每日一题[792]层层分解

已知函数$f(x)={\rm e}^x\left(2-{\rm e}^x\right)+(a+2)\left|{\rm e}^x-1\right|-a^2$的零点个数为$3$,则实数$a$的取值范围是________.


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正确答案是$(1,2)$.

分析与解 设$t={\rm e}^x$,且\[\varphi(t)=t(2-t)+(a+2)\cdot |t-1|-a^2,\]根据题意,$\varphi(t)$在$t\in\left(0,+\infty\right)$上有$3$个零点.由于$\varphi(t)$的图象为“m”形,且对称轴为$t=1$,于是必然有\[\begin{cases}\varphi(0)>0,\\ \varphi(1)<0,\end{cases}\]即\[\begin{cases}a+2-a^2>0,\\ 1-a^2<0,\end{cases}\]解得$a$的取值范围是$(1,2)$.

 也可以将$\varphi(t)$变形为$$\varphi(t)=-|t-1|^2+(a+2)|t-1|+(1-a^2),$$于是考虑函数$g(u)=-u^2+(a+2)u+1-a^2$与$u=|t-1|$的复合函数,知$g(u)$必有两个零点$u_1,u_2$,且$u_1\in(0,1),u_2\geqslant 1$,此时$u_1=|t-1|$有两个根,$u_2=|t-1|$有一个根,满足题意.从而二次函数$g(u)$满足$g(0)<0$且$g(1)>0$.

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