每日一题[1138]有效转化问题

已知 $a,b,c$ 为正整数,函数 $f(x)=ax+\dfrac cx$,关于 $x$ 的方程 $f(x)=b$ 在 $(0,1)$ 上有两个实数解,若这样的 $b$ 有且只有 $2$ 个,那么 $a+c$ 的最小值为_______.


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正确答案是$7$.

分析与解 由于关于 $x$ 的方程 $f(x)=b$ 在 $(0,1)$ 上有两个实数解,于是 $f(x)$ 的极小值点 $x=\sqrt{\dfrac ca}$ 在 $(0,1)$ 上,于是函数 $f(x)$ 的单调性为\[\begin{array} {c|ccccc}\hline x&0&\left(0,\sqrt{\dfrac ca}\right)&\sqrt{\dfrac ca}&\left(\sqrt{\dfrac ca},1\right)&1\\ \hline f(x)&+\infty&\searrow&2\sqrt{ac}&\nearrow&a+c\\ \hline
\end{array}\]考虑 $a+c$ 是正整数,因此符合题意的 $b$ 必然为 $a+c-1$ 和 $a+c-2$,因此\[a+c-3\leqslant 2\sqrt{ac}<a+c-2,\]即\[2<a+c-2\sqrt{ac}\leqslant 3,\]因此\[\sqrt 2<\sqrt a-\sqrt c\leqslant \sqrt 3,\]于是\[a>\left(\sqrt 2+\sqrt c\right)^2\geqslant \left(\sqrt 2+1\right)^2>5,\]从而 $a\geqslant 6$.又当 $(a,c)=(6,1)$ 时符合题意,因此 $a+c$ 的最小值为 $7$.

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