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- 2021-06-23 发布
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第2课时 方程的根与函数的零点
复习
提出问题
①已知函数f(x)=mx2+mx+1没有零点,求实数m的范围.
②证明函数f(x)=x2+6x+10没有零点.
③已知函数f(x)=2mx2-x+m有一个零点,求实数m的范围.
④已知函数f(x)=2(m+1)x2+4mx+2m-1有两个零点,求实数m的范围.
活动:先让学生动手做题后再回答,经教师提示、点拨,对回答正确的学生及时表扬,对回答不准确的学生提示引导考虑问题的思路.
讨论结果:①因为Δ=m2-4m<0或m=0,∴0≤m<4.
②因为Δ=36-40=-4<0,∴没有零点.
③Δ=1-4m2=0或m=0,∴m=或m=或m=0.
④Δ=16m2-8(m+1)(2m-1)=-8m+8>0且2(m+1)≠0,∴m<1且m≠-1.
导入新课
思路1.(情景导入)
歌中唱到:再“穿过”一条烦恼的河流明天就会到达,同学们知道生活中“穿过”的含义.
请同学们思考用数学语言是怎样描述函数图象“穿过”x轴的?
学生思考或讨论回答:利用函数值的符号,即f(a)f(b)<0.
思路2.(直接导入)
教师直接点出课题:这一节我们将进一步巩固有关方程的根与函数的零点的知识,总结求方程的根与函数的零点的方法,探寻其中的规律.
推进新课
新知探究
提出问题
①如果函数相应的方程不易求根,其图象也不易画出,怎样讨论其零点?
②用数学语言总结判断零点存在性定理,并找出好的理解记忆方法.
活动:先让学生动手做题后再回答,经教师提示、点拨,对回答正确的学生及时表扬,对回答不准确的学生提示引导考虑问题的思路.
讨论结果:①在闭区间[a,b]上,若f(a)f(b)<0,y=f(x)连续,则(a,b)内有零点.
②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f(a)f(b)<0,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.我们把它叫做零点存在性定理.
因为闭区间端点符号相反的连续函数在开区间内有零点,可以简记为:“闭端反连(脸),开内零点.”
应用示例
思路1
例1求函数f(x)=lnx+2x-6的零点的个数.
活动:根据零点概念,学生先思考或讨论后再回答,教师点拨、提示:
因为方程lnx+2x-6=0的根不易求得,函数f(x)=lnx+2x-6的图象不易画出,如果不借助计算机,怎么判断零点个数?可以利用f(a)f(b)<0,及函数单调性.
解:利用计算机作出x,f(x)的对应值表:
x
1
2
3
4
5
6
7
8
9
f(x)
-4
-1.3069
1.0986
3.3863
5.6094
7.7918
9.9450
12.0794
14.1972
由表和图3-1-1-15可知,f(2)<0,f(3)>0,则f(2)f(3)<0,这说明f(x)在区间(2,3)内有零点.由于函数在定义域(0,+∞)内是增函数,所以它仅有一个零点.
图3-1-1-15 图3-1-1-16
变式训练
证明函数f(x)=lgx+x-8有且仅有一个零点.
证明:如图3-1-1-16,因为f(1)=-7,f(10)=3,
∴f(1)f(10)<0.
∴函数f(x)=lgx+x-8有一个零点.
∵y=lgx为增函数,y=x-8是增函数,
∴函数f(x)=lgx+x-8是增函数.
∴函数f(x)=lgx+x-8有且仅有一个零点.
点评:判断零点的个数:(1)利用零点存在性定理判断存在性;(2)利用单调性证明唯一性.
例2已知函数f(x)=3x+,
(1)判断函数零点的个数.
(2)找出零点所在区间.
解:(1)设g(x)=3x,h(x)=,
作出它们的图象(图3-1-1-17),两函数图象交点的个数即为f(x)零点的个数.
所以两函数图象有且仅有一个交点,即函数f(x)=3x+有且仅有一个零点.
图3-1-1-17
(2)因为f(0)=-1,f(1)=2.5,所以零点x∈(0,1).
变式训练
证明函数f(x)=2x+4x-4有且仅有一个零点.
证明:利用计算机作出x,f(x)的对应值表:
x
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
f(x)
-7.5
-3
2
8
16
28
48
84
172
图3-1-1-18
由表和图3-1-1-18可知,f(0)<0,f(1)>0,则f(0)f(1)<0,这说明f(x)在区间内有零点.下面证明函数在定义域(-∞,+∞)内是增函数.
设x1,x2∈(-∞,+∞),且x10.
∴f(x1)-f(x2)<0.
∴函数在定义域(-∞,+∞)内是增函数.
则函数f(x)=2x+4x-4有且仅有一个零点.
思路2
例1证明函数y=2|x|-2恰有两个零点.
图3-1-1-19
证明:如图3-1-1-19,∵f(-2)=2,f(0)=-1,f(2)=2,
∴f(-2)f(0)<0,f(0)f(2)<0.
∴函数y=2|x|-2有两个零点.
要证恰有两个零点,
需证函数y=2|x|-2在(0,+∞)上为单调的,函数y=2|x|-2在(-∞,0)上为单调的.
∵在(0,+∞)上,函数y=2|x|-2可化为y=2x-1,
下面证明f(x)=2x-1在(0,+∞)上为增函数.
证明:设x1,x2为(0,+∞)上任意两实数,且00,2-x2-1<0.
∴2 (2-x2-1)<0.
∴f(x1)-f(x2)<0.
∴f(x1)0.
∴f(x1)-f(x2)>0.
∴函数f(x)=x+-3在(0,1)上为减函数.
同理函数f(x)=x+-3在(1,+∞)上为增函数.
∴函数f(x)=x+-3在(0,+∞)上恰有两个零点(如图3-1-1-20).
图3-1-1-20
点评:证明函数零点的个数是一个难点和重点,对于基本初等函数可以借助函数图象和方程来讨论.对于较复杂的函数证明函数恰有n个零点,先找出有n个,再利用单调性证明仅有n个.
例2已知函数f(x)=ax3+bx2+cx+d有三个零点,分别是0、1、2,如图3-1-1-21,
求证:b<0.
图3-1-1-21
活动:根据零点概念,学生先思考或讨论后再回答,教师点拨、提示:
方法一:把零点代入,用a、c表示b.
方法二:用参数a表示函数.
证法一:因为f(0)=f(1)=f(2)=0,
所以d=0,a+b+c=0,4a+2b+c=0.
所以a=,c=b.
所以f(x)=x(x2-3x+2)=x(x-1)(x-2).
当x<0时,f(x)<0,所以b<0.
证法二:因为f(0)=f(1)=f(2)=0,所以f(x)=ax(x-1)(x-2).
当x>2时,f(x)>0,所以a>0.比较同次项系数,得b=-3a.所以b<0.
变式训练
函数y=ax2-2bx的一个零点为1,求函数y=bx2-ax的零点.
答案:函数y=bx2-ax的零点为0、2.
点评:如果题目给出函数的零点,这涉及到零点的应用问题.
(1)可以考虑把零点代入用待定系数法解决问题.
(2)利用零点的特殊性把解析式的设法简单化.
知能训练
1.函数f(x)=lgx-2x2+3的零点一定位于下列哪个区间?( )
A.(4,5) B.(1,2) C.(2,3) D.(3,4)
2.若函数f(x)=2mx+4在[-2,1]上存在零点,则实数m的取值范围是( )
A.[4] B.(-∞,-2]∪[1,+∞)
C.[-1,2] D.(-2,1)
3.已知函数f(x)=-3x5-6x+1,有如下对应值表:
x
-2
-1.5
0
1
2
f(x)
109
44.17
1
-8
-107
函数y=f(x)在哪几个区间内必有零点?为什么?
答案:1.B 2.B 3.(0,1),因为f(0)·f(1)<0.
点评:结合函数图象性质判断函数零点所在区间是本节重点,应切实掌握.
拓展提升
方程lnx+2x+3=0根的个数及所在的区间,能否进一步缩小根所在范围?
分析:利用函数图象(图3-1-1-22)进行探索分析.
图3-1-1-22
解:(1)观察函数的图象计算f(1)、f(2),知f(x)=lnx+2x+3有零点.
(2)通过证明函数的单调性,知f(x)=lnx+2x+3有一个零点x∈(1,2).
请同学们自己探究能否进一步缩小根所在范围?借助计算机可以验证同学们判断,激发学生学习兴趣.
课堂小结
(1)学会由函数解析式讨论零点个数,证明零点个数.
(2)思想方法:函数方程思想、数形结合思想、分类讨论思想.
作业
课本P88练习2.
设计感想
如何用数学语言描述“穿过”是本节的关键,本节从导入开始让学生体会数学语言与文字语言的区别,并进一步让学生学会应用数学语言描述零点存在性定理.本节多次用计算机作图来感知函数零点,在零点证明题中又经常用到函数的单调性进行严格证明,所以本节是数与形的完美统一.
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