内容正文:
第十一节 函数与方程
第二章 函数与基本初等函数
课程标准
1.结合学过的函数图象,了解函数的零点与方程解的关系.
2.结合具体连续函数及其图象的特点,了解函数零点存在定理, 探索用二分法求方程近似解的思路.
CONTECT
内
容
索
引
01
教材梳理 强基固本
02
考点探究 精准突破
03
课 时 测 评
教材梳理 强基固本
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理清主干知识
1.函数零点
(1)定义:对于函数y=f(x)(x∈D),把使_________的实数x叫做函数y=f(x)(x∈D)的零点.
(2)三个等价关系
f(x)=0
(3)函数零点存在定理
连续不断
f(a)·f(b)<0
f(x0)=0
2.二分法
对于在区间[a,b]上图象连续不断且_____________的函数y=f(x),通过不断地把它的零点所在区间__________,使所得区间的两个端点逐步逼近______,进而得到零点近似值的方法叫做二分法.
f(a)f(b)<0
一分为二
零点
记牢常用结论
1.若连续不断的函数f(x)是定义域上的单调函数,则f(x)至多有一个零点.
2.连续不断的函数,其相邻两个零点之间的所有函数值保持同号.
3.f(a)f(b)<0是y=f(x)在闭区间[a,b]上有零点的充分不必要条件.
练透教材典题
1.[多选题]若函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象为一条连续不断的曲线,则下列说法中错误的有
A.若f(a)f(b)>0,则不存在实数c∈[a,b],使得f(c)=0
B.若f(a)f(b)<0,则存在且只存在一个实数c∈[a,b],使得f(c)=0
C.若f(a)f(b)>0,则可能存在实数c∈[a,b],使得f(c)=0
D.若f(a)f(b)<0,则可能不存在实数c∈[a,b],使得f(c)=0
√
√
√
√
2.下列函数图象与x轴均有交点,其中不能用二分法求图中函数零点的是
√
√
4.函数y=f(x)的图象是一个连续不断的曲线,部分对应关系如表所示,则该函数的零点个数至少为
A.2 B.3
C.4 D.5
x 1 2 3 4 5 6
y 126.1 15.15 -3.92 16.78 -45.6 -232.64
-2,e
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考点探究 精准突破
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考点一
函数零点所在区间的判定
基础练
例1
√
(1)[多选题]函数f(x)=ex-x-2在下列哪个区间内必有零点
A.(-2,-1) B.(-1,0)
C.(0,1) D.(1,2)
√
√
(2)已知函数f(x)=e-x-2x-5的零点位于区间(m,m+1)(m∈Z)上,则m
等于
A.-2 B.-1
C.0 D.1
因为函数f(x)=e-x-2x-5是连续减函数,f(-2)=e2-1>0,f(-1)=e-3<0,所以f(-2)·f(-1)<0,函数f(x)=e-x-2x-5的零点位于区间(-2,-1),即(m,m+1)上,又m∈Z,所以m=-2.故选A.
规律方法
函数零点所在区间的判断方法及适用情形
1.定理法:利用函数零点存在定理进行判断.适用于容易判断区间端点值所对应函数值的正负的情形.
2.图象法:画出函数图象,通过观察图象与x轴在给定区间上是否有交点来判断.适用于容易画出函数图象的情形.
√
对点练1.(1)已知x1+2x1=0,x2+log2x2=0,3-x3-log2x3=0,则
A.x1<x2<x3 B.x2<x1<x3
C.x1<x3<x2 D.x2<x3<x1
√
(2)若a<b<c,则函数f(x)=(x-a)(x-b)+(x-b)(x-c)+(x-c)(x-a)的两个零点分别位于区间
A.(a,b)和(b,c)内
B.(-∞,a)和(a,b)内
C.(b,c)和(c,+∞)内
D.(-∞,a)和(c,+∞)内
函数y=f(x)是开口向上的二次函数,最多有两个零点,由于a<b<c,则a-b<0,a-c<0,b-c<0,因此f(a)=(a-b)(a-c)>0,f(b)=(b-c)(b-a)<0,f(c)=(c-a)(c-b)>0.所以f(a)f(b)<0,f(b)f(c)<0,即f(x)在区间(a,b)和区间(b,c)内各有一个零点.
考点二
函数零点个数的判定
综合练
例2
A.0 B.1
C.2 D.3
√
2 024
规律方法
函数零点个数的判断方法
1.直接法:令f(x)=0,有几个解就有几个零点.
2.定理法:首先确定函数f(x)在区间[a,b]上是连续不断的曲线,且f(a)f(b)<0,再结合函数的图象与性质确定函数零点个数.
3.图象法:将原函数分成两个函数,作出两函数图象,观察其交点个数即得零点个数.
√
A.0 B.1
C.2 D.3
由f(x)-2|x|=0,得f(x)=2|x|,则方程f(x)-2|x|=0的解的个数即函数f(x)的图象与函数y=2|x|的图象的交点个数.作出函数f(x)与函数y=2|x|的图象,可知两个函数图象的交点的个数为2,故方程f(x)-2|x|=0的解的个数为2.故选C.
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考点三
函数零点的应用
多维练
例3
角度1 根据函数零点求参数范围
(1)函数f(x)=2x- -a的一个零点在区间(1,2)内,则实数a的取值范围是
A.0<a<3 B.1<a<3
C.1<a<2 D.a≥2
√
√
A.(0,1] B.[0,1]
C.(0,1) D.(1,+∞)
依题意,函数g(x)=f(x)-b有四个不同的零点,即f(x)=b有四个解,转化为函数y=f(x)与y=b的图象有四个交点,作函数f(x)的图象,如图
所示.
结合图象,可知实数b的取值范围为(0,1].故选A.
规律方法
利用函数零点求参数范围的方法
√
角度2 探究函数多个零点(方程根)问题
例4
规律方法
求函数的多个零点(或方程的根以及直线y=m与函数图象的多个交点横坐标)的和时,应考虑函数的性质,尤其是对称性特征(这里的对称性主要包括函数本身关于点的对称,直线的对称等).
√
√
√
√
在同一平面直角坐标系中作出函数y=f(x),y=a的图象,如图所示.
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课时测评
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√
1.用二分法研究函数f(x)=x5+8x3-1的零点时,第一次经过计算得f(0)<0,f(0.5)>0,则其中一个零点所在区间和第二次应计算的函数值分别为
A.(0,0.5),f(0.125) B.(0,0.5),f(0.375)
C.(0.5,1),f(0.75) D.(0,0.5),f(0.25)
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2.(2024·吉林长春模拟)函数f(x)=e2x+5x-2的零点所在区间为
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A.1 B.2
C.3 D.4
当x≤0时,令f(x)=x2-2x-3=0,得x=-1(x=3舍去),当x>0时,令f(x)=0,得log2x=3x-4,作出y=log2x与y=3x-4的图象,如图所示,
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由图可知,y=log2x与y=3x-4有两个交点,所以当x>0时,f(x)=0有两个零点.综上,f(x)有3个零点.故选C.
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A.(2,+∞) B.[2,+∞)
C.(-∞,2) D.(-∞,2]
当x≥1时,f(x)的零点为1,则当x<1时,必有一个零点,y=2x-a为一次函数,单调递增,故需2-a>0,即a<2.故选C.
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6.已知函数f(x)=x- (x>0),g(x)=x+ex,h(x)=x+ln x(x>0)的零点分别为x1,x2,x3,则
A.x1<x2<x3 B.x2<x1<x3
C.x2<x3<x1 D.x3<x1<x2
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7.[多选题]函数f(x)=sin x+2|sin x|,x∈[0,2π]的图象与直线y=k的交点个数可能是
A.1 B.2
C.4 D.6
由题意知,f(x)=
在坐标系中画出函数f(x)的图象如图所示.
由其图象知,直线y=k与y=f(x)的图象交点个数
可能为0,1,2,3,4.故选ABC.
3sin x,x∈[0,π],
-sin x,x∈(π,2π],
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A.若g(x)有3个不同的零点,则a的取值范围是[1,2)
B.若g(x)有4个不同的零点,则a的取值范围是(0,1)
C.若g(x)有4个不同的零点x1,x2,x3,x4(x1<x2<x3<x4),则x3+x4=4
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9.(新定义)[多选题](2024·江苏南京模拟)在数学中,布劳威尔不动点定理可应用到有限维空间,是构成一般不动点定理的基石,它得名于荷兰数学家鲁伊兹·布劳威尔(L.E.J.Brouwer),简单地讲,就是对于满足一定条件的连续函数f(x),存在一个点x0,使得f(x0)=x0,那么我们称该函数为“不动点”函数,下列函数是“不动点”函数的是
A.f(x)=2x+x B.f(x)=x2-x-3
C.f(x)=x +1 D.f(x)=|log2x|-1
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±2
由题意知f(-x)=-f(x),所以当x<0时,-x>0,则g(x)=f(x)=-f(-x)=4-2-x,
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11.(2024·山东德州模拟)方程2x+3x=k的解在[1,2)内,则实数k的取值范围是________.
[5,10)
令函数f(x)=2x+3x-k,则f(x)在R上是增函数.当方程2x+3x=k的解在(1,2)内时,f(1)·f(2)<0,即(5-k)(10-k)<0,解得5<k<10,又当f(1)=0时,k=5.综上,实数k的取值范围是[5,10).
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y=f(x)-a有四个不同的零点x1,x2,x3,x4,即方程f(x)=a有四个不同的解,即y=f(x)的图象与直线y=a有四个交点.在同一平面直角坐标系中分别作出y=f(x)与y=a的图象,如图所示,
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A.8 B.7
C.6 D.5
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当x>a时,f(x)=2x-3单调递增,当-1<x≤a时,
f(x)=log2(x+1)单调递增.由题意,若存在实数
t使得g(x)有两个不同的零点,即存在实数t,使
得方程f(x)=-t有两个不相等的根,即函数f(x)
的图象与直线y=-t有两个交点,
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所以当点P(a,log2(a+1))在点Q(a,2a-3)上方,即log2(a+1)>2a-3时,符合题意.因为log2(2+1)>22-3=1,log2(3+1)<23-3=5,结合y=2x-3与y=log2(x+1)的图象可得正整数a的最大值为2.
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16.(新定义)已知M={α|f(α)=0},N={β|g(β)=0},若存在α∈M,β∈N,使得|α-β|<n,则称函数f(x)与g(x)互为“n度零点函数”.若f(x)=32-x-1
与g(x)=x2-aex互为“1度零点函数”,则实数a的取值范围为________.
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谢谢观看
本节到此结束
取f(x)=x2-1,区间取为[-2,2],满足f(-2)f(2)>0,但是f(x)在[-2,2]内存在两个零点-1,1,A错误,C正确;取f(x)=sin x,区间取为,满足f f =×=-<0,但是f(x)在内存在三个零点π,2π,3π,B错误;根据零点存在定理可知,D错误.故选ABD.
3.函数f(x)=ln x+x-,则函数f(x)的零点所在区间是
A. B.
C. D.(1,2)
5.已知函数f(x)=则f(x)的零点为________.
由题意得,或解得x=-2或x=e.
f(-2)=>0,f(-1)=-1<0,f(0)=-1<0,f(1)=e-3<0,f(2)=e2-4>0,因为f(-2)·f(-1)<0,f(1)·f(2)<0,所以f(x)在(-2,-1)和(1,2)内存在零点.故选AD.
设函数f(x)=x+2x,易知f(x)在R上单调递增,f(-1)=-,f(0)=1,即f(-1)f(0)<0,由函数零点存在定理可知,-1<x1<0.设函数g(x)=x+log2x,易知g(x)在(0,+∞)上单调递增,g=-,g(1)=1,即gg(1)<0,由函数零点存在定理可知,<x2<1.设函数h(x)=x-log2x,易知h(x)在(0,+∞)上单调递减,h(1)=,h(x3)=0,因为h(1)>h(x3),由函数单调性可知,x3>1,即-1<x1<0<x2<1<x3.故选A.
(1)已知函数f(x)=则函数g(x)=f(x)-的零点个
数为
当x≤0时,令g(x)=x-=0,解得x=1,舍去;当x>0时,令g(x)=|log2x|-=0,解得x=或x=,满足x>0,所以x=或x=.综上,函数g(x)=f(x)-的零点个数为2.
(2)(2024·河南郑州模拟)已知定义域为R的偶函数f(x)的图象是连续不断的曲线,且f(x+2)+f(x)=f(1),对任意的x1,x2∈[-2,0],x1≠x2,>0恒成立,则f(x)在区间[-2 024,2 024]上的零点个数为________.
令x=-1,得f(1)+f(-1)=f(1),即f(-1)=0,因为对任意的x1,x2∈
[-2,0],x1≠x2,>0恒成立,所以f(x)在[-2,0]上单调递增.因为f(x)为偶函数,所以f(1)=0,f(x)在(0,2]上单调递减,f(x+2)+f(x)=f(1)=0,所以f(x+4)=-f(x+2)=f(x),所以f(x)是以4为周期的周期函数.因为f(x)在一个周期内有两个零点,故f(x)在区间[-2 024,2 024]上的零点个数为1 012×2=2 024.
对点练2.(1)已知函数f(x)=则方程f(x)-2|x|=0的解的个
数为
(2)函数f(x)=·cos x的零点个数为________.
令36-x2≥0,解得-6≤x≤6,所以f(x)的定义域为[-6,6].令f(x)=0得36-x2=0或cos x=0,由36-x2=0得x=±6,由cos x=0得x=+kπ,k∈Z,又x∈[-6,6],所以x的取值为-,-,,.故f(x)共有6个零点.
因为函数y=2x,y=-在(0,+∞)上单调递增,所以函数f(x)=2x--a在(0,+∞)上单调递增,由函数f(x)=2x--a的一个零点在区间(1,2)内,得f(1)×f(2)=(2-2-a)(4-1-a)=(-a)×(3-a)<0,解得0<a<3.故选A.
(2)(2024·山东济南三模)已知函数f(x)=若函数g(x)=f(x)-b有四个不同的零点,则实数b的取值范围为
已知函数f(x)=若a,b,c,d互不相等,且f(a)=f(b)=f(c)=f(d),则a+b+c+d的取值范围是
A. B.
C.(-1,2) D.(-2,3)
如图为函数f(x)的大致图象,因为a,b,c,d
互不相等,且f(a)=f(b)=f(c)=f(d),所以不妨设
a<b<c<d,由图可知-2<a<-1<b<0<c<1<d<3,
由f(a)=f(b),得=-1,所以a+b=-2,又f(c)=f(d),所以logc=-logd,所以cd=1,即c=,所以a+b+c+d=d+-2,令g(d)=d+-2(1<d<3),由对勾函数的单调性可知g(d)=d+-2在(1,3)上单调递增,所以g(d)∈.故选A.
对点练3.(1)已知函数f(x)=函数g(x)=mx,若函数y=f(x)-2g(x)恰有三个零点,则实数m的取值范围是
A. B.
C. D.
根据题意,画出函数f(x)=的图象如图所示,
因为函数y=f(x)-2g(x)恰有三个零点,所以f(x)=2g(x)有三个不等实根,即f(x)的图象与y=2g(x)=2mx的图象有三个不同的交点,由图象可知,当直线y=2mx的斜率在kOA,kOB之间时,有三个交点,即kOA<2m<kOB,因为kOA=-,kOB=1,所以-<2m<1,解得-<m<.故选A.
(2)[多选题](2024·安徽马鞍山模拟)已知函数f(x)=若f(x)=a有四个不同的实数解x1,x2,x3,x4,且满足x1<x2<x3<x4,则下列结论正确的是
A.0<a<1
B.x1+2x2∈
C.x1+x2+x3+x4∈
D.2x1+x2∈
由图象知,若f(x)=a有四个不同的实数解,则0<a<1,故A正确;因为|log2x1|=|log2x2|,即-log2x1=log2x2,则=x2,所以x1+2x2=+2x2,1<x2<2,因为y=+2x2在(1,2)上单调递增,所以+2x2∈,故B错误;
因为x1+x2=+x2,1<x2<2,y=+x2在(1,2)上单调递增,所以+x2∈,而x3+x4=8,所以x1+x2+x3+x4∈,故C正确;因为2x1+x2=+x2,1<x2<2,y=+x2在(1,)上单调递减,在(,2)上单调递增,则+x2∈,故D正确.故选ACD.
因为f(0)f(0.5)<0,由零点存在定理知,零点x0∈(0,0.5),根据二分法,第二次应计算f ,即f(0.25).故选D.
A.(-1,0) B.
C. D.
因为f(0)=-1<0,f =->0,且f(x)=e2x+5x-2为连续的增函数,
所以f(x)的零点所在区间为.故选B.
3.函数f(x)=的零点个数为
4.已知函数f(x)=恰有2个零点,则实数a的取值范围是
5.已知函数f(x)=log2(x+1)-+m在区间(1,3]上有零点,则实数m的取值范围为
A.
B.∪(0,+∞)
C.∪(0,+∞)
D.
因为函数y=log2(x+1),y=m-在区间(1,3]上单调递增,所以函数f(x)在(1,3]上单调递增,因为函数f(x)=log2(x+1)-+m在区间(1,3]上有零点,则即解得-≤m<0.因此,实数m的取值范围是.故选D.
函数f(x)=x-(x>0),g(x)=x+ex,h(x)=x+ln x(x>0)的零点,即为y=x与y=(x>0),y=-ex,y=-ln x(x>0)的交点的横坐标,作出y=x与y=(x>0),y=-ex,y=-ln x(x>0)的图象,如图所示.可知x2<x3<x1.故选C.
8.[多选题](2024·山西朔州模拟)已知函数f(x)=函数g(x)=f(x)-a,则下列结论正确的是
D.若g(x)有4个不同的零点x1,x2,x3,x4(x1<x2<x3<x4),则x3x4的取值范围是
令g(x)=f(x)-a=0,得f(x)=a,则g(x)的零点个数即为
函数y=f(x)的图象与y=a的交点个数.作出函数y=f(x)
的图象如图所示,由图可知,若g(x)有3个不同的零点,
则a的取值范围是[1,2)∪{0},故A错误;若g(x)有4个
不同的零点,则a的取值范围是(0,1),故B正确;g(x)有
4个不同的零点x1,x2,x3,x4(x1<x2<x3<x4),此时x3,x4关于直线x=2对称,所以x3+x4=4,故C正确;由C可知x3=4-x4,所以x3x4=(4-x4)x4=-x+4x4,由于g(x)有4个不同的零点,a的取值范围是(0,1),则0<-4x+16x4-13<1,所以<-x+4x4<,故D正确.故选BCD.
选项A,若f(x0)=x0,则2x0=0,该方程无解,故
该函数不是“不动点”函数;选项B,若f(x0)=x0,
则x-2x0-3=0,解得x0=3或x0=-1,故该函
数是“不动点”函数;选项C,若f(x0)=x0,则
x0+1=x0,可得x-3x0+1=0,且x0≥1,解得x0=,故该函数是“不动点”函数;选项D,若f(x0)=x0,则|log2x0|-1=x0,即|log2x0|=x0+1,作出y=|log2x|与y=x+1的函数图象,如图,由图可知,方程|log2x|=x+1有实数根x0,即存在x0,使得|log2x0|-1=x0成立,故该函数是“不动点”函数.故选BCD.
10.已知函数f(x)=是奇函数,则函数f(x)的零点为___.
所以f(x)=令f(x)=0,所以当x>0时,x=2;当x<0时,x=-2,所以函数f(x)的零点为±2.
12.(2024·江西五校高三联考)已知函数f(x)=函数y=f(x)-a有四个不同的零点x1,x2,x3,x4,且x1<x2<x3<x4,则=_____.
由二次函数的对称性可得,x3+x4=4.因为1-2=2-1,所以2+2=2,故=.
13.(2024·湖北黄冈模拟)函数f(x)=g(x)=kx-3k,若函数f(x)与g(x)的图象有三个交点,则实数k的取值范围为
A.(2-6,0) B.(2-6,0)
C.(-2,0) D.(2-6,0)
作出函数f(x)=的图象,如图所示,
设与y=4-x2相切的直线为l,且切点为P(x0,4-x),
因为y′=-2x,所以切线的斜率为k=-2x0,则切线
方程为y-4+x=-2x0(x-x0),因为g(x)=kx-3k过
定点(3,0),若切线过定点(3,0),代入切线方程求得x0=3-或x0=3+(舍去),所以此时切线的斜率为k=2-6,因为函数f(x)与g(x)的图象有三个交点,由图象知,实数k的取值范围为(2-6,0).故选D.
14.(2024·福建泉州模拟)已知定义域为R的偶函数f(x)满足f(2-x)=f(x),当0≤x≤1时,f(x)=e1-x-1,则方程f(x)=在区间[-3,5]上所有解的和为
因为函数f(x)满足f(2-x)=f(x),所以函数f(x)的图
象关于直线x=1对称.又函数f(x)为偶函数,所以
f(2-x)=f(x)=f(-x),所以函数f(x)是周期为2的
周期函数,令g(x)=,它的图象也关于直线x=1对称,作出函数f(x)与g(x)在区间[-3,5]上的图象,如图所示.
由图可知,函数f(x)与g(x)的图象在区间[-3,5]上有8个交点,且关于直线x=1对称,所以方程f(x)=在区间[-3,5]上所有解的和为4×2=8.故选A.
15.(2024·重庆月考)已知函数f(x)=且a∈N*,记g(x)=f(x)+t,若存在实数t使得g(x)有两个不同的零点,则正整数a的最大值为_____.
由题意可知f(2)=0,且f(x)在R上单调递减,所以函数f(x)只有一个零点2,由|2-β|<1,得1<β<3,所以函数g(x)=x2-aex在区间(1,3)上存在零点.由g(x)=x2-aex=0,得a=.令h(x)=,则h′(x)==,所以h(x)在区间(1,2)上单调递增,在区间(2,3)上单调递减,且h(1)=,h(2)=,h(3)=>,要使函数g(x)在区间(1,3)上存在零点,只需a∈.
$$