求使得方程$4^x + 2^{x+1} = a$有实数解的实数a的取值范围
求使得方程$4^x + 2^{x+1} = a$有实数解的实数a的取值范围
你已经完成了核心的换元步骤,思路非常清晰!只差最后一步结合指数函数的性质来确定a的取值范围,我来帮你补上:
首先,你通过换元$t=2x$,把原方程转化为二次方程$t2 + 2t - a = 0$,解出了$t=-1\pm\sqrt{1+a}$,这部分完全正确。
接下来要注意一个关键细节:$t=2^x$作为指数函数,它的值域是$t>0$,所以只有满足$t>0$的解才是有效的,对应原方程才有实数x。
我们来逐个分析两个根:
- 对于$t_2=-1-\sqrt{1+a}$:因为$\sqrt{1+a}\geq0$,所以$-1-\sqrt{1+a}\leq-1<0$,这个根不符合$t>0$的要求,直接舍去。
- 对于$t_1=-1+\sqrt{1+a}$:必须满足$t_1>0$,也就是:
$$-1+\sqrt{1+a}>0$$
移项得$\sqrt{1+a}>1$,两边平方(因为两边都是非负数,平方后不等号方向不变):
$$1+a>1$$
解得$a>0$。
另外你之前得到的$a\geq-1$是二次方程有实根的条件,但结合$t>0$的要求,最终需要取两者的交集,也就是$a>0$。
验证一下:当$a>0$时,$\sqrt{1+a}-1>0$,此时$x=\frac{\ln(\sqrt{1+a}-1)}{\ln2}$是有意义的实数;当$a\leq0$时,要么二次方程无实根($a<-1$),要么$t_1\leq0$($-1\leq a\leq0$),都无法得到实数x。
所以原方程有实数解的实数a的取值范围是$\boldsymbol{a>0}$。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者aconfusedtortoise




