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存在零点 f(x)=a+2b根号x+e的b2

  1. 已知$x_0$是函数$f(x) = a + 2b\sqrt{x} + e^{\frac{x}{2}}$的一个零点,且$x_0 \in [1, e]$,则$a^2 + b^2$的最小值

解:思路一

依题可知$a + 2b\sqrt{x_0} + e^{\frac{x_0}{2}} = 0$

$\therefore a + 2b\sqrt{x_0} = -e^{\frac{x_0}{2}}$

$\because (a^2 + b^2)(1 + 4x) \geq (a + 2b\sqrt{x_0})^2$(当且仅当$b = 2a\sqrt{x}$时等号成立)

$\therefore a^2 + b^2 \geq \frac{\left( e^{\frac{x_0}{2}} \right)^2}{1 + 4x_0} = \frac{e^{x_0}}{1 + 4x_0}$

令$g(x) = \frac{e^x}{1 + 4x}$,则$g'(x) = \frac{e^x(4x - 3)}{(1 + 4x)^2}$

$\therefore x > \frac{3}{4}$时,$g(x)$单增

$\therefore x \in [1, e]$时,$g(x)_{\min} = g(1) = \frac{e}{5}$

$\therefore a^2 + b^2 \geq \frac{e}{5}$

思路二

$\because$依题可知$a + 2b\sqrt{x_0} + e^{\frac{x_0}{2}} = 0$

$\therefore$点$(a, b)$在直线$x + 2\sqrt{x_0}y + e^{\frac{x_0}{2}} = 0$上

$\sqrt{a^2 + b^2} = \sqrt{(a - 0)^2 + (b - 0)^2}$可以看成是点$(a, b)$到原点$(0, 0)$的距离

$\frac{\left| e^{\frac{x_0}{2}} \right|}{\sqrt{1 + 4x_0}}$可以看成是原点$(0, 0)$到直线$x + 2\sqrt{x_0}y + e^{\frac{x_0}{2}} = 0$的距离

$\because$直线上任意一点到原点的距离都大于等于原点到直线的距离

$\therefore \sqrt{a^2 + b^2} \geq \frac{\left| e^{\frac{x_0}{2}} \right|}{\sqrt{1 + 4x_0}}$

$\therefore a^2 + b^2 \geq \frac{e^{x_0}}{1 + 4x_0}$

剩下的过程同思路一

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