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[函数] 来自讨论组:|4^x-a|+2|2^x-a| 最小值 =4 求 a

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kuing 发表于 2023-2-21 00:09 |阅读模式
v6(2646*****) 2023/2/20 17:25:24
QQ图片20230221000731.jpg

令 `2^x=t` 以及 `f(t)=\abs{t^2-a}+2\abs{t-a}`,问题变成:当 `t\in(0,+\infty)` 时 `f(t)_{\min}=4`,求 `a`。

(1)若 `a\leqslant0`,则 `f(t)=t^2+2t-3a` 显然递增不存在最小值,不符合;

(2)若 `0<a<2`,则 `f(1)=3\abs{1-a}<3`,不符合;

(3)若 `2\leqslant a<4`,则 `f(2)=4-a+2(a-2)=a<4`,不符合;

(4)若 `a\geqslant4`,对于 `t\geqslant2` 有
\begin{align*}
f(t)&=\abs{t^2-a}+2\abs{t-a}\\
&\geqslant\abs{t^2-a-2(t-a)}\\
&=\abs{t(t-2)+a}\\
&\geqslant a,
\end{align*}
对于 `0<t<2` 有
\[f(t)=a-t^2+2(a-t)>3a-8\geqslant a,\]
所以恒有 `f(t)\geqslant a`,因此当 `a>4` 时肯定不符合,而当 `a=4` 时就有 `f(t)\geqslant4` 并且 `f(2)=4`,即 `f(t)_{\min}=4`。

综上所述,只有 `a=4` 符合题意。

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 楼主| kuing 发表于 2023-2-21 01:51
顺便提一下 v6 的思路:几何意义——曼哈顿距离(以前的题多数叫“折线距离”,后来才知道有这么个名字)
令 `m=2\cdot2^x`, `b=2a`,化为 `|m^2/4-b/2|+|m-b|`,然后画 `y=x^2/4`(`x>0`)与 `y=x/2` 的图,在直线上取一点,以该点为中心作最小的“曼哈顿正方形”使之与那半条抛物线有公共点,像这样:
QQ截图20230221015056.png
要使得正方形顶点与中心距离为 `4`。
交点与原点之间那段位置这么小不用考虑,交点以右的,注意交点处对抛物线切线斜率为 1,那最小的正方形肯定是顶点在抛物线上,而不会与边相切,所以直接解 `2y-2\sqrt y=4` 得 `y=4`, `b=8`, `a=4`。

由于原点取不了,所以左边是不会有符合的正方形的。

如果将题目改为“最小值或下确界为 4”那左边就还有一个 `b=-8/3` 处的正方形符合。

如果进一步改为“`f(m)=|m^2/4-b/2|+|m-b|`(`m\inR`)最小值为 4”的话,也就是整条抛物线,那左边符合的正方形 `b=-10/3` 就是相切的:
QQ图片20230221022049.png

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投票是个啥鬼  发表于 2023-2-21 09:26

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isee 发表于 2023-2-21 09:24
已经快忘记完了,又复习一次,恰好前几天处理一个两曲线相切的,颇亲切~赞~
isee=freeMaths@知乎

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 楼主| kuing 发表于 2023-2-21 15:06
@isee 投票是个啥鬼

最近发现论坛有一个叫“回帖投票”的功能,开启后可对回帖作投票“支持”或“反对”,而我把它改成了点赞👍但看来改得不够仔细,点击后的提示还有“投票”字眼😥

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应该已经好了  发表于 2023-2-21 18:03

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isee 发表于 2023-2-21 19:15
kuing 发表于 2023-2-21 15:06
最近发现论坛有一个叫“回帖投票”的功能,开启后可对回帖作投票“支持”或“反对”,而我把它改成了点赞 ...

不能取消啊(再点一次时)

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嗯,有空研究下有没有办法修改  发表于 2023-2-21 20:40
isee=freeMaths@知乎

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facebooker 发表于 2023-2-23 15:51
好几年没看到曼哈顿距离了。。。

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GMT+8, 2025-3-4 19:37

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