{2-x_3}{x_3^2}<\dfrac{2}{x_3^2}=a,$$结合 $g(x)$ 在 $(-\infty,1)$ 上单调递增,可以断定在区间 $(x_3,x_2)$ 上必然有一个零点;
综上所述,$a$ 的取值范围是 $(0,+\infty)$. -
设 $x_1,x_2$ 是 $f(x)$ 的两个零点,证明:$x_1+x_2<2$.标注答案略解析略
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