已知函数 $f(x)={\rm e}^{2 x}-a {\rm e}^x-a^2 x$,$a \in \mathbb R$.
1、讨论函数 $f(x)$ 的单调性.
2、讨论函数 $f(x)$ 的零点的个数.
解析
1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\left({\rm e}^x-a\right)\left(2{\rm e}^x+a\right),\]因此 当 $a=0$ 时,函数 $f(x)$ 在 $(-\infty,+\infty)$ 上单调递增; 当 $a<0$ 时,函数 $f(x)$ 在 $\left(-\infty,\ln\left(-\dfrac a2\right)\right)$ 上单调递减,在 $\left(\ln\left(-\dfrac a2\right),+\infty\right)$ 上单调递增; 当 $a>0$ 时,函数 $f(x)$ 在 $(-\infty,\ln a)$ 上单调递减,在 $(\ln a,+\infty)$ 上单调递增.
2、$f(x)$ 的零点个数即 $g(x)=x^2-ax-a^2\ln x$ 的零点个数,函数 $g(x)$ 的导函数\[g'(x)=2x-a-\dfrac{a^2}x=\dfrac{2x^2-ax-a^2}{x}=\dfrac{(x-a)(2x+a)}{x}.\]
情形一 $a=0$.此时 $f(x)>0$,没有零点.
情形二 $a<0$.此时\[\begin{array}{c|c|c|c|c|c}\hline x&0+&\left(0,-\dfrac a2\right)&-\dfrac a2&\left(-\dfrac a2,+\infty\right)&+\infty\\ \hline f(x)&+\infty&\searrow&\left(\dfrac 34-\ln\left(-\dfrac a2\right)\right)a^2&\nearrow&+\infty\\ \hline\end{array}\]因此当 $a<-2{\rm e}^{\frac 34}$ 时,$f(x)$ 有 $2$ 个零点;当 $a=-2{\rm e}^{\frac 34}$ 时,$f(x)$ 有 $1$ 个零点;当 $-2{\rm e}^{\frac 34}<a<0$ 时,$f(x)$ 没有零点.
情形三 $a>0$.此时\[\begin{array}{c|c|c|c|c|c}\hline x&0+&\left(0,a\right)&a&\left(a,+\infty\right)&+\infty\\ \hline f(x)&+\infty&\searrow&a^2\ln\dfrac 1a&\nearrow&+\infty\\ \hline\end{array}\]因此当 $a>1$ 时,$f(x)$ 有 $2$ 个零点;当 $a=1$ 时,$f(x)$ 有 $1$ 个零点;当 $0<a<1$ 时,$f(x)$ 没有零点.
综上所述,函数 $f(x)$ 的零点个数为 $\begin{cases} 0,&a\in\left(-2{\rm e}^{\frac 34},1\right),\\ 1,&a\in\left\{-2{\rm e}^{\frac 34},1\right\},\\ 2,&a\in\left(-\infty,-2{\rm e}^{\frac 34}\right)\cup\left(1,+\infty\right).\end{cases}$