若函数f(x)=22x+2xa+a+1.(1)求函数f(x)的值域;(2)若f(...

2025-05-13 23:50:26
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解:(1)令t=2x>0,可得f(x)=g(t)=t2+at+a+1=(t+a2)2+a+1-a24,
当a≥0时,-a2≤0,二次函数g(t)的图象的对称轴方程为t=-a2,函数g(t)在(0,+∞)上单调递增,g(t)>g(0)=a+1,
故函数的值域为(a+1,+∞).
当a<0时,二次函数g(t)的图象的对称轴方程为t=-a2>0,函数g(t)的最小值为g(-a2)=a+1-a24,
故函数的值域为[a+1-a24,+∞).
(2)若f(x)>-3对任意的x∈[0,2]恒成立,则f(x)在[0,2]上的最小值大于-3,
即g(t)在[1,4]上的最小值大于-3.
①当a≥0时,由于g(t)在[1,4]上单调递增,故g(t)的最小值为g(1)=2a+2,由2a+2>-3,求得a>-52,
综合可得当a≥0.
②当-2≤a<0,二次函数g(t)的图象的对称轴方程为t=-a2(0,1],g(t)在[1,4]上单调递增,
函数g(t)的最小值为g(1)=2a+2,由2+2a>-3,求得a>-52,
综合可得-2≤a<0.
③当-8<a<-2时,二次函数g(t)的图象的对称轴方程为t=-a2∈(1,4),g(t)的最小值为g(-a2)=a+1-a24,
由a+1-a24>-3,求得2-25<a<2+25,综合可得2-25<a<-2.
④当a≤-8,二次函数g(t)的图象的对称轴方程为t=-a2≥4,g(t)在[1,4]上单调递减,
g(t)的最小值为g(4)=5a+17,由5a+17>-3,求得a>-4,不满足前提条件a≤-8,故舍去.
综合①②③④可得,a≥2-25.
(3)f(x)的零点的个数,即函数g(t)=t2+at+a+1在(0,+∞)上的零点个数.
①当△=a2-4(a+1)<0时,即2-22<a<2+22时,函数g(t)在(0,+∞)上的零点个数为0.
②当a=2-22或a=2+22 时,△=0,再根据二次函数g(t)的图象的对称轴方程为t=-a2,
可得当a=2-22时,t=-a2>0,函数g(t)在(0,+∞)上有唯一零点;当a=2+22 时,t=-a2<0,函数g(t)在(0,+∞)上没有零点.
③当a<2-22时,△>0,由t=-a2>0,g(0)=a+1>0,可得函数g(t)在(0,+∞)上有2个零点;
当a>2+22 时,△>0,由t=-a2<0,g(0)=a+1>0,可得函数g(t)在(0,+∞)上没有零点.
综上可得,a>2-22时,函数g(t)在(0,+∞)上的零点个数为0;
当a=2-22时,函数g(t)在(0,+∞)上有唯一零点;
当a<2-22时,函数g(t)在(0,+∞)上有2个零点.