25~26高三·四川凉山一模·第14题

已知正实数$x$,$y$满足$\left(2x+\sqrt{4x^2+1}\right)\left(\sqrt{y^2+4}-2\right)=y$,则$x^2\mathrm{e}^y$的最小值为_____

等式变形同构函数,求导得最值

图片[1]-25~26高三·四川凉山一模·第14题-学孜孜

$\frac{\mathrm{e}^2}{4}$

由$\left(2x+\sqrt{4x^2+1}\right)\left(\sqrt{y^2+4}-2\right)=y,x,y>0$,

整理得$2x+\sqrt{4x^2+1}=\frac{y}{\sqrt{y^2+4}-2}=\frac{y\left(\sqrt{y^2+4}+2\right)}{y^2}=\frac{\sqrt{y^2+4}+2}{y}$,

化简得:$2x+\sqrt{(2x)^2+1}=\sqrt{1+\left(\frac{2}{y}\right)^2}+\frac{2}{y}$,

设函数$f(t)=t+\sqrt{t^2+1}$,可知函数$f(t)$在$(0,+\infty)$内单调递增,

由$f(2x)=f\left(\frac{2}{y}\right)$可得$2x=\frac{2}{y}$,即$y=\frac{1}{x}$,代入$x^2\mathrm{e}^y$得$x^2\mathrm{e}^{\frac{1}{x}}$,

令$F(x)=x^2\mathrm{e}^{\frac{1}{x}}(x>0)$,$F'(x)=\mathrm{e}^{\frac{1}{x}}\left(2x-1\right)$,

令$F'(x)=0$,解得$x=\frac{1}{2}$,

当$0 < x <\frac{1}{2}$时,$F'(x)<0$;当$x>\frac{1}{2}$时,$F'(x)>0$;

可知$F(x)$在$\left(0,\frac{1}{2}\right)$内单调递减,在$\left(\frac{1}{2},+\infty\right)$内单调递增,

故当$x=\frac{1}{2}$时,$F(x)$取得最小值,此时$y=2$,最小值为$F\left(\frac{1}{2}\right)=\left(\frac{1}{2}\right)^2\mathrm{e}^2=\frac{\mathrm{e}^2}{4}$.

故答案为:$\frac{\mathrm{e}^2}{4}$.

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THE END
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