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所谓一元二次方程根的分布问题,就是已知一个一元二次方程根的分布情况,确定方程中系数的取值范围问题.解决一元二次方程根的分布问题,主要依据方程的根与函数零点间的关系,借助图象,从以下三个方面建立关于系数的不等式(组)进行求解.
(1)判别式Δ的符号;
(2)对称轴x=-与所给区间的位置关系;
(3)区间端点处函数值的符号.
一元二次方程根的分布问题,类型较多,情况复杂,但基本可以分为以下三类:
类型一 已知两根与实数k的大小关系
根的分布情况
两根都小于k,即x1<k,x2<k
两根都大于k,即x1>k,x2>k
一根小于k,一根大于k,即x1<k<x2
大致图象(a>0)
得出的结论
f(k)<0
大致图象(a<0)
得出的结论
f(k)>0
综合结论(不讨论a)
a·f(k)<0
例1(1)若关于x的方程x2-(m-1)x+2-m=0的两根为正数,则实数m的取值范围是________.
答案 [-1+2,2)
解析 设f(x)=x2-(m-1)x+2-m,
则
解得-1+2≤m<2.
(2)(2024·湖北武汉华师第一附中模拟)若关于x的方程ax2+(a+2)x+9a=0有两个不相等的实数根x1,x2,且x1<1<x2,那么实数a的取值范围是________.
答案
解析 由于方程ax2+(a+2)x+9a=0有两个不相等的实数根,故a≠0,则ax2+(a+2)x+9a=0可化为x2+x+9=0,令f(x)=x2+x+9,则f(1)=1+×1+9<0,解得-<a<0.
当方程中二次项系数含有参数时,为避免讨论对应二次函数图象的开口方向,可将方程两边同时除以二次项系数,从而只需研究开口向上的情况,当然需要先判断二次项系数能否为0.
1.(2023·黑龙江哈尔滨六中模拟)关于x的方程x2+(m-2)x+6-m=0的两根都大于2,则实数m的取值范围是________.
答案 (-6,-2]
解析 令f(x)=x2+(m-2)x+6-m,则即
解得-6<m≤-2.
2.已知二次方程(2m+1)x2-2mx+(m-1)=0有一正根和一负根,则实数m的取值范围是________.
答案
解析 解法一:显然2m+1≠0,令f(x)=x2-x+,则f(0)<0,即<0,所以(2m+1)(m-1)<0,解得-<m<1.
解法二:设x1,x2是方程(2m+1)x2-2mx+(m-1)=0的两个根,则x1x2=<0,解得-<m<1.
类型二 已知两根所在的区间
根的分布情况
两根都在(m,n)内
恰有一根在(m,n)内
一根在(m,n)内,另一根在(p,q)内,m<n<p<q
大致图象(a>0)
得出的结论
或f(m)f(n)<0
或
大致图象(a<0)
得出的结论
或f(m)f(n) <0
或
综合结论(不讨论a)
或f(m)f(n) <0
另外,根在区间上的分布还有一种情况:两根分别在区间(m,n)外,即在区间两侧x1<m,x2>n(图形分别如下),需满足的条件是:
(1)当a>0时,
(2)当a<0时,
例2已知关于x的二次方程x2+2mx+2m+1=0.若方程有两根,其中一根在区间(-1,0)内,另一根在区间(1,2)内,则实数m的取值范围为________;若方程两根均在区间(0,1)内,则实数m的取值范围为________.
答案
解析 设函数f(x)=x2+2mx+2m+1,则其图象与x轴的交点分别在区间(-1,0)和(1,2)内,画出示意图如图1,由题意,得
即
解得-<m<-.
由题意知函数f(x)=x2+2mx+2m+1的图象与x轴的交点落在区间(0,1)内,画出示意图如图2,由题意,得
即解得-<m≤1-.
求解二次方程根的分布问题,最重要的是数形结合,即结合对应二次函数的图象,从以下角度考虑:①开口方向;②对称轴;③判别式;④在区间端点的函数值.
注意以下两点:一是特殊点(含参的二次函数过的一些定点(比如与x,y轴的交点)或某些函数值的正负)的应用;二是对于一些特殊情况,还可以利用根与系数的关系、因式分解求出根再求解等方法.
3.已知方程x2-(2a+1)x+a(a+1)=0的两根分别在区间(0,1),(1,3)内,则实数a的取值范围为________.
答案 (0,1)
解析 解法一:设f(x)=x2-(2a+1)x+a(a+1),则即
解得所以0<a<1.
解法二:由x2-(2a+1)x+a(a+1)=0,得(x-a)[x-(a+1)]=0,所以方程两根为x1=a,x2=a+1,则解得0<a<1.
4.已知关于x的方程ax2+