题目
(2024·新课标I卷)设函数f(x)=(x+a)ln(x+b).若f(x)≥0,则a²+b²的最小值为()A.(1)/(8) B.(1)/(4)C.(1)/(2) D.1
(2024·新课标I卷)设函数f(x)=(x+a)ln(x+b).若f(x)≥0,则a²+b²的最小值为()
A.$\frac{1}{8}$ B.$\frac{1}{4}$
C.$\frac{1}{2}$ D.1
题目解答
答案
要使 $ f(x) = (x + a) \ln(x + b) \geq 0 $ 对所有 $ x > -b $ 成立,需满足 $ (x + a) $ 和 $ \ln(x + b) $ 同号。
1. **零点分析**:
$ f(x) $ 的零点为 $ x = -a $(由 $ x + a = 0 $)和 $ x = 1 - b $(由 $ \ln(x + b) = 0 $)。
为保证 $ f(x) \geq 0 $,两零点应重合,即 $ -a = 1 - b $,解得 $ b = a + 1 $。
2. **代入求最小值**:
将 $ b = a + 1 $ 代入 $ a^2 + b^2 $,得:
\[
a^2 + b^2 = a^2 + (a + 1)^2 = 2a^2 + 2a + 1
\]
完成平方得:
\[
2\left(a + \frac{1}{2}\right)^2 + \frac{1}{2}
\]
当 $ a = -\frac{1}{2} $ 时,$ a^2 + b^2 $ 取最小值 $ \frac{1}{2} $,此时 $ b = \frac{1}{2} $。
**答案:** $\boxed{\frac{1}{2}}$
解析
考查要点:本题主要考查函数的符号分析、不等式恒成立条件及二次函数的最值问题。
解题核心思路:
- 符号一致性:要使乘积$(x+a)\ln(x+b) \geq 0$恒成立,需保证$(x+a)$与$\ln(x+b)$在定义域内始终同号。
- 零点重合:通过分析两个因子的零点,确定$a$与$b$的关系,进而转化为求$a^2 + b^2$的最小值。
破题关键点:
- 零点分析:找到$(x+a)=0$和$\ln(x+b)=0$的解,令其重合,确保符号变化点一致。
- 代数转化:将条件转化为关于$a$的二次函数,利用配方法求最小值。
步骤1:分析函数符号条件
函数$f(x) = (x+a)\ln(x+b)$的定义域为$x > -b$。
- $\ln(x+b)$的符号:当$x + b \geq 1$时,$\ln(x+b) \geq 0$;当$0 < x + b < 1$时,$\ln(x+b) < 0$。
- $x+a$的符号:当$x \geq -a$时,$x+a \geq 0$;当$x < -a$时,$x+a < 0$。
步骤2:确定零点重合条件
为保证乘积非负,两个因子的符号变化点必须重合,即:
$-a = 1 - b \quad \Rightarrow \quad b = a + 1.$
步骤3:代入求最小值
将$b = a + 1$代入$a^2 + b^2$:
$a^2 + b^2 = a^2 + (a + 1)^2 = 2a^2 + 2a + 1.$
配方法:
$2a^2 + 2a + 1 = 2\left(a^2 + a\right) + 1 = 2\left[\left(a + \frac{1}{2}\right)^2 - \frac{1}{4}\right] + 1 = 2\left(a + \frac{1}{2}\right)^2 + \frac{1}{2}.$
当$a = -\frac{1}{2}$时,最小值为$\frac{1}{2}$,此时$b = \frac{1}{2}$。