函数与方程 知识梳理
函数与方程
【考纲要求】
1.了解函数的零点与方程根的联系,判断一元二次方程根的存在性及根的个数.
2.根据具体函数的图像,能够用二分法求相应方程的近似解.
3.理解函数与方程之间的关系,并能解决一些简单的数学问题。 【知识网络】
【考点梳理】
1.函数零点的理解
(1)函数的零点、方程的根、函数图象与x 轴的交点的横坐标,实质是同一个问题的三种不同表达形式,方程根的个数就是函数零点的个数,亦即函数图象与x 轴交点的个数. (2)变号零点与不变号零点
①若函数()f x 在零点x 0左右两侧的函数值异号,则称该零点为函数()f x 的变号零点. ②若函数()f x 在零点x 0左右两侧的函数值同号,则称该零点为函数()f x 的不变号零点.
③若函数()f x 在区间[a ,b]上的图象是一条连续的曲线,则()()0f a f b ?<是()f x 在区间(a ,b )内有零点的充分不必要条件.
要点诠释:如果函数最值为0,则不能用此方法求零点所在区间。 2.用二分法求曲线交点的坐标应注意的问题
(1)曲线交点坐标即为方程组的解,从而转化为求方程的根.
(2)求曲线()y f x =与()y g x =的交点的横坐标,实际上就是求函数()()y f x g x =-的零点,即求()()0f x g x -=的根.
要点诠释:如果函数的图象不能画出,应通过适当的变形转换成另外的函数。 3.关于用二分法求函数零点近似值的步骤需注意的问题
(1)第一步中要使:①区间长度尽量小;②()f a 、()f b 的值比较容易计算且()()0f a f b ?<.
函数与方程 函数的零点
二分法
函数与方程的关系
(2)根据函数的零点与相应方程根的关系,求函数的零点与求相应方程的根是等价的.对于求方程()()f x g x =的根,可以构造函数()()()F x f x g x =-),函数()F x 的零点即为方程()()f x g x =的根. 【典型例题】
类型一、判断函数零点的位置
例1.函数f(x)=2x
+3x 的零点所在的一个区间是 ( ) A .(-2,-1) B .(-1,0) C .(0,1) D .(1,2) 解析:∵f(0)=1>0,f(-1)=5
2
-
<0,∴选B. 答案:B
点评:求函数的零点就是求相应方程的实数根,一般可以借助求根公式或因式分解等方法,求出方程的根,从而得到函数的零点.
举一反三:
【变式】已知函数()log (0,1)a f x x x b a a =+->≠且,当234a b <<<<时,函数()f x 的零点
*0(,1),x n n n N ∈+∈,则n = ..
解:用数形结合法 log a x x b =-+ 作出 2log y x =及3log y x =的图象, 作出 3y x =-+及4y x =-+
由图象可知,当(2,3)a 在内变动,(3,4)b 在内变动时,显然对数函数图象与直线y x b =-+的公共点皆在区间(2,3)内,即函数()f x 的零点0(2,3)x ∈,故2n =.
类型二、确定函数零点的个数
例2.二次函数2
y ax bx c =++中,0ac <,则函数的零点的个数是( ) A.1 B.2 C.0 D.无法确定 解法1:2
0,40ac b ac <∴?=->Q ∴方程2
0ax bx c ++=有两个不相等的实数根 ∴函数2
y ax bx c =++有两个零点,选B. 解法2:()00ac a f =? ()() 000000a a f f >???∴??<>????或, 不论哪种情况,二次函数图象与x 轴都有两个交点,所以函数有两个零点.选B. 点评:可以利用函数图象或方程的判别式. 举一反三: 【变式】设函数f (x )=4sin(2x +1)-x ,则在下列区间中函数f (x )不存在零点的是( ) A .[-4,-2] B .[-2,0] C .[0,2] D .[2,4] 解析:本题判断f(x)=0在区间内是否成立,即4sin(2x +1)=x 是否有解.如图: 显然在[2,4]内曲线y =4sin(2x +1),当x =54π-12时, y =4,而曲线y =x ,当x =54π-1 2<4,有交 点,故选A. 答案:A 例3.(2015 安徽三模)定义在R 上的奇函数()f x ,当0x ≥时,()()12 log 1,[0,1) 13,[1,) x x f x x x ?+∈?=??--∈+∞?,则关 于x 的函数()()()01F x f x a a =-<<的所有零点之和为( ) A .21a - B .21a -- C .12a -- D .12a - 答案:D 【解析】当10-x ≤<时,10x ≥->,当1x ≤-时,1x -≥,()f x Q 为奇函数 0x 13,(,1] x x f x f x x x ?--+∈-?=--=??-+--∈-∞-?画出()y f x =和()01y a a =<<的图像如图所示: 共有5个交点,设其横坐标从左到右分别为1x ,2x ,3x ,4x ,5x ,则 12 32x x +=-,4532x x +=,而()132 log 1x a --+=即()23log 1x a -+= 312a x ∴-= 即312a x =- 所以1234512a x x x x x ++++=-,故选D. 举一反三: 【变式1】(2015 河东区一模)函数()2ln f x x x =--在定义域内零点的个数为( ) A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 答案:C 【解析】由题意,函数()f x 的定义域为()0,+∞; 求函数()2ln f x x x =--在定义域内零点的个数等价于求函数ln y x =和函数2y x =-的图像在 ()0,+∞上的交点个数,在同一个坐标系下画出两个函数的图像如下: 由图得,两个函数图像有两个交点,故对应函数有两个零点.故选C. 【变式2】已知函数2()1f x x =-,()g x x a =+.若方程()()0f x g x -=有两个不相等的实根,求实数a 的取值范围。 解析:方法一:2()1y f x x ==-2 2 1x y ?+=(0y ≥)的图象是圆心为(0,0),半径1r =的半圆, 2()1f x x =-、()g x x a =+的图象如下: 设圆心到直线()y g x x a ==+距离为d , 则直线与圆相切时,12 d = =,解得2a = 由上图知:当12a ≤< 11a -≤<时,二者只有一个公共点, ∴实数a 的取值范围:2)a ∈. 类型三、用二分法求函数的零点的近似值 例4.求函数()3 2 236f x x x x =+--的一个正数零点(精确到0.1). 解:由于()()160,240f f =-<=>,可取区间[]1,2作为计算的初始区间,用二分法逐步计算,列区间 中 中点函 由上表计算可知,区间[1.6875,1.75]的长度1.75-1.6875=0.0625<0.1,所以可以将1.6875的近似值1.7作为函数零点的近似值. 点评:应首先判断x 的取正整数时,函数值的正负,使正整数所对应的区间尽量小,便于利用二分法求其近似值. 举一反三: 【变式1】用二分法求函数()25f x x =-的一个正零点(精确到0.01) 解:⑴由()()21, 2.5 1.25f f =-=,()()2 2.50f f ?<可知函数的一个正零点在[]2,2.5区间中; ⑵取[]2,2.5的区间中点2.25; ⑶计算()2.25 5.062550.0625f =-=; ⑷由于()()2 2.250f f ?<,则有零点的新区间为[]2,2.25 ⑸取[]2,2.25的区间中点2.125; ⑹计算()2.125 4.49442550.505575f =-=-; ⑺由于()()2.125 2.250f f ?<,则有零点的新区间为[]2.125,2.25; ⑻取[]2.125,2.25的区间中点2.1875; ⑼计算()2.1875 4.785156350.248437f =-=-; ⑽由于()()2.1875 2.250f f ?<,则有零点的新区间为[]2.1875,2.25; ⑾取[]2.1875,2.25的区间中点2.21375; ⑿计算()2.21375 4.90068950.099311f =-=-; ⒀由于()()2.21375 2.250f f ?<,则有零点的新区间为[]2.21375,2.25; ⒁取[]2.21375,2.25的区间中点2.231875 ⒂计算()2.231875 4.98126650.018734f =-=-; ⒃由于()()2.231875 2.250f f ?<,则有零点的新区间为[]2.231875,2.25; ⒄取[]2.231875,2.25的区间中点2.2409375; ⒅计算()2.2409375 5.02208150.022081f =-=; ⒆由于()()2.231875 2.24093750f f ?<, ⒇由于()()2.23640625 2.24093750f f ?<,则有零点的新区间为[]2.236406255,2.2409375;又因为零点要求精确到0.01,而区间两端点近似值相同都是2.24,所以函数()25f x x =-的一个正零点为:2.24. 类型四、函数与方程综合应用 例5.定义域为R 的偶函数f(x),当x>0时,f(x)=lnx -ax(a ∈R),方程f(x)=0在R 上恰有5个不同的实数解. (1)求x<0时,函数f(x)的解析式; (2)求实数a 的取值范围. 解析:(1)设x<0,则-x>0, ∵f(x)是偶函数, ∴f(x)=f(-x)=ln(-x)+ax(x<0). (2)∵f(x)是偶函数, ∴f(x)=0的根关于x =0对称,又f(x)=0恰有5个实数根,则5个根有两正根,两负根,一零根,且两正根与两负根互为相反数, ∴原命题可转化为:当x>0时,f(x)的图像与x 轴恰有两个不同的交点. 下面就x>0时的情况讨论. ∵f′(x)=1 x -a , ∴当a≤0,f′(x)>0,f(x)=lnx -ax 在(0,+∞)上为增函数, 故f(x)=0在(0,+∞)上不可能有两个实根. a>0时,令f′(x)=0,x =1 a . 当0 a 时,f′(x)>0,f(x)递增, 当x>1 a 时,f′(x)<0,f(x)递减, ∴f(x)在x =1 a 处取得极大值-lna -1,则要使f(x)在(0,+∞)有两个相异零点,如图. ∴只要:-lna -1>0,即lna<-1, 得:a ∈? ?? ??0,1e . 举一反三: 【变式】已知函数f(x)=4x +m·2x +1有且仅有一个零点,求m 的取值范围,并求出该零点. 解析:∵f(x)=4x +m·2x +1有且仅有一个零点, 即方程(2x )2 +m·2x +1=0仅有一个实根. 设2x =t(t>0),则t 2 +mt +1=0. 当Δ=0时,即m 2 -4=0, ∴m =-2时,t =1;m =2时,t =-1不合题意,舍去, ∴2x =1,x =0符合题意. 当Δ>0,即m>2或m<-2时, t 2 +mt +1=0有两正根或两负根, f(x)有两个零点或无零点不合题意. ∴这种情况不可能. 综上可知:m =-2时,f(x)有唯一零点,该零点为x =0. 【巩固练习】 1.若函数)(x f y =在区间[],a b 上的图象为连续不断的一条曲线,则下列说法正确的是( ) A .若0)()(>b f a f ,不存在实数),(b a c ∈使得0)(=c f ; B .若0)()( C .若0)()(>b f a f ,有可能存在实数),(b a c ∈使得0)(=c f ; D .若0)()( 2.若1x 是方程lg 3x x +=的解,2x 是310=+x x 的解,则21x x +的值为( ) A . 23 B .32 C .3 D .3 1 3.(2014 东营一模)对任意实数a,b 定义运算“?”:,1 ,1 b a b a b a a b -≥??=? -,设()()()214f x x x =-?+, 若函数()y f x k =+的图像与x 轴恰有三个不同交点,则k 的取值范围是( ) A. ()2,1- B. []0,1 C. [2,0)- D. [2,1)- 4.设()833-+=x x f x ,用二分法求方程()2,10833∈=-+x x x 在内近似解的过程中得