题目: 已知函数 f(x) = (x-2)e^x + a(x-1)^2 有两个零点。
(Ⅰ)求a的取值范围;
(Ⅱ)设x1, x2是f(x)的两个零点,证明:x1 + x2 < 2>
核心套路硬核解析:
1. 第一问(求参)—— “求导+分类讨论+极限趋势”三板斧
套路句式: “先求导,找单调区间,画趋势草图。让函数图像与x轴有两个交点。”
具体操作:
求导: f'(x) = (x-1)e^x + 2a(x-1) = (x-1)(e^x + 2a)。
关键讨论点: 令f'(x)=0,得x=1或e^x + 2a=0。
核心分类: 就盯着 a 对 单调性 的影响分情况。
情况1: a ≥ 0时,e^x + 2a > 0恒成立。导数符号由(x-1)决定。函数在(-∞,1)单调递减,在(1,+∞)单调递增。f(x)在x=1处取极小值。要让有两个零点,极小值必须小于0,即f(1) = -e + a(0) = -e < 0>还要看两端趋势:x→ -∞时,f(x) → 0^+(因为(x-2)e^x → 0,a(x-1)^2 → +∞);x→ +∞时,f(x) → +∞。草图出来,一个极小值为负,两边都能爬到x轴以上,妥妥两个零点。 所以a≥0成立。
情况2: a < 0 xss=clean xss=clean>这里就要比较1和x0的大小,再细分。
若x0 < 1 xss=clean> -2a < e> a > -e/2。此时结合a<0>分析f(x0)和f(1),并看趋势(x→ -∞时,f(x)→ -∞;x→ +∞时,f(x)→+∞)。经分析,要保证两个零点,需要f(x0) > 0 且 f(1) < 0>
若x0 > 1,即a < -e/2。单调区间:(-∞, 1)增,(1, x0)减,(x0, +∞)增。分析f(1)和f(x0),结合趋势(x→ -∞时,f(x)→ -∞),发现无法得到两个零点。(常见坑点:这种情况要舍掉)。
若x0 = 1,即a = -e/2。此时f'(x)恒≥0,函数单调递增,不可能有两个零点。(舍掉)。
最终答案(Ⅰ): a的取值范围是 (0, +∞) ∪ {a | a在某个特定区间,来自x0<1> 。(具体计算略,流程按上面走通)。
2. 第二问(证明不等式)—— “对称化构造+单调性”套路
核心口诀: “双零点证明和(或差)不等式,常用‘对称化构造’或‘齐次化’。”
具体操作(对称化构造法):
目标: 证 x1 + x2 < 2>
等价变形: 不妨设x1 < 1>
关键转换: 因为f(x1)=0,所以只需证明 f(2-x2) < 0>
构造函数: 令g(x) = f(2-x) (其中x>1)。即g(x) = [(2-x)-2]e^(2-x) + a[(2-x)-1]^2 = (-x)e^(2-x) + a(1-x)^2。
建立联系: 我们已知f(x2)=0,即 (x2-2)e^x2 + a(x2-1)^2 = 0 => a(x2-1)^2 = -(x2-2)e^x2。
代入g(x2): g(x2) = (-x2)e^(2-x2) + a(1-x2)^2 = (-x2)e^(2-x2) + a(x2-1)^2。把上面a的表达式代入:= (-x2)e^(2-x2)
再证g(x2)<0> 即证 (-x2)e^(2-x2)
拿分要点:
1. 第一问 必须清晰画出分类讨论树(a≥0,a<0>
2. 第二问 直接想到“对称化构造”(设x1<1 x2,证x1<2-x2),是破解此类“极值点偏移”问题的标准动作。写出转化过程,构造函数g(x)=f(2-x),并利用f(x2)>
3. 时间控制: 压轴题不一定非要完全算完,但套路步骤(求导、分类、构造)写清晰,能拿一多半分数。