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- 2021-07-01 发布
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4.5
函数的应用
(
二
)
4.5.1
函数的零点与方程的解
必备知识
·
自主学习
1.
函数的零点
(1)
概念:使
f
(
x
)
=0
的
______.
零点、图象与
x
轴交点、方程实数解的关系:
导思
1.
二次函数有零点,一般的函数的零点是怎样定义的?
2.
怎样判断函数在一个区间内是否有零点?
实数
x
(2)
本质:方程
f(x)=0
的根、函数
y=f(x)
的图象与
x
轴的公共点的横坐标
.
(3)
应用:利用零点、图象与
x
轴的交点、方程实数解的关系,实现三种问题的相互转化
.
【
思考
】
函数的零点是点吗?
提示:
不是,是使
f(x)=0
的实数
x
,是方程
f(x)=0
的根
.
2.
函数零点存在定理
(1)
条件:函数
y=f(x)
在区间
[a,b]
上的图象是一条连续不断的曲线,且有
_____________
;
(2)
结论:函数
y=f(x)
在区间
(a,b)
内
___________
零点,即
________________
,
使
f(c)=0
,这个
c
也就是方程
f(x)=0
的解
.
(3)
本质:利用函数的性质判断零点的存在性
.
(4)
应用:判断零点的存在性、求参数的范围等
.
f(a) f(b) <0
至少有一个
存在
c∈(a,b)
【
思考
】
函数
y=f(x)
在区间
(a,b)
上有零点,是不是一定有
f(a)
f(b) <0
?
提示:
不一定,如
f
(x)
=x
2
在区间
(-1, 1)
上有零点
0
,但是
f
(-1)
f
(1)
=1×1=1>0.
【
基础小测
】
1.
辨析记忆
(
对的打“√”,错的打“
×”)
(1)
函数
y=f(x)
在区间
[a,b]
上的图象是一条连续不断的曲线,且有
f(a)f(b)<0
,则函数在区间
(a,b)
内有唯一的零点
. (
)
(2)
若函数
y=f(x)
在区间
(a
,
b)
上
f(a)·f(b)>0
,则在区间
(a
,
b)
内一定没有零点
. (
)
(3)
函数
f(x)=x
2
-x+1
有零点
. (
)
提示:
(1)×.
在区间
(a
,
b)
内至少有一个零点
.
(2)×.
如
f(x)=x
2
在区间
(-1, 1)
上有
f(-1)f(1) =1×1=1>0
但是在区间
(-1, 1)
上有零点
0.
(3)×.
因为方程
x
2
-x+1=0
的
Δ=1-4=-3<0
无根,所以函数没有零点
.
2.
已知定义在
R
上的函数
f(x)
的图象是连续的,且其中的四组对应值如表,那么在下列区间中,函数
f(x)
不一定存在零点的是
(
)
A.(1
,
2) B.[1
,
3] C.[2
,
5) D.(3
,
5)
x
1
2
3
5
f(x)
3
-1
2
0
【
解析
】
选
D.
由题表可知,
f(1)=3
,
f(2)=-1
,
f(3)=2
,
f(5)=0.
由
f(1)
•
f(2)<0
,可知函数
f(x)
在
(1
,
2)
上一定有零点;则函数
f(x)
在
[1
,
3]
上一定有零点;
由
f(2)
•
f(3)<0
,可知函数
f(x)
在
(2
,
3)
上一定有零点,则函数
f(x)
在
[2
,
5)
上一定有零点;
由
f(3)>0
,
f(5)=0
,可知
f(x)
在
(3
,
5)
上不一定有零点
.
所以函数
f(x)
不一定存在零点的是
(3
,
5).
3.(
教材二次开发:例题改编
)
函数
f(x)=ln x-6
的零点是
_______.
【
解析
】
令
f
(x)
=ln x-6=0
,则
ln x=6
,解得
x=e
6
.
答案:
e
6
关键能力
·
合作学习
类型一 零点的概念及求法
(
数学运算
)
【
题组训练
】
1.
函数
f(x)=x
2
-3x-4
的零点是
(
)
A.-1
,
0 B.0
,
4
C.1
,
-4 D.-1
,
4
2.(
多选题
)
已知函数
f(x)=
则
f(x)
的零点为
(
)
A.1 B.-2 C.2 D.3
3.
若函数
f(x)=ax+1-2a
的零点是 ,则
a=_______.
【
解析
】
1.
选
D.
根据题意,函数
f(x)=x
2
-3x-4
,
若
f(x)=0
,即
x
2
-3x-4=0
,解得
x=-1
或
4
,
即函数的零点为
-1
,
4.
2.
选
AC.
当
x<2
时,由
e
x-1
-1=0
,解得
x=1
;
当
x≥2
时,由
log
3
=0
,得
=1
,
即
x
2
-1=3
,解得
x=2.
所以
f(x)
的零点为
1
,
2.
3.
依题意得
f =0
,即
a+1-2a=0
,解得
a= .
答案:
【
解题策略
】
函数零点的求法
(1)
代数法:求方程
f(x)=0
的实数根
.
(2)
几何法:对于不能用求根公式的方程
f(x)=0
,可以将它与函数
y=f(x)
的图象联系起来
.
图象与
x
轴的交点的横坐标即为函数的零点
.
类型二 零点个数的判断
(
数学运算、逻辑推理
)
【
典例
】
1.
函数
f(x)=x
3
-x
的零点的个数是
(
)
A.0 B.1 C.2 D.3
2.(2020·
杭州高一检测
)
函数
f(x)=(x-1)
2
-log
a
x(
其中
a>1)
零点的个数是
(
)
A.0 B.1 C.2 D.3
3.
定义在
R
上的奇函数
f(x)
满足
f(x)=x
2
-2x(x≥0)
,则函数
f(x)
的零点个数为
(
)
A.0 B.1 C.2 D.3
【
思路导引
】
1.
求出零点个数判断
.
2.
不能用代数法求零点时利用图象交点个数判断
.
3.
先求出
x≥0
时的零点,再利用奇偶性判断
x<0
时的零点
.
【
解析
】
1.
选
D.
函数
f(x)=x
3
-x=x(x+1)(x-1)=0
,解得
x=0
或
x=1
或
x=-1.
函数
f(x)=x
3
-x
的零点的个数是
3.
2.
选
C.
函数
f(x)=(x-1)
2
-log
a
x(
其中
a>1)
零点的个数就是
(x-1)
2
-log
a
x=0
根的个数,
也就是两个函数
y=(x-1)
2
与
y=log
a
x(
其中
a>1)
图象的交点个数
.
因为
y=(x-1)
2
关于
x=1
对称,
x=1
时取得最小值
0
,
y=log
a
x(
其中
a>1)
是增函数,
x=1
时
y=0
,所以两个函数
y=(x-1)
2
与
y=log
a
x(
其中
a>1)
图象的交点个数为
2.
3.
选
D.
当
x≥0
时,
f(x)=x
2
-2x=0
可得,
x=0
或
x=2
,因为
f(x)
为奇函数,所以
f(-2)=-f(2)=0
,从而函数
f(x)
有
3
个零点:
0
,
2
,
-2.
【
解题策略
】
关于函数零点个数的判断
(1)
能直接求出零点的直接求零点判断;
(2)
利用函数的图象判断零点个数
①原理:函数的零点个数⇐方程的根的个数⇐移项拆分为两个初等函数,函数交点个数;
②关键:拆分成的两个函数应方便作图
.
【
跟踪训练
】
(2020·
宝鸡高一检测
)
已知函数
f(x)=
则函数
f(x)
的零点个
数为
(
)
A.1 B.2 C.3 D.4
【
解析
】
选
C.
当
x≤1
时,
令
f(x)=0
,得
x
2
+ x=0
,
解得
x=-
或
x=0
;
当
x>1
时,
令
f(x)=0
,
得
ln x- x+3=0
,
故
ln x+3= x
,
在同一直角坐标系中分别作出
y=ln x+3
,
y= x
的图象如图所示,
观察可知,有
1
个交点,即
f(x)=0
在
(1
,
+∞)
上有
1
个解;综上所述,函数
f(x)
的零点个数为
3.
【
拓展训练
】
(2020·
朝阳高一检测
)
已知函数
f(x)=
其中
k≥0.
(1)
若
k=2
,则
f(x)
的最小值为
_______
;
(2)
关于
x
的函数
y=f(f(x))
有两个不同零点,则实数
k
的取值范围是
_______.
【
解析
】
(1)
若
k=2
,则
f(x)=
作函数
f(x)
的图象如图所示,
显然,当
x=0
时,函数
f(x)
取得最小值,
且最小值为
f(0)=-1.
(2)
令
m=f(x)
,显然
f(m)=0
有唯一解
m=1
,
由题意,
f(x)=1
有两个不同的零点,
由图观察可知,
k<1
,又
k≥0
,则实数
k
的取值范围为
0≤k<1.
答案:
(1)-1
(2)[0
,
1)
类型三 零点存在定理的应用
(
数学运算、逻辑推理
)
角度
1
判断零点所在的区间
【
典例
】
(2020·
菏泽高一检测
)
函数
f(x)=log
8
x-
的一个零点所在的区间
是
(
)
A.(0
,
1) B.(1
,
2) C.(2
,
3) D.(3
,
4)
【
思路导引
】
代入端点值判断符号关系
.
【
解析
】
选
B.
函数
f(x)=log
8
x-
是连续增函数,因为
f(1)=0- <0
,
f(2)=log
8
2- >0
,可得
f(1)f(2)<0
,
所以函数
f(x)
的其中一个零点所在的区间是
(1
,
2).
【
变式探究
】
本例中区间
(0
,
1)
的端点
0
能代入函数解析式吗?怎样判断在该区间内是否有零点?
【
解析
】
因为函数的定义域为
(
0,+∞)
,
因此
0
不能代入函数的解析式
.
当
x→0
时,
log
8
x→-∞
, →
-∞
,
所以
f(x)→-∞.
又
<0
,
故在区间
(0
,
1)
上不存在零点
.
角度
2
由零点所在的区间求范围
【
典例
】
函数
f(x)=x
2
-2x+a
在区间
(1
,
3)
内有一个零点,则实数
a
的取值范围是
(
)
A.(-3
,
0) B.(-3
,
1) C.(-1
,
3) D.(-1
,
1)
【
思路导引
】
求出二次函数的对称轴,利用图象确定条件求范围
.
【
解析
】
选
B.
因为
f(x)=x
2
-2x+a
,它的对称轴为
x=1
,所以函数
f(x)
在区间
(1
,
3)
内单调递增,
因为方程
x
2
-2x+a=0
在区间
(1
,
3)
内有一个零点,
所以函数
f(x)
在区间
(1
,
3)
内与
x
轴有一个交点,
根据零点存在定理得出:
即 解得
-30
,
f(2)=e
2
-2- >0
,
f(e)=e
e
-e- >0
,
可得
f(x)
在
(0
,
1)
内存在零点
.
2.(2020·
宿迁高一检测
)
已知函数
f(x)=ln x+x-6
的零点
x
0
∈(k
,
k+1)
,则整数
k
的值为
_______.
【
解析
】
由函数的解析式可得函数在
(0
,
+∞)
上是增函数,且
f(4)=ln 4+4-6<0
,
f(5)=ln 5+5-6>0
,故有
f(4)f(5)<0
,
根据函数零点存在定理可得函数在区间
(4
,
5)
上存在零点
.
结合所给的条件可得,
k=4
,
答案:
4
课堂检测
·
素养达标
1.
函数
f(x)=log
2
(2x+1)
的零点是
(
)
A.1 B.0 C.(0
,
0)
D.(1
,
1)
【
解析
】
选
B.
令
log
2
(2x+1)=0
,解得
x=0.
2.
方程
e
x
+8x-8=0
的根所在的区间为
(
)
A.(-2
,
-1) B.(-1
,
0)
C.(0
,
1) D.(1
,
2)
【
解析
】
选
C.
令函数
f(x)=e
x
+8x-8
,则方程
e
x
+8x-8=0
的根即为函数
f(x)
的零点,
再由
f(0)=1-8=-7<0
,且
f(1)=e>0
,可得函数
f(x)
在
(0
,
1)
上有零点
.
3.(
教材二次开发:练习改编
)
函数
f(x)=e
x
+3x+1
的零点所在的区间为
(
)
A.(-2
,
-1) B.
C. D.
【
解析
】
选
B.
函数
f(x)=e
x
+3x+1
是连续函数,
因为
f(-1)=e
-1
-3+1<0
,
+1>0
,
故函数的零点所在的区间为
.
4.
函数
y=x
2
-bx+1
有一个零点,则
b=_______.
【
解析
】
因为函数有一个零点,所以
Δ=b
2
-4=0
,
所以
b=±2.
答案:
±2
5.
函数
f(x)=(x+1)(x
2
+3x-10)
的零点有
_______
个
.
【
解析
】
因为
f(x)=(x+1)(x
2
+3x-10)
=(x+1)(x+5)(x-2)
,
所以由
f(x)=0
得
x=-5
或
x=-1
或
x=2.
答案:
3
函数的零点
与方程的解
核心知识
方法总结
易错提醒
核心素养
直观想象:通过确定函数零点个数及所在区间,培养直观想象的核心素养
应用函数零点存在定理时注意函数图象的连续性
数形结合:借助函数图象与
x
轴交点确定零点及方程的根
转化法:函数的零点转化为方程的根,转化为函数图象与
x
轴的交点
函数零点的定义
函数零点、方程的根、函数的图象与
x
轴交点的关系
函数的零点存在定理
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