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分段函数 绝对值 f(x)=x+3恰有两个不等的实数解

题目:已知函数 $f(x)=\begin{cases}x^{2}+4a, & x>0 \\ 1+\log_{a}\left|x-1\right|, & x\leq 0\end{cases}$($a>0$ 且 $a\neq 1$)在 $R$ 上单调递增,则实数 $a$ 的取值范围是_____,若关于 $x$ 的方程 $|f(x)|=x+3$ 恰有两个不相等的实数解,则 $a$ 的取值范围是_____.

【答案】$\left[\dfrac{1}{4},1\right)$;$\left[\dfrac{1}{4},\dfrac{3}{4}\right]\cup\left\{\dfrac{13}{16}\right\}$

【详解】①当 $x\leq 0$ 时,$f(x)=1+\log_{a}\left|x-1\right|=1+\log_{a}\left(-x+1\right)$,因为该函数在 $(-\infty,0]$ 上单调递增,所以 $0<a<1$,若要 $f(x)$ 在 $R$ 上单调递增,还需满足 $4a\geq 1$,即 $a\geq \dfrac{1}{4}$,所以 $\dfrac{1}{4}\leq a<1$。②作出图像:

当 $x\leq 0$ 时,易知直线 $y=x+3$ 与曲线 $y=\left|f(x)\right|$ 一定只有一个公共点,故只需直线 $y=x+3$ 与曲线 $y=x^{2}+4a$ 只有一个公共点即可;

由 $f(x)=x^{2}+4a\ (x>0)$,得 $f'(x)=2x$,令 $2x=1$,得 $x=\dfrac{1}{2}$,代入 $y=x+3$,得 $y=\dfrac{7}{2}$,由 $\dfrac{7}{2}=\left(\dfrac{1}{2}\right)^{2}+4a$,得 $a=\dfrac{13}{16}$,此时直线 $y=x+3$ 与曲线 $f(x)=x^{2}+4a\ (x>0)$ 相切,有且只有一个公共点;

当 $4a\leq 3$,即 $a\leq \dfrac{3}{4}$ 时,直线 $y=x+3$ 与曲线 $f(x)=x^{2}+4a\ (x>0)$ 有且只有一个公共点.

又 $\dfrac{1}{4}\leq a<1$,所以 $\dfrac{1}{4}\leq a\leq \dfrac{3}{4}$.

综上可知,$a$ 的取值范围是 $\left[\dfrac{1}{4},\dfrac{3}{4}\right]\cup\left\{\dfrac{13}{16}\right\}$.

故答案为:$\left[\dfrac{1}{4},1\right)$;$\left[\dfrac{1}{4},\dfrac{3}{4}\right]\cup\left\{\dfrac{13}{16}\right\}$.

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