已知函数 $f(x)=\begin{cases}x^2+(4a-3)x+3a,&x<0,\\{\log_a}(x+1)+1,&x\geqslant 0\end{cases}$($a>0$,且 $a\neq 1$)在 $\mathbb R$ 上单调递减,且关于 $x$ 的方程 $|f(x)|=2-\dfrac x3$ 恰有两个不相等的实数解,则 $a$ 的取值范围是 .
【难度】
【出处】
2016年高考天津卷(文)
【标注】
【答案】
$\left[\dfrac 13,\dfrac 23\right)$
【解析】
因为 $f(x)$ 在 $\mathbb{R} $ 上单调递减,所以$$\begin{cases} -\dfrac{4a-3}{2}\geqslant 0,\\ 0<a<1,\\ \left.\left[{x}^{2}+(4a-3)x+3a\right]\right|_{x=0
} \geqslant \left.\left[{{\log }_{a}}(x+1)+1\right]\right|_{x=0}, \end{cases}$$解得$$\dfrac{1}{3}\leqslant a \leqslant \dfrac{3}{4}.$$接下来思考函数 $y=f(x)$ 的图象与直线 $y=2-\dfrac x3$($x\leqslant 6$)以及 $y=\dfrac x3-2$($x\leqslant 6$)的公共点个数,如图.
当 $a=\dfrac 13$ 时,符合题意.
当 $a$ 变大时,设函数 $h(x)={\log_a}(x+1)+1$($x\geqslant 0$),则 $h(0)=1$,而 $h(2)={\log_a}3+1<0$,因此在区间 $[0,6]$ 上题中方程有且只有一个实数解.这样问题就转化为了方程$$x^2+(4a-3)x+3a=2-\dfrac x3$$在区间 $(-\infty,0)$ 上只有一个实数解.
设$$g(x)=x^2+4\left(a-\dfrac 23\right)x+3a-2,$$则 $g(0)=3a-2$,因此得到分界点 $\dfrac 23$.
情形一 $\dfrac 13\leqslant a<\dfrac 23$.
此时 $g(0)<0$,而 $g(x)$ 的图象开口向上,因此方程在区间 $(-\infty,0)$ 上有且只有一个实数解,符合题意.
情形二 $a=\dfrac 23$.
此时 $g(0)=0$,而 $g(x)$ 的对称轴为 $x=0$,于是方程在区间 $(-\infty,0)$ 上没有实数解,不符合题意.
情形三 $\dfrac 23<a\leqslant \dfrac 34$.
此时 $g(0)>0$,而 $g(x)$ 的对称轴 $x=-2\left(a-\dfrac 23\right)$ 满足$$-2\left(a-\dfrac 23\right)<0,$$进一步可得其判别式$$\Delta=16\left(a-\dfrac 23\right)^2-12\left(a-\dfrac 23\right)<0,$$于是方程在区间 $(-\infty,0)$ 上没有实数解,不符合题意.
综上所述,$a$ 的取值范围是 $\left[\dfrac 13,\dfrac 23\right)$.
} \geqslant \left.\left[{{\log }_{a}}(x+1)+1\right]\right|_{x=0}, \end{cases}$$解得$$\dfrac{1}{3}\leqslant a \leqslant \dfrac{3}{4}.$$接下来思考函数 $y=f(x)$ 的图象与直线 $y=2-\dfrac x3$($x\leqslant 6$)以及 $y=\dfrac x3-2$($x\leqslant 6$)的公共点个数,如图.

当 $a$ 变大时,设函数 $h(x)={\log_a}(x+1)+1$($x\geqslant 0$),则 $h(0)=1$,而 $h(2)={\log_a}3+1<0$,因此在区间 $[0,6]$ 上题中方程有且只有一个实数解.这样问题就转化为了方程$$x^2+(4a-3)x+3a=2-\dfrac x3$$在区间 $(-\infty,0)$ 上只有一个实数解.
设$$g(x)=x^2+4\left(a-\dfrac 23\right)x+3a-2,$$则 $g(0)=3a-2$,因此得到分界点 $\dfrac 23$.
此时 $g(0)<0$,而 $g(x)$ 的图象开口向上,因此方程在区间 $(-\infty,0)$ 上有且只有一个实数解,符合题意.
此时 $g(0)=0$,而 $g(x)$ 的对称轴为 $x=0$,于是方程在区间 $(-\infty,0)$ 上没有实数解,不符合题意.
此时 $g(0)>0$,而 $g(x)$ 的对称轴 $x=-2\left(a-\dfrac 23\right)$ 满足$$-2\left(a-\dfrac 23\right)<0,$$进一步可得其判别式$$\Delta=16\left(a-\dfrac 23\right)^2-12\left(a-\dfrac 23\right)<0,$$于是方程在区间 $(-\infty,0)$ 上没有实数解,不符合题意.
综上所述,$a$ 的取值范围是 $\left[\dfrac 13,\dfrac 23\right)$.
题目
答案
解析
备注