内容正文:
第三章 函数及其应用
第八节 函数的应用
第一课时 函数的零点与方程的解、二分法
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01
基础知识必备
02
考点知识突破
03
高考预测练
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f(x)=0
x轴
零点
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f(a)·f(b)<0
(a,b)
f(c)=0
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(0,1)
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1.函数的零点
(1)函数零点的定义:对于函数y=f(x),把使________的实数x叫做函数y=f(x)的零点.
(2)三个等价关系:方程f(x)=0有实数根⇔函数y=f(x)的图象与_______有交点⇔函数y=f(x)有______
2.函数零点的判定
如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线,并且__________,那么函数y=f(x)在区间_________内有零点,即存在c∈(a,b),使得__________,这个c也就是f(x)=0的根.我们把这一结论称为函数零点存在性定理.
3.二次函数y=ax2+bx+c(a>0)的图象与零点的关系
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
两个
一个
无
函数零点及其所在区间的判断
(一题多解)函数f(x)=log3x+x-2的零点所在的区间为( )
A.(0,1)
B.(1,2)
C.(2,3)
D.(3,4)
【解析】 法一(定理法):函数f(x)=log3x+x-2的定义域为(0,+∞),并且f(x)在(0,+∞)上单调递增,图象是一条连续曲线.由题意知f(1)=-1<0,f(2)=log32>0,根据零点存在性定理可知,函数f(x)=log3x+x-2有唯一零点,且零点在区间(1,2)内.
法二(图象法):函数f(x)的零点所在的区间转化为函数g(x)=log3x,h(x)=-x+2图象交点的横坐标所在的范围.作出两个函数的图象如图所示,可知f(x)的零点所在的区间为(1,2).故选B.
【答案】 B
判断函数零点所在区间的方法
方法
解读
适合题型
定理法
利用函数零点存在性定理进行判断
能够容易判断区间端点值所对应函数值的正负
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
容易画出函数的图象
[针对训练]
1.设f(x)=3x-x2,则在下列区间中,使函数f(x)有零点的区间是( )
A.[0,1]
B.[1,2]
C.[-2,-1]
D.[-1,0]
解析:因为f(x)=3x-x2,所以f(-1)=3-1-1=-eq \f(2,3)<0,f(0)=30-0=1>0,所以f(-1)·f(0)<0.故选D.
确定函数的零点个数
(一题多解)函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2+x-2,x≤0,,-1+ln x,x>0))的零点个数为( )
A.3
B.2
C.1
D.0
【解析】 法一(方程法):由f(x)=0,
得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x≤0,,x2+x-2=0))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x>0,,-1+ln x=0,))
解得x=-2或x=e.因此函数f(x)共有2个零点.故选B.
法二(图象法):函数f(x)的图象如图所示,
由图象知函数f(x)共有2个零点.故选B.
【答案】 B
判断函数零点个数的3种方法
(1)方程法:令f(x)=0,如果能求出解,则有几个解就有几个零点.
(2)定理法:利用定理不仅要求函数在区间[a,b]上是连续不断的曲线,且f(a)·f(b)<0,还必须结合函数的图象与性质(如单调性、奇偶性、周期性、对称性)才能确定函数有多少个零点.
(3)图象法:转化为两个函数的图象的交点个数问题.先画出两个函数的图象,看其交点的个数,其中交点的横坐标有几个不同的值,就有几个不同的零点.
[针对训练]
2.已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(lnx-1,x>1,,2x-1-1,x≤1,))则f(x)的零点个数为( )
A.0
B.1
C.2
D.3
解析:当x>1时,令f(x)=ln(x-1)=0,得x=2;当x≤1时,令f(x)=2x-1-1=0,得x=1.故选C.
函数零点的应用
(1)函数f(x)=x2-ax+1在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),3))上有零点,则实数a的取值范围是( )
A.(2,+∞)
B.[2,+∞)
C.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(2,\f(5,2)))
D.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(2,\f(10,3)))
(2)已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(ex, x≤0,,ln x, x>0,))g(x)=f(x)+x+a.若g(x)存在2个零点,则a的取值范围是______.
【解析】 (1)由题意知方程ax=x2+1在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),3))上有解,即a=x+eq \f(1,x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),3))上有解,设t=x+eq \f(1,x),x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),3)),则t的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(2,\f(10,3))).所以实数a的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(2,\f(10,3))).故选D.
(2)函数g(x)=f(x)+x+a存在2个零点,即关于x的方程f(x)=-x-a有2个不同的实根,即函数f(x)的图象与直线y=-x-a有2个交点,作出直线y=-x-a与函数f(x)的图象,如图所示,由图可知,-a≤1,解得a≥-1.
【答案】 (1)D (2)[-1,+∞)
由函数零点个数或所在区间求参数的方法
直接法
直接根据题设条件构建关于参数的不等式(组),通过解不等式(组)确定参数的取值范围
分离参数法
先将参数分离,然后将原问题转化成求函数值域的问题加以解决
数形结合法
将函数解析式(方程)适当变形,转化为图象易得的函数与一个含参的函数的差,在同一平面直角坐标系中画出这两个函数的图象,结合函数的单调性、周期性、奇偶性等性质及图象求解
[针对训练]
3.函数f(x)=2x-eq \f(2,x)-a的一个零点在区间(1,2)内,则实数a的取值范围是( )
A.(1,3)
B.(1,2)
C.(0,3)
D.(0,2)
解析:由题意,知函数f(x)在(1,2)上单调递增,又函数一个零点在区间(1,2)内,
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(f1<0,,f2>0,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-a<0,,4-1-a>0,))解得0<a<3,
故选C.
4.已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\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的取值范围是______
解析:画出函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2x-1,x>0,,-x2-2x,x≤0))的图象,如图所示.
由于函数g(x)=f(x)-m有3个零点,结合图象得0<m<1,即m∈(0,1).
5.若函数f(x)=4x-2x-a,x∈[-1,1]有零点,则实数a的取值范
围是___________.
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,4),2))
解析:因为函数f(x)=4x-2x-a,x∈[-1,1]有零点,所以方程4x-2x-a=0在[-1,1]上有解,即方程a=4x-2x在[-1,1]上有解.
方程a=4x-2x可变形为a=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(1,2)))2-eq \f(1,4),
因为x∈[-1,1],所以2x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),2)),所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(1,2)))2-eq \f(1,4)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,4),2)).
所以实数a的取值范围是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,4),2)).
$