南京大学 2022年强基第3题

强基计划真题

📝 题目

$\mathrm{y}=\mathrm{x}^{3}-\mathrm{ax}$ 与 $\mathrm{y}=\mathrm{ax}+2$ ,若有三个交点, a 的范围?

💡 答案解析

【解析】联立有 $x^{3}-a x=a x+2$ ,有三个互异实根。 令 $f(x)=x^{3}-2 a x-2, f^{\prime}(x)=3 x^{2}-2 a$ ,若 $a \leq 0$ 必有 $f \uparrow$ ,无三个实根,当 $a\gt 0$ ,有 $\displaystyle x_{1}=-\sqrt{\frac{2 a}{3}}, x_{2}=+\sqrt{\frac{2 a}{3}}$ ,由单调性分析: $f$ 有三个实根 $\Leftrightarrow f\left(x_{1}\right)\gt 0, f\left(x_{2}\right)\lt 0$ , $\displaystyle f\left(x_{1}\right)=-\sqrt{\frac{2 a}{3}}\left(\frac{2 a}{3}-2 a\right)-2=\sqrt{\frac{2 a}{3}} \cdot \frac{4 a}{3}-2\gt 0$, 图片 $\displaystyle f\left(x_{2}\right)=\sqrt{\frac{2 a}{3}}\left(\frac{2 a}{3}-2 a\right)-2=-\sqrt{\frac{2 a}{3}} \cdot \frac{4 a}{3}-2\lt 0$(恒成立),得 $\displaystyle a\gt \frac{3}{2}$ 。

📋 详细解题步骤

步骤 1/7
目标:联立方程,转化为函数零点问题
联立 y=x^3-ax 与 y=ax+2,得 x^3-ax=ax+2,即 x^3-2ax-2=0。问题转化为函数 f(x)=x^3-2ax-2 有三个互异零点。
公式:x^3-2ax-2=0
提示:注意三个交点对应三个不同的实根。
步骤 2/7
目标:求导数,分析单调性
求导得 f'(x)=3x^2-2a。若 a≤0,则 f'(x)≥0,f(x)单调递增,至多一个零点,不满足。故 a>0。
公式:f'(x)=3x^2-2a
提示:a≤0时函数单调,不可能有三个零点。
步骤 3/7
目标:求极值点
令 f'(x)=0,得 x=±√(2a/3)。记 x1=-√(2a/3),x2=√(2a/3),分别为极大值点和极小值点。
公式:x=±√(2a/3)
提示:注意极值点顺序。
步骤 4/7
目标:根据极值符号确定零点个数
f(x)有三个零点当且仅当极大值 f(x1)>0 且极小值 f(x2)<0。
公式:f(x1)>0, f(x2)<0
提示:极值异号保证穿过x轴三次。
步骤 5/7
目标:计算极大值 f(x1)
代入 x1=-√(2a/3):f(x1)=(-√(2a/3))^3 -2a(-√(2a/3))-2 = - (2a/3)√(2a/3) + 2a√(2a/3) -2 = (4a/3)√(2a/3) -2 >0。
公式:f(x1)=(4a/3)√(2a/3)-2>0
提示:化简时注意符号。
步骤 6/7
目标:计算极小值 f(x2)
代入 x2=√(2a/3):f(x2)=(√(2a/3))^3 -2a√(2a/3)-2 = (2a/3)√(2a/3) -2a√(2a/3) -2 = -(4a/3)√(2a/3)-2 <0,恒成立。
公式:f(x2)=-(4a/3)√(2a/3)-2<0
提示:极小值恒负,只需极大值大于0。
步骤 7/7
目标:解不等式求a的范围
由 f(x1)>0 得 (4a/3)√(2a/3) > 2,即 √(2a/3) > 3/(2a),两边平方得 2a/3 > 9/(4a^2),即 8a^3 > 27,a^3 > 27/8,a > 3/2。
公式:a > 3/2
提示:注意a>0,不等式方向不变。

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