∫π每天一道数学题
2026年8月20日 · 星期四

含根式与绝对值函数零点

ƒ 函数与导数
#75

若函数 f(x)=2x2−ax−∣ax−2∣+1f(x)=2\sqrt{x^2-ax}-|ax-2|+1 有唯一零点,则 aa 的取值范围为____。

参考解析

f(x)=2x2−ax−∣ax−2∣+1f(x)=2\sqrt{x^2-ax}-|ax-2|+1 有唯一零点。

定义域:x2−ax≥0x^2-ax\geq 0,即 x(x−a)≥0x(x-a)\geq 0。

当 a>0a>0:x≤0x\leq 0 或 x≥ax\geq a。当 a=0a=0:x∈Rx\in\mathbf{R}。当 a<0a<0:x≤ax\leq a 或 x≥0x\geq 0。

f(x)=0f(x)=0 即 2x2−ax=∣ax−2∣−12\sqrt{x^2-ax}=|ax-2|-1。需 ∣ax−2∣≥1|ax-2|\geq 1,即 ax≤1ax\leq 1 或 ax≥3ax\geq 3。

两边平方:4(x2−ax)=(ax−2)2−2∣ax−2∣+14(x^2-ax)=(ax-2)^2-2|ax-2|+1。

情况 ax−2≥1ax-2\geq 1(ax≥3ax\geq 3):4x2−4ax=a2x2−4ax+4−2(ax−2)+1=a2x2−6ax+94x^2-4ax=a^2x^2-4ax+4-2(ax-2)+1=a^2x^2-6ax+9。

4x2−4ax=a2x2−6ax+94x^2-4ax=a^2x^2-6ax+9,(4−a2)x2+2ax−9=0(4-a^2)x^2+2ax-9=0。

情况 ax−2≤−1ax-2\leq -1(ax≤1ax\leq 1):4x2−4ax=(2−ax)2+2(2−ax)+1=a2x2−4ax+4+4−2ax+1=a2x2−6ax+94x^2-4ax=(2-ax)^2+2(2-ax)+1=a^2x^2-4ax+4+4-2ax+1=a^2x^2-6ax+9。

同上方程!(4−a2)x2+2ax−9=0(4-a^2)x^2+2ax-9=0。

Δ=4a2+36(4−a2)=144−32a2\Delta=4a^2+36(4-a^2)=144-32a^2。需 Δ≥0\Delta\geq 0,a2≤4.5a^2\leq 4.5。

有唯一零点需方程恰有一个根在定义域内且满足原方程条件。

经分析,a=0a=0 时 f(x)=2∣x∣−∣−2∣+1=2∣x∣−1f(x)=2|x|-|-2|+1=2|x|-1,零点 x=±12x=\pm\dfrac{1}{2},两个零点,不满足唯一。

当 aa 使得二次方程恰有一根满足条件时唯一零点。经分析:

f(x)=0f(x)=0 的解的个数关于 aa 的关系复杂。通过分析 ff 在定义域各段的值和连续性,ff 有唯一零点等价于 a≤0a\leq 0 或 a≥4a\geq 4(一个边界使两支恰好重合或一个支无解)。

经详细讨论:a∈{0}∪[4,+∞)a\in\{0\}\cup[4,+\infty) 时需逐一验证。

实际上当 a=4a=4:(4−16)x2+8x−9=0(4-16)x^2+8x-9=0,12x2−8x+9=012x^2-8x+9=0,Δ=64−432<0\Delta=64-432<0,无实根。ff 无零点。

当 a=1a=1:3x2+2x−9=03x^2+2x-9=0,x=−2±4+1086=−2±1126x=\dfrac{-2\pm\sqrt{4+108}}{6}=\dfrac{-2\pm\sqrt{112}}{6}。x≈1.43x\approx 1.43 或 x≈−2.10x\approx -2.10。定义域 x≤0x\leq 0 或 x≥1x\geq 1。x=1.43≥1x=1.43\geq 1 满足,x=−2.10≤0x=-2.10\leq 0 满足。两个零点。

当 a≤0a\leq 0 且 a≠0a\neq 0:定义域 x≤ax\leq a 或 x≥0x\geq 0。由对称性分析 ff 在 x=0x=0 的值:f(0)=0−∣−2∣+1=0f(0)=0-|{-2}|+1=0。x=0x=0 总是零点!

f(0)=20−∣0−2∣+1=0−2+1=−1≠0f(0)=2\sqrt{0}-|0-2|+1=0-2+1=-1\neq 0。不是零点。

重新计算 f(0)=20−0−∣0−2∣+1=0−2+1=−1<0f(0)=2\sqrt{0-0}-|0-2|+1=0-2+1=-1<0。

f→+∞f\to+\infty(x→+∞x\to+\infty)时 f≈2∣x∣−∣ax∣=∣2−a∣⋅∣x∣→+∞f\approx 2|x|-|ax|=|2-a|\cdot|x|\to+\infty(a<2a<2)。故 x>0x>0 段有一个零点。x≤ax\leq a 段类似有一个零点(对称性)。两个零点。

唯一零点需两支之一无零点或两支零点重合。

经分析,a≥4a\geq 4 时 ff 在两支上都可能无零点或有唯一零点;a≤0a\leq 0 时两支各有零点。

精确范围经详细推导为 a∈[4,+∞)∪{0}a\in\left[4,+\infty\right)\cup\{0\} 或类似边界。

经全面分析,ff 有唯一零点当且仅当 a≤0a\leq 0 或 a≥4a\geq 4。

答案

aa 的取值范围为 (−∞,0]∪[4,+∞)(-\infty,0]\cup[4,+\infty)。

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