每日一题[53] 你能识破伪装吗

若实数\(a,b\)满足\[\begin{cases}4^a+a=2\\{\log_2}\sqrt{2b+1}+b=2\end{cases}\]求\(a+b\)的值.


cover正确的答案是\(\dfrac 32\).

法一    换元法

令\(t=a+b\),则\(b=t-a\),代入\[{\log_2}\sqrt{2b+1}+b=2\]中有\[{\log_2}\sqrt{2t-2a+1}+t-a=2,\]将对数式整理成指数式,有\[2t-2a+1=2^{4+2a-2t},\]将此式与已知条件的第一个式子在形式上尽量靠拢,有\[4^{a+\frac 32-t}+a=t+\frac 12,\]不难观察得\(t=\dfrac 32\). 接下来补充证明\(t=\dfrac 32\)的唯一性. 事实上由已知条件的第一个式子可知\(a\)是唯一确定的(左边关于\(a\)是单调递增函数),用类似的方式可以说明\(t\)也是唯一确定的.

法二    数形结合

原方程组等价于\[\begin{cases}2^{2a+1}+(2a+1)=5\\{\log_2}\sqrt{2b+1}+b=2\end{cases}\]令\(u=2a+1\),\(v=2b+1\),则\[a+b=\frac 12(u+v)-1.\qquad\cdots (*)\]此时条件转化为\[\begin{cases}2^u+u=5\\{\log_2}v+v=5\end{cases}\] QQ20150306-10 于是\(u\)、\(v\)分别是函数\(y=2^x\)与函数\(y={\log_2}x\)的图象与直线\(y=5-x\)的交点横坐标,如图. 因为\(y=2^x\)与\(y={\log_2}x\)互为反函数,图象关于直线\(y=x\)对称,于是\[u+v=x_A+x_B=2x_M=5.\qquad\cdots (**)\] 由(*)(**)可得,\(a+b\)的值为\(\dfrac 32\). 下面给出一道练习题(由刘艳辉提供).

已知实数\(a>1\),若函数\(y=a^{\frac x{\mathrm e}}\)的图象与函数\(y={\mathrm e}{\log_a}x\)的图象有两个不同的交点,则\(a\)的取值范围是_______. 答案是\((1,{\mathrm e})\).

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