内容正文:
第12讲 函数与方程
必备知识
1
考点精析
2
综合提升
3
必备知识
PART
01
第一部分
1.函数的零点
(1)函数零点的定义
对于函数y=f(x)(x∈D),把使f(x)=0的实数x叫做函数y=f(x)(x∈D)的零点.
(2)几个等价关系
方程f(x)=0有实数根⇔函数y=f(x)的图象与x轴有交点⇔函数y=f(x)有零点.
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(3)函数零点的判定(零点存在性定理)
如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是_____________的一条曲线,并且有____________,那么,函数y=f(x)在区间(a,b)内有零点,即存在c∈(a,b),使得f(c)=0,这个c也就是方程f(x)=0的根.
连续不断
f(a)·f(b)<0
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2.二分法
对于在区间[a,b]上连续不断且f(a)·f(b)<0的函数y=f(x),通过不断地把函数f(x)的零点所在的区间____________,使区间的两个端点逐步逼近零点,进而得到零点近似值的方法叫做二分法.
一分为二
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3.二次函数y=ax2+bx+c(a>0)的图象与零点的关系
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1.若y=f(x)在闭区间[a,b]上的图象连续不断,且有f(a)f(b)<0,则函数y=f(x)一定有零点.
2.若连续不断的函数f(x)在定义域上是单调函数,则f(x)至多有一个零点.
3.周期函数如果有零点,则必有无穷多个零点.
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考点精析
PART
02
第二部分
√
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√
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解析:由f(x)-2|x|=0,得f(x)=2|x|,则函数y=f(x)-2|x|的零点的个数即为函数y=f(x)的图象与函数y=2|x|的图象的交点个数.作出函数y=f(x)与函数y=2|x|的图象,如图所示,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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归纳总结 (1)确定函数零点所在区间,可利用零点存在性定理或数形结合法.
(2)判断函数零点个数的方法:①解方程法;②零点存在性定理、结合函数的性质;③数形结合法:转化为两个函数图象的交点个数.
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考点二 函数零点的应用
(1)若函数f(x)=2x+x3+a的零点所在的区间为(0,1),则实数a的取值范围是( )
A.[-3,-1] B.[-2,-1]
C.(-3,-1) D.(-2,-1)
√
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√
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归纳总结 对于“a=f(x)有解”型问题,可以通过求函数y=f(x)的值域来解决,解的个数可化为函数y=f(x)的图象和直线y=a交点的个数.
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考点三 二次函数的零点问题
(1)已知函数f(x)在区间[-2,2]上有定义,则“f(x)在区间[-2,2]上有零点”是“f(-2)·f(2)<0”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
√
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(2)已知函数f(x)=x2+x+a在区间(0,1)上有零点,则实数a的取值范围是________.
(-2,0)
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归纳总结 解决与二次函数有关的零点问题:
(1)可利用一元二次方程的求根公式.
(2)可用一元二次方程的判别式及根与系数之间的关系.
(3)利用二次函数的图象列不等式组.
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综合提升
PART
03
第三部分
√
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2.若函数f(x)=x3+x2-2x-2的一个正数零点附近的函数值用二分法计算,其参考数据如表:
那么方程x3+x2-2x-2=0的一个近似根可以是( )
A.1.25 B.1.39 C.1.41 D.1.5
√
f(1)=-2 f(1.5)=0.625 f(1.25)=
-0.984
f(1.375)=
-0.260 f(1.437 5)=0.162 f(1.406 25)=
-0.054
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解析:由表中数据可得f(1.406 25)·
f(1.437 5)<0,
根据零点的存在性定理可知,零点在区间(1.406 25,1.437 5)内,
观察四个选项,方程x3+x2-2x-2=0的一个近似根为1.41.
故选C.
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3.函数f(x)=|x-2|-ln x在定义域内的零点的个数为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
解析:由题意可知f(x)的定义域为(0,+∞),在同一平面直角坐标系中画出函数y1=|x-2|(x>0),y2=ln x(x>0)的图象,如图所示.由图可知函数f(x)在定义域内的零点个数为2.
√
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4.已知函数f(x)=log2x+3x+b的零点在区间(0,1]上,则实数b的取值范围是( )
A.[-3,0] B.(-∞,3]
C.[0,3] D.[-3,+∞)
解析:函数f(x)=log2x+3x+b在区间(0,+∞)上单调递增,当x→0时,f(x)→-∞,因为函数f(x)=log2x+3x+b的零点在区间(0,1]上,所以f(1)=log21+3×1+b≥0,解得b≥-3.故选D.
√
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√
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解析:因为函数g(x)=f(x)-m有3个零点,所以g(x)=f(x)-m=0有三个实根,即直线y=m与函数y=f(x)的图象有三个交点.
作出函数y=f(x)图象,由图可知,实数m的取值范围是(0,1).
故选C.
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6.设k为实数,函数f(x)=2x+x2-k在[0,1]上有零点,则实数k的取值范围为________.
[1,3]
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7.已知函数f(x)=x2+bx+c的两个零点为2,3.
(1)求b,c的值;
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(2)若函数g(x)=f(x)+mx的两个零点分别在区间(1,2),(2,4)内,求实数m的取值范围.
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(2)函数f(x)在区间(0,2)内至少有一个零点.
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分类
Δ>0
Δ=0
Δ<0
二次函数y=ax2+bx+
c(a>0)的图象
与x轴的交点
(x1,0),
(x2,0)
(x1,0)
无交点
零点个数
2
1
0
考点一 函数零点的确定
(1)函数f(x)=3x+log2x的零点所在区间为( )
A. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,16),\f(1,8)))
B. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,8),\f(1,4)))
C. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,4),\f(1,2)))
D. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1))
解析:由题意,函数f(x)=3x+log2x,可得函数f(x)为增函数,
可得f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,16))) =3× eq \f(1,16) +log2 eq \f(1,16) = eq \f(3,16) -4<0,f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,8))) = eq \f(3,8) -3<0,f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4))) = eq \f(3,4) -2<0,
f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))) = eq \f(3,2) -1>0,f(1)=3>0,
所以f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4))) f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))) <0,所以函数f(x)的零点所在区间为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,4),\f(1,2))) .
故选C.
(2)已知函数f(x)= eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(2,x),x>0,,x+2,x≤0,)) 则方程f(x)-2|x|=0的解的个数为( )
A.0
B.1
C.2
D.3
解析:易知函数f(x)在(0,1)上单调递增,又函数f(x)零点所在的区间为(0,1),所以 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(f(0)<0,f(1)>0)) ⇒ eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(1+a<0,3+a>0)) ,解得-3<a<-1.
故选C.
(2)已知函数f(x)= eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a-x,x<1,,ln x-1,x≥1)) 有两个零点,则实数a的取值范围是 ( )
A.(-∞,1)
B.(-∞,1]
C.(1,+∞)
D.[1,+∞)
解析:令ln x-1=0,得x=e≥1,所以e是函数f(x)的一个零点,因为函数f(x)= eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a-x,x<1,,ln x-1,x≥1)) 有两个零点,所以a-x=0在(-∞,1)上有解,所以a<1.故选A.
解析:已知函数f(x)在区间[-2,2]上有定义,若f(x)在区间[-2,2]上有零点,不妨取f(x)=x2,则f(-2)·f(2)>0,
即“f(x)在区间[-2,2]上有零点” eq \o(⇒,\s\up0(/)) “f(-2)·f(2)<0”;
另一方面,若f(-2)·f(2)<0,不妨取f(x)=
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-1,-2≤x<0,,1,0≤x≤2,))
则f(x)在[-2,2]上无零点,
即“f(x)在区间[-2,2]上有零点” “f(-2)·f(2)<0”.
故“f(x)在区间[-2,2]上有零点”是“f(-2)·f(2)<0”的既不充分也不必要条件.
故选D.
解析:函数f(x)=x2+x+a的图象的对称轴为直线x=- eq \f(1,2) ,故函数在区间(0,1)上单调递增,
再根据函数f(x)在(0,1)上有零点,可得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(f(0)=a<0,,f(1)=2+a>0,)) 解得-2<a<0.
故答案为(-2,0).
1.函数f(x)=ln x- eq \f(2,x) 的零点所在的大致区间是( )
A.(1,2)
B.(2,3)
C. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,e),1)) 和(3,4)
D.(4,+∞)
解析:因为f(2)=ln 2-1<0,
f(3)=ln 3- eq \f(2,3) >0,
且函数f(x)的图象在(0,+∞)上连续不断,f(x)为增函数,
所以f(x)的零点在区间(2,3)内.
故选B.
5.已知函数f(x)= eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x-1,x>0,,-x2-2x,x≤0,)) 若函数g(x)=f(x)-m有3个零点,则实数m的取值范围( )
A.(-1,0)
B.[-1,0]
C.(0,1)
D.[0,1]
解析:因为f(x)=2x+x2-k在[0,1]单调递增,且有零点,
所以 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(f(0)=1-k≤0,,f(1)=2+1-k≥0,))
解得1≤k≤3.
解:由题意得2,3为方程x2+bx+c=0的两根,
所以 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-b=2+3,,c=2×3,)) 所以 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(b=-5,,c=6.))
解:由(1)知f(x)=x2-5x+6,
所以g(x)=x2+(m-5)x+6,
依题意得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(g(1)>0,,g(2)<0,,g(4)>0,)) 解得- eq \f(1,2) <m<0,
故实数m的取值范围是(- eq \f(1,2) ,0).
8.已知函数f(x)=ax2+bx+c,且f(1)=- eq \f(a,2) ,3a>2c>2b.求证:
(1)a>0,且-3< eq \f(b,a) <- eq \f(3,4) ;
证明:因为f(1)=a+b+c=- eq \f(a,2) ,
所以3a+2b+2c=0,
又3a>2c>2b,所以3a>0,2b<0,
所以a>0,b<0,
又2c=-3a-2b,
由3a>2c>2b,得3a>-3a-2b>2b,
因为a>0,所以-3< eq \f(b,a) <- eq \f(3,4) .
证明:因为f(0)=c,
f(2)=4a+2b+c=a-c,
①当c>0时,因为a>0,所以f(0)=c>0 且f(1)=- eq \f(a,2) <0,
所以函数f(x)在区间(0,1)内至少有一个零点;
②当c≤0时,因为a>0,所以f(1)=- eq \f(a,2) <0,且f(2)=a-c>0,
所以函数f(x)在区间(1,2)内至少有一个零点.
结合①②得函数f(x)在区间(0,2)内至少有一个零点.
$