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- 2021-06-30 发布
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§2.8
函数与方程
基础知识
自主学习
课时作业
题型分
类
深度剖析
内容索引
基础知识 自主学习
(1)
函数零点的定义
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)
几个等价关系
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
.
(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
]
上的图象是连续不断的一条曲线,并且
有
,
那么,函数
y
=
f
(
x
)
在
区间
内
有零点,即存在
c
∈
(
a
,
b
)
,
使得
,这个
也就是
方程
f
(
x
)
=
0
的根
.
1.
函数的零点
知识梳理
f
(
x
)
=
0
x
轴
零点
f
(
a
)·
f
(
b
)<0
(
a
,
b
)
f
(
c
)
=
0
c
对于在区间
[
a
,
b
]
上连续不断
且
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
,
进而得到零点近似值的方法叫做二分法
.
2.
二分法
f
(
a
)·
f
(
b
)<0
一分为二
零点
3.
二次函数
y
=
ax
2
+
bx
+
c
(
a
>0)
的图象与零点的关系
Δ
>0
Δ
=
0
Δ
<0
二次函数
y
=
ax
2
+
bx
+
c
(
a
>0)
的图象
与
x
轴的交点
无交点
零点个数
(
x
1
,0)
,
(
x
2
,0)
(
x
1
,0)
2
1
0
1.
有关函数零点的结论
(1)
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
.
(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)
连续不断的函数图象通过零点时,函数值可能变号,也可能不变号
.
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
x
轴有交点
⇔
函数
y
=
f
(
x
)
有零点
.
知识
拓展
判断下列结论是否正确
(
请在括号中打
“√”
或
“×”
)
(1)
函数的零点就是函数的图象与
x
轴的交点
.(
)
(2)
函数
y
=
f
(
x
)
在区间
(
a
,
b
)
内有零点
(
函数图象连续不断
)
,则
f
(
a
)·
f
(
b
)<0.(
)
(3)
只要函数有零点,我们就可以用二分法求出零点的近似值
.(
)
(4)
二次函数
y
=
ax
2
+
bx
+
c
(
a
≠
0)
在
b
2
-
4
ac
<0
时没有零点
.(
)
(5)
若函数
f
(
x
)
在
(
a
,
b
)
上单调且
f
(
a
)·
f
(
b
)<0
,则函数
f
(
x
)
在
[
a
,
b
]
上有且只有一个零点
.(
)
思考辨析
×
×
×
√
√
1.(
教材改编
)
函数
的
零点个数为
A.0
B.1 C.2 D.3
考点自测
答案
解析
f
(
x
)
是增函数,又
f
(0)
=-
1
,
f
(1)
=
,
∴
f
(0)
f
(1)<0
,
∴
f
(
x
)
有且只有一个零点
.
2.
下列函数中,既是偶函数又存在零点的是
A.
y
=
cos
x
B.
y
=
sin
x
C.
y
=
ln
x
D.
y
=
x
2
+
1
答案
解析
由于
y
=
sin
x
是奇函数;
y
=
ln
x
是非奇非偶函数;
y
=
x
2
+
1
是偶函数但没有零点;
只有
y
=
cos
x
是偶函数又有零点
.
3.(2016·
吉林长春检测
)
函数
f
(
x
)
=
ln
x
+
x
-
-
2
的零点所在的区间是
A
.(
,
1) B.(
1,2) C
.(2
,
e) D.(e,3)
答案
解析
所以
f
(2)
f
(e)<0
,
4.
函数
f
(
x
)
=
2
x
|log
0.5
x
|
-
1
的零点个数为
________.
答案
解析
2
由图象知两函数图象有
2
个交点,
故函数
f
(
x
)
有
2
个零点
.
5.
函数
f
(
x
)
=
ax
+
1
-
2
a
在区间
(
-
1,1)
上存在一个零点,则实数
a
的
取值
范围
是
________.
答案
解析
∵
函数
f
(
x
)
的图象为直线,由题意可得
f
(
-
1)
f
(1)<0
,
题型分类 深度剖析
题型一 函数零点的确定
命题点
1
确定函数零点所在区间
例
1
(1)(
2017·
长沙调研
)
已知函数
f
(
x
)
=
ln
x
-
的
零点为
x
0
,则
x
0
所在的区间是
A.(0,1)
B
.(1,2)
C
.(2,3)
D
.(3,4)
答案
解析
∴
x
0
∈
(2,3)
,故选
C.
(2)(2016·
济南模拟
)
设函数
y
=
x
3
与
y
=
( )
x
-
2
的图象的交点为
(
x
0
,
y
0
)
,若
x
0
∈
(
n
,
n
+
1)
,
n
∈
N
,则
x
0
所在的区间是
________.
答案
解析
(1,2)
易知
f
(
x
)
为增函数,且
f
(1)<0
,
f
(2)>0
,
∴
x
0
所在的区间是
(1,2).
命题点
2
函数零点个数的判断
答案
解析
例
2
(1)
函数
f
(
x
)
=
的
零点个数是
____.
2
当
x
≤
0
时,令
x
2
-
2
=
0
,解得
x
=
(
正根舍去
)
,
所以在
(
-
∞
,
0]
上有一个零点;
当
x
>0
时,
f
′
(
x
)
=
2
+
>
0
恒成立,
所以
f
(
x
)
在
(0
,+
∞
)
上是增函数
.
又因为
f
(2)
=-
2
+
ln 2<0
,
f
(3)
=
ln 3>0
,
所以
f
(
x
)
在
(0
,+
∞
)
上有一个零点,
综上,函数
f
(
x
)
的零点个数为
2.
(2)
若定义在
R
上的偶函数
f
(
x
)
满足
f
(
x
+
2)
=
f
(
x
)
,当
x
∈
[0,1]
时,
f
(
x
)
=
x
,则函数
y
=
f
(
x
)
-
log
3
|
x
|
的零点个数是
A.
多于
4
B.4 C.3
D.2
答案
解析
由题意知,
f
(
x
)
是周期为
2
的偶函数
.
在同一坐标系内作出函数
y
=
f
(
x
)
及
y
=
log
3
|
x
|
的图象
,
如
图,
观察图象可以发现它们有
4
个交点,
即函数
y
=
f
(
x
)
-
log
3
|
x
|
有
4
个零点
.
思维
升华
(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
.
跟踪训练
1
(1)
已知函数
f
(
x
)
=
-
log
2
x
,在下列区间中,包含
f
(
x
)
零点的区间是
A.(0,1)
B
.(
1,2) C
.(2,4)
D
.(4
,+
∞
)
答案
解析
因为
f
(1)
=
6
-
log
2
1
=
6>0
,
f
(2)
=
3
-
log
2
2
=
2>0
,
所以函数
f
(
x
)
的零点所在区间为
(2,4).
(2)
函数
f
(
x
)
=
x
cos
x
2
在区间
[0,4]
上的零点个数为
A.4
B.5 C.6
D.7
答案
解析
由
f
(
x
)
=
x
cos
x
2
=
0
,得
x
=
0
或
cos
x
2
=
0.
又
x
∈
[0,4]
,所以
x
2
∈
[0,16].
由于
cos
(
+
k
π)
=
0(
k
∈
Z
)
,
而
在
+
k
π(
k
∈
Z
)
的所有取值中,
故零点个数为
1
+
5
=
6.
题型二 函数零点的应用
例
3
(1)
函数
f
(
x
)
=
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)
答案
解析
因为函数
f
(
x
)
=
2
x
-
-
a
在区间
(1,2)
上单调递增,
又函数
f
(
x
)
=
2
x
-
-
a
的一个零点在区间
(1,2)
内,则有
f
(1)·
f
(2)<0
,
所以
(
-
a
)(4
-
1
-
a
)<0
,即
a
(
a
-
3)<0.
所以
0
<
a
<
3.
(2)
已知函数
f
(
x
)
=
|
x
2
+
3
x
|
,
x
∈
R
,若方程
f
(
x
)
-
a
|
x
-
1|
=
0
恰有
4
个互异的实数根,则实数
a
的取值范围是
________________.
答案
解析
(0,1)
∪
(9
,+
∞
)
设
y
1
=
f
(
x
)
=
|
x
2
+
3
x
|
,
y
2
=
a
|
x
-
1|
,
在同一直角坐标系中作出
y
1
=
|
x
2
+
3
x
|
,
y
2
=
a
|
x
-
1|
的图象如图所示
.
由图可知
f
(
x
)
-
a
|
x
-
1|
=
0
有
4
个互异的实数根等价于
y
1
=
|
x
2
+
3
x
|
与
y
2
=
a
|
x
-
1|
的图象有
4
个不同的交点且
4
个交点的横坐标都小于
1
,
消去
y
得
x
2
+
(3
-
a
)
x
+
a
=
0
有两个不等实根,
所以
Δ
=
(3
-
a
)
2
-
4
a
>0
,即
a
2
-
10
a
+
9>0
,解
得
a
<1
或
a
>9.
又由图象得
a
>0
,
∴
0<
a
<1
或
a
>9.
几何画板展示
引申
探究
本例
(2)
中,若
f
(
x
)
=
a
恰有四个互异的实数根,则
a
的取值范围是
________.
答案
解析
作出
y
1
=
|
x
2
+
3
x
|
,
y
2
=
a
的图象
如
右
:
当
x
=
0
或
x
=-
3
时,
y
1
=
0
,
思维
升华
已知函数零点情况求参数的步骤及方法
(1)
步骤:
①
判断函数的单调性;
②
利用零点存在性定理,得到参数所满足的不等式
(
组
)
;
③
解不等式
(
组
)
,即得参数的取值范围
.
(2)
方法:常利用数形结合法
.
跟踪训练
2
(1)(2016·
枣庄模拟
)
已知函数
f
(
x
)
=
x
2
+
x
+
a
(
a
<0)
在区间
(0,1)
上有零点,则
a
的取值范围为
________.
答案
解析
(
-
2,0)
∵
-
a
=
x
2
+
x
在
(0,1)
上有解,
∴
函数
y
=
x
2
+
x
,
x
∈
(0,1)
的值域为
(0,2)
,
∴
0<
-
a
<2
,
∴
-
2<
a
<0.
(2)(2015·
湖南
)
若函数
f
(
x
)
=
|2
x
-
2|
-
b
有两个零点,则实数
b
的取值范围是
________.
答案
解析
(0,2)
由
f
(
x
)
=
|2
x
-
2|
-
b
=
0
,得
|2
x
-
2|
=
b
.
在同一平面直角坐标系中画出
y
=
|2
x
-
2|
与
y
=
b
的图象,如图所示
.
则
当
0<
b
<2
时,两函数图象有两个交点
,
从而
函数
f
(
x
)
=
|2
x
-
2|
-
b
有两个零点
.
几何画板展示
题型三 二次函数的零点问题
例
4
已知
f
(
x
)
=
x
2
+
(
a
2
-
1)
x
+
(
a
-
2)
的一个零点比
1
大,一个零点比
1
小,求实数
a
的取值范围
.
解
答
方法一
设方程
x
2
+
(
a
2
-
1)
x
+
(
a
-
2)
=
0
的两根分别为
x
1
,
x
2
(
x
1
<
x
2
)
,则
(
x
1
-
1)(
x
2
-
1)<0
,
∴
x
1
x
2
-
(
x
1
+
x
2
)
+
1<0
,
由根与系数的关系,得
(
a
-
2)
+
(
a
2
-
1)
+
1<0
,
即
a
2
+
a
-
2<0
,
∴
-
2<
a
<1.
方法二
函数图象大致如图,则有
f
(1)<0
,
即
1
+
(
a
2
-
1)
+
a
-
2<0
,
∴
-
2<
a
<1.
故实数
a
的取值范围是
(
-
2,1).
思维
升华
解决与二次函数有关的零点问题
:
(
1
)
利用
一元二次方程的求根公式
;
(
2
)
利
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
.
跟踪训练
3
(2016·
临沂一模
)
若函数
f
(
x
)
=
(
m
-
2)
x
2
+
mx
+
(2
m
+
1)
的
两
个
零点分别在区间
(
-
1,0)
和区间
(1,2)
内,则
m
的取值范围是
_______.
答案
解析
典例
(1)
若函数
f
(
x
)
=
a
x
-
x
-
a
(
a
>0
且
a
≠
1)
有两个零点,则实数
a
的取值范围是
________.
(2)
若关于
x
的方程
2
2
x
+
2
x
a
+
a
+
1
=
0
有实根,则实数
a
的取值范围为
___________
____
_.
(1
,+
∞
)
利用
转化思想求解函数零点问题
思想与方法系列
4
答案
解析
思想方法指
导
(1)
函数零点个数可转化为两个函数图象的交点个数,利用数形结合求解参数范围
.
(2)
“
a
=
f
(
x
)
有解
”
型问题,可以通过求函数
y
=
f
(
x
)
的值域解决
.
几何画板展示
(1)
函数
f
(
x
)
=
a
x
-
x
-
a
(
a
>0
且
a
≠
1)
有两个零点
,
即
方程
a
x
-
x
-
a
=
0
有两个根
,
即
函数
y
=
a
x
与函数
y
=
x
+
a
的图象有两个交点
.
当
0<
a
<1
时,图象如图
①
所示,此时只有一个交点
.
当
a
>1
时,图象如图
②
所示,此时有两个交点
.
∴
实数
a
的取值范围为
(1
,+
∞
).
返回
课时作业
1.
设
f
(
x
)
=
ln
x
+
x
-
2
,则函数
f
(
x
)
的零点所在的区间为
A.(0,1)
B
.(
1,2) C
.(2,3)
D
.(3,4)
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案
解析
∵
f
(1)
=
ln 1
+
1
-
2
=-
1<0
,
f
(2)
=
ln 2>0
,
∴
f
(1)·
f
(2)<0
,
∵
函数
f
(
x
)
=
ln
x
+
x
-
2
的图象是连续的,
∴
f
(
x
)
的零点所在的区间是
(1,2).
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2.(2016·
潍坊模拟
)
已知
函数
则
函数
f
(
x
)
的零点为
√
当
x
≤
1
时,由
f
(
x
)
=
2
x
-
1
=
0
,解得
x
=
0
;
又因为
x
>1
,所以此时方程无解
.
综上,函数
f
(
x
)
的零点只有
0
,故选
D.
答案
解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
3.
已知三个函数
f
(
x
)
=
2
x
+
x
,
g
(
x
)
=
x
-
2
,
h
(
x
)
=
log
2
x
+
x
的零点依次为
a
,
b
,
c
,则
A.
a
<
b
<
c
B.
a
<
c
<
b
C.
b
<
a
<
c
D.
c
<
a
<
b
√
答案
解析
故
f
(
x
)
=
2
x
+
x
的零点
a
∈
(
-
1,0).
∵
g
(2)
=
0
,
∴
g
(
x
)
的零点
b
=
2
;
方法二
由
f
(
x
)
=
0
得
2
x
=-
x
;
由
h
(
x
)
=
0
得
log
2
x
=-
x
,作出函数
y
=
2
x
,
y
=
log
2
x
和
y
=-
x
的图象
(
如图
).
由图象易知
a
<0,0<
c
<1
,而
b
=
2
,故
a
<
c
<
b
.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
4.
方程
|
x
2
-
2
x
|
=
a
2
+
1(
a
>0)
的解的个数是
A.1
B.2 C.3 D.4
√
答案
解析
(
数形结合法
)
∵
a
>0
,
∴
a
2
+
1>1.
而
y
=
|
x
2
-
2
x
|
的图象如图,
∴
y
=
|
x
2
-
2
x
|
的图象与
y
=
a
2
+
1
的图象总有两个交点
.
5.
已知
函数
则
使方程
x
+
f
(
x
)
=
m
有解的实数
m
的取值范围是
A.(1,2)
B
.(
-
∞
,-
2]
C.(
-
∞
,
1)
∪
(2
,+
∞
)
D
.(
-
∞
,
1]
∪
[2
,+
∞
)
√
答案
解析
当
x
≤
0
时,
x
+
f
(
x
)
=
m
,即
x
+
1
=
m
,解得
m
≤
1
;
当
x
>0
时,
x
+
f
(
x
)
=
m
,即
x
+
=
m
,解得
m
≥
2
,
即实数
m
的取值范围是
(
-
∞
,
1]
∪
[2
,+
∞
).
故选
D.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
6.
已知
x
∈
R
,符号
[
x
]
表示不超过
x
的最大整数,若函数
f
(
x
)
=
-
a
(
x
≠
0
)
有
且仅有
3
个零点,则实数
a
的取值范围是
________________.
答案
解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
7.
若函数
f
(
x
)
=
x
2
+
ax
+
b
的两个零点是-
2
和
3
,则不等式
af
(
-
2
x
)>0
的
解集是
___________.
答案
解析
∵
f
(
x
)
=
x
2
+
ax
+
b
的两个零点是-
2,3.
∴
-
2,3
是方程
x
2
+
ax
+
b
=
0
的两根,
∴
f
(
x
)
=
x
2
-
x
-
6.
∵
不等式
af
(
-
2
x
)>0
,即
-
(4
x
2
+
2
x
-
6)>0
⇔
2
x
2
+
x
-
3<0
,
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
8.
已知
函数
若
存在实数
b
,使函数
g
(
x
)
=
f
(
x
)
-
b
有两个零点,则
a
的取值范围是
_______________
____
_.
答案
解析
(
-
∞
,
0)
∪
(1
,+
∞
)
令
φ
(
x
)
=
x
3
(
x
≤
a
)
,
h
(
x
)
=
x
2
(
x
>
a
)
,函数
g
(
x
)
=
f
(
x
)
-
b
有两个零点,
即函数
y
=
f
(
x
)
的图象与直线
y
=
b
有两个交点,
结合图象
(
图略
)
可得
a
<0
或
φ
(
a
)>
h
(
a
)
,即
a
<0
或
a
3
>
a
2
,
解得
a
<0
或
a
>1
,故
a
∈
(
-
∞
,
0)
∪
(1
,+
∞
).
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案
解析
因为函数
f
(
x
)
在
R
上单调递减,
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
*10.(2016·
衡水期中
)
若
a
>1
,设函数
f
(
x
)
=
a
x
+
x
-
4
的零点为
m
,函数
g
(
x
)
=
log
a
x
+
x
-
4
的零点为
n
,
则
的
最小值为
______.
答案
解析
1
设
F
(
x
)
=
a
x
,
G
(
x
)
=
log
a
x
,
h
(
x
)
=
4
-
x
,
则
h
(
x
)
与
F
(
x
)
,
G
(
x
)
的交点
A
,
B
横坐标分别为
m
,
n
(
m
>0
,
n
>0).
因为
F
(
x
)
与
G
(
x
)
关于直线
y
=
x
对称,
所以
A
,
B
两点关于直线
y
=
x
对称
.
又因为
y
=
x
和
h
(
x
)
=
4
-
x
交点的横坐标为
2
,
所以
m
+
n
=
4
.
又
m
>0
,
n
>0
,
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
解答
(1)
作出函数
f
(
x
)
的图象;
如图所示
.
故
f
(
x
)
在
(0,1]
上是减函数,而在
(1
,+
∞
)
上是增函数
.
解答
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
(3)
若方程
f
(
x
)
=
m
有两个不相等的正根,求
m
的取值范围
.
解答
由函数
f
(
x
)
的图象可知,
当
0<
m
<1
时,方程
f
(
x
)
=
m
有两个不相等的正根
.
12.
关于
x
的二次方程
x
2
+
(
m
-
1)
x
+
1
=
0
在区间
[0,2]
上有解,求实数
m
的取值范围
.
解答
显然
x
=
0
不是方程
x
2
+
(
m
-
1)
x
+
1
=
0
的解
,
0<
x
≤
2
时,方程可变形为
1
-
m
=
x
+
,
又
∵
y
=
x
+
在
(0,1]
上单调递减
,
在
[
1,2]
上单调递增,
∴
y
=
x
+
在
(0,2]
上的取值范围是
[2
,+
∞
)
,
∴
1
-
m
≥
2
,
∴
m
≤
-
1
,
故
m
的取值范围是
(
-
∞
,-
1].
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
*13.
已知二次函数
f
(
x
)
的最小值为-
4
,关于
x
的不等式
f
(
x
)
≤
0
的解集为
{
x
|
-
1
≤
x
≤
3
,
x
∈
R
}.
(1)
求函数
f
(
x
)
的解析式;
解
答
∵
f
(
x
)
是二次函数且关于
x
的不等式
f
(
x
)
≤
0
的解集为
{
x
|
-
1
≤
x
≤
3
,
x
∈
R
}
,
∴
设
f
(
x
)
=
a
(
x
+
1)(
x
-
3)
=
ax
2
-
2
ax
-
3
a
且
a
>0.
又
∵
a
>0
,
f
(
x
)
=
a
[
(
x
-
1)
2
-
4
]
≥
-
4
,且
f
(1)
=-
4
a
,
∴
f
(
x
)
min
=-
4
a
=-
4
,
a
=
1.
故函数
f
(
x
)
的解析式为
f
(
x
)
=
x
2
-
2
x
-
3.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
解
答
令
g
′
(
x
)
=
0
,得
x
1
=
1
,
x
2
=
3.
当
x
变化时,
g
′
(
x
)
,
g
(
x
)
的变化情况如下表:
x
(0,1)
1
(1,3)
3
(3
,+
∞
)
g
′
(
x
)
+
0
-
0
+
g
(
x
)
↗
极大值
↘
极小值
↗
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
当
0<
x
≤
3
时,
g
(
x
)
≤
g
(1)
=-
4<0
,
g
(
x
)
在
(3
,+
∞
)
上单调递增,
g
(3)
=-
4ln 3<0
,取
x
=
e
5
>3
,
故函数
g
(
x
)
只有
1
个零点且零点
x
0
∈
(3
,
e
5
).
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