Найдите все значения $a$, при которых уравнение
${(x+\ln (x+a))}^{2}={(x-\ln (x+a))}^{2}$
имеет единственное решение на отрезке $[0; 1]$.
Задание с развёрнутым ответом. Запишите решение и сравните его с разбором.
Ответ: $a\in\{0\}\cup[1;+\infty)$.
Решение
Нужно получить ровно один корень на отрезке $[0;1]$. Сначала найдём все возможные корни, а затем для каждого параметра проверим, какие из них определены и лежат на отрезке.
Логарифм существует только при положительном аргументе:
$$x+1a>0.$$
Переносим квадрат правой части влево. Применяем разность квадратов $A^2-B^2=(A-B)(A+B)$. Здесь $A=1x+\ln(x+1a)$, $B=1x-\ln(x+1a)$.
Вычисляем разность и сумму:
$$A-B=2\ln(x+1a),\qquad A+B=2x.$$
Подставляем в разложение и делим на ненулевую константу:
$$4x\ln(x+1a)=0,$$
$$x\ln(x+1a)=0.$$
Произведение равно нулю, когда хотя бы один множитель равен нулю. Первая ветвь — $x=0$. Этот корень лежит на заданном отрезке, но его ещё должен допускать логарифм:
$$0+1a>0,\qquad a>0.$$
Вторая ветвь — нулевой логарифм. Логарифм числа 1 равен нулю, и других таких положительных аргументов нет:
$$\ln(x+1a)=0,\qquad x+1a=1,\qquad x=1-1a.$$
В этой точке аргумент уже равен 1, поэтому область определения соблюдена. Осталось попасть в отрезок:
$$0\le1-1a\le1.$$
Решаем два неравенства по отдельности:
$$1-1a\ge0,\qquad 1a\le1,\qquad a\le1,$$
$$1-1a\le1,\qquad -1a\le0,\qquad a\ge0.$$
Значит, второй кандидат существует при:
$$0\le a\le1.$$
Теперь считаем именно различные корни. При $a<0$ ни один кандидат не допускается. При $a=0$ нулевой кандидат запрещён логарифмом, зато второй равен 1: корень один.
При $0<a<1$ ноль допустим, и второй кандидат лежит строго между 0 и 1: корней два. В правой граничной точке кандидаты совпадают:
$$a=1:\quad x_2=1-1\cdot1=0=x_1.$$
Это один различный корень. При $a>1$ второй кандидат отрицателен и выходит за отрезок, а $x=0$ остаётся допустимым. Поэтому подходят отдельное значение 0 и весь промежуток, начиная с правой границы.
Ответ:
$$a\in\{0\}\cup[1;+\infty).$$