每日一题[3670]选定参数

已知 $a\in\mathbb R$,函数 $f(x)=|x^2-1|-x^2+ax$.

1、若 $f(x)$ 是偶函数,求实数 $a$ 的值;

2、若函数 $f(x)$ 的图象与直线 $y=2x$ 在第一象限有 $2$ 个公共点,公共点横坐标分别为 $x_1,x_2$($ x_1<x_2 $),求证:$ 4x_1-3x_2<a-2<4x_2-3x_1$.

解析

1、当 $a=0$ 时,函数 $f(x)=|x^2-1|-x^2$ 为偶函数;

当 $a\ne 0$ 时,有 $f(x)-f(-x)=2ax$ 不恒为 $0$.

因此实数 $a$ 的值为 $0$.

2、当 $x>0$ 时,方程 $f(x)=2x$ 即\[\left|x-\dfrac 1x\right|-x+a-2=0\implies 2x_1-\dfrac{1}{x_1}=\dfrac{1}{x_2}=a-2\implies \begin{cases} x_2=\dfrac{x_1}{2x_1^2-1},\\ a-2=2x_1-\dfrac{1}{x_1},\end{cases}\]其中 $x_1\in \left(\dfrac{\sqrt 2}2,1\right)$ $^{[1]}$,欲证不等式即\[4x_1-\dfrac{3x_1}{2x_1^2-1}<2x_1-\dfrac{1}{x_1}<\dfrac{4x_1}{2x_1^2-1}-3x_1,\]也即\[\begin{cases} 1+3x_1^2-4x_1^4>0,\\ -1+11x_1^2-10x_1^4>0,\end{cases}\iff \begin{cases} (1-x_1)(1+x_1)(1+4x_1^2)>0,\\ (1-x_1)(1+x_1)(-1+10x_1^2)>0,\end{cases} \]命题得证.

备注    $[1]$ 也可以用 $a-2$ 作为参数,此时 $x_1=\dfrac{t+\sqrt{8+t^2}}4$,$x_2=\dfrac 1t$,其中 $t\in (0,1)$,于是题中不等式即\[t+\sqrt{8+t^2}-\dfrac 3t<t<\dfrac 4t-\dfrac{3t+3\sqrt{8+t^2}}4\iff \begin{cases} \sqrt{8+t^2}-\dfrac 3t<0,\\ \sqrt{8+t^2}-\dfrac{16}{3t}+\dfrac {7t}3<0,\end{cases}\]注意到不等式左侧的函数均为单调递增函数,且当 $t=1$ 时函数值均为 $0$,因此命题得证.

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