20、(本题满分14分) 第1小题满分6分, 第2小题满分8分

  已知二次函数y=f₁(x)的图象以原点为顶点且过点(1,1),反比例函数

y=f₂(x)的图象与直线y=x的两个交点间距离为8,f(x)= f₁(x)+ f₂(x).

 (1) 求函数f(x)的表达式；

 (2) 证明:当a>3时,关于x的方程f(x)= f(a)有三个实数解.

【解】(1)由已知,设f₁(x)=ax²,由f₁(1)=1,得a=1, ∴f₁(x)= x².

   设f₂(x)=(k>0),它的图象与直线y=x的交点分别为

   A(,)B(－,－)

   由=8,得k=8,. ∴f₂(x)=.故f(x)=x²+.

     (2) 【证法一】f(x)=f(a),得x²+=a²+,

   即=－x²+a²+.

   在同一坐标系内作出f₂(x)=和

f₃(x)= －x²+a²+

   的大致图象,其中f₂(x)的图象是以坐标轴为渐近线,且位于第一、三象限的双曲线, f₃(x)与的图象是以(0, a²+)为顶点,开口向下的抛物线.

  因此, f₂(x)与f₃(x)的图象在第三象限有一个交点,

  即f(x)=f(a)有一个负数解.

  又∵f₂(2)=4, f₃(2)= －4+a²+

   当a>3时,. f₃(2)－f₂(2)= a²+－8>0,

  ∴当a>3时,在第一象限f₃(x)的图象上存在一点(2,f(2))在f₂(x)图象的上方.

  ∴f₂(x)与f₃(x)的图象在第一象限有两个交点,即f(x)=f(a)有两个正数解.

  因此,方程f(x)=f(a)有三个实数解.

  【证法二】由f(x)=f(a),得x²+=a²+,

   即(x－a)(x+a－)=0,得方程的一个解x₁=a.

   方程x+a－=0化为ax²+a²x－8=0,

   由a>3,△=a⁴+32a>0,得

   x₂=, x₃=,

  ∵x₂<0, x₃>0, ∴x₁≠ x₂,且x₂≠ x₃.

  若x₁= x₃,即a=,则3a²=, a⁴=4a,

  得a=0或a=,这与a>3矛盾, ∴x₁≠ x₃.

  故原方程f(x)=f(a)有三个实数解.