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我们来解决这道函数方程问题。已知函数f(x)是一个分段函数,当x大于1时,f(x)等于ln x;当x小于等于1时,f(x)等于四分之一x加1。函数g(x)等于ax,是一条过原点的直线,其中a是待定系数。我们需要确定实数a的取值范围,使得方程g(x)等于f(x)恰好有两个不同的实数根。首先,让我们理解这两个函数的图像。f(x)在x小于等于1的部分是一条直线,斜率为四分之一,在点(1,5/4)处与对数函数部分相连。
现在,我们来分析函数g(x)=ax与f(x)的交点情况。首先,当x小于等于1时,我们需要解方程ax等于四分之一x加1。如果a等于四分之一,这个方程变为0等于1,无解。如果a不等于四分之一,解得x等于1除以(a减四分之一)。当a等于四分之一时,直线g(x)与f(x)的左半部分平行,没有交点。让我们看看当a等于四分之一时的情况。
接下来,我们分析当x大于1时的情况,此时需要解方程ax等于ln x。我们令h(x)等于ax减ln x,寻找h(x)等于0的解。求导得h'(x)等于a减1/x。当h'(x)等于0时,x等于1/a,这是h(x)的极值点。通过分析可知,当0小于a小于1/e时,h(x)在x大于1的区间有两个零点,也就是说方程ax等于ln x有两个解。当a等于1/e时,h(x)在x等于e处有一个零点,此时是切点。当a大于1/e时,h(x)在x大于1的区间没有零点。让我们看看当a等于1/e时的情况,此时直线与对数曲线在点(e,1)处相切。
现在,我们来综合分析交点情况,确定a的取值范围。当a等于四分之一时,在x小于等于1的区间没有交点,在x大于1的区间有两个交点,总共有2个交点。当a在四分之一到1/e之间时,同样在x小于等于1的区间没有交点,在x大于1的区间有两个交点,总共有2个交点。当a等于1/e时,在x小于等于1的区间没有交点,在x大于1的区间有一个交点,总共有1个交点。当a大于1/e或小于四分之一时,交点总数不等于2。让我们看看当a等于0.3(介于四分之一和1/e之间)时的情况,此时直线与对数曲线有两个交点。因此,使得方程g(x)等于f(x)恰好有两个不同实数根的a的取值范围是四分之一小于等于a小于1/e,即[1/4, 1/e)。
让我们总结一下这道题的解题思路。函数方程g(x)等于f(x)的解就是两个函数图像的交点。由于f(x)是分段函数,我们需要分区间讨论交点情况。对于x小于等于1的区间,我们解方程ax等于四分之一x加1;对于x大于1的区间,我们解方程ax等于ln x。通过分析不同a值下的交点情况,我们发现当a在四分之一到1/e之间(包含四分之一,不包含1/e)时,方程恰好有两个不同的实数根。因此,a的取值范围为[1/4, 1/e)。这种分析函数图像交点的方法在解决函数方程问题时非常有效。