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2019-2020年高三數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 2.8函數(shù)與方程教案 理 新人教A版
xx高考會這樣考 1.考查函數(shù)零點(diǎn)的個數(shù)和取值范圍;2.利用函數(shù)零點(diǎn)求解參數(shù)的取值范圍;3.利用二分法求方程近似解;4.與實(shí)際問題相聯(lián)系,考查數(shù)學(xué)應(yīng)用能力.
復(fù)習(xí)備考要這樣做 1.準(zhǔn)確理解函數(shù)零點(diǎn)與方程的根,函數(shù)圖象與x軸交點(diǎn)之間的關(guān)系,能根據(jù)零點(diǎn)存在性定理和二分法求方程近似解;2.會利用函數(shù)值域求解“a=f(x)有解”型問題;3.利用數(shù)形結(jié)合思想解決有關(guān)函數(shù)零點(diǎn)的個數(shù)問題.
1. 函數(shù)的零點(diǎn)
(1)函數(shù)零點(diǎn)的定義
對于函數(shù)y=f(x) (x∈D),把使f(x)=0成立的實(shí)數(shù)x叫做函數(shù)y=f(x) (x∈D)的零點(diǎn).
(2)幾個等價關(guān)系
方程f(x)=0有實(shí)數(shù)根?函數(shù)y=f(x)的圖象與x軸有交點(diǎn)?函數(shù)y=f(x)有零點(diǎn).
(3)函數(shù)零點(diǎn)的判定(零點(diǎn)存在性定理)
如果函數(shù)y=f(x)在區(qū)間[a,b]上的圖象是連續(xù)不斷的一條曲線,并且有f(a)f(b)<0,那么函數(shù)y=f(x)在區(qū)間(a,b)內(nèi)有零點(diǎn),即存在c∈(a,b),使得f(c)=0,這個__c__也就是f(x)=0的根.
2. 二次函數(shù)y=ax2+bx+c (a>0)的圖象與零點(diǎn)的關(guān)系
Δ>0
Δ=0
Δ<0
二次函數(shù)
y=ax2+bx+c
(a>0)的圖象
與x軸的交點(diǎn)
(x1,0),
(x2,0)
(x1,0)
無交點(diǎn)
零點(diǎn)個數(shù)
兩個
一個
無
3. 二分法
(1)定義:對于在區(qū)間[a,b]上連續(xù)不斷且f(a)f(b)<0的函數(shù)y=f(x),通過不斷地把函數(shù)
f(x)的零點(diǎn)所在的區(qū)間一分為二,使區(qū)間的兩個端點(diǎn)逐步逼近零點(diǎn),進(jìn)而得到零點(diǎn)近似值的方法叫做二分法.
(2)給定精確度ε,用二分法求函數(shù)f(x)零點(diǎn)近似值的步驟如下:
①確定區(qū)間[a,b],驗(yàn)證f(a)f(b)<0,給定精確度ε;②求區(qū)間(a,b)的中點(diǎn)c;③計(jì)算f(c);
(ⅰ)若f(c)=0,則c就是函數(shù)的零點(diǎn);
(ⅱ)若f(a)f(c)<0,則令b=c(此時零點(diǎn)x0∈(a,c));
(ⅲ)若f(c)f(b)<0,則令a=c(此時零點(diǎn)x0∈(c,b)).
④判斷是否達(dá)到精確度ε:即若|a-b|<ε,則得到零點(diǎn)近似值a(或b);否則重復(fù)②③④.
[難點(diǎn)正本 疑點(diǎn)清源]
(1)函數(shù)的零點(diǎn)不是點(diǎn),是方程f(x)=0的根;
(2)函數(shù)零點(diǎn)的存在定理只能判斷函數(shù)在某個區(qū)間上的變號零點(diǎn),而不能判斷函數(shù)的不變號零點(diǎn),而且連續(xù)函數(shù)在一個區(qū)間的端點(diǎn)處函數(shù)值異號是這個函數(shù)在這個區(qū)間上存在零點(diǎn)的充分條件,而不是必要條件.
(3)利用圖象交點(diǎn)的個數(shù):畫出兩個函數(shù)的圖象,看其交點(diǎn)的個數(shù),其中交點(diǎn)的橫坐標(biāo)有幾個不同的值,就有幾個不同的零點(diǎn).
1. 若函數(shù)f(x)=x2-ax-b的兩個零點(diǎn)是2和3,則函數(shù)g(x)=bx2-ax-1的零點(diǎn)是_______.
答案?。?,-
解析 由,得.
∴g(x)=-6x2-5x-1的零點(diǎn)為-,-.
2. 已知函數(shù)f(x)=ln x-x+2有一個零點(diǎn)所在的區(qū)間為(k,k+1) (k∈N*),則k的值為
________.
答案 3
解析 由題意知,f(3)=ln 3-1>0,f(4)=ln 4-2<0,所以該函數(shù)的零點(diǎn)在區(qū)間(3,4)內(nèi),
所以k=3.
3. (xx湖北)函數(shù)f(x)=xcos x2在區(qū)間[0,4]上的零點(diǎn)個數(shù)為 ( )
A.4 B.5 C.6 D.7
答案 C
解析 當(dāng)x=0時,f(x)=0.又因?yàn)閤∈[0,4],
所以0≤x2≤16.
因?yàn)?π<16<,
所以函數(shù)y=cos x2在x2取,,,,時為0,
此時f(x)=0,所以f(x)=xcos x2在區(qū)間[0,4]上的零點(diǎn)個數(shù)為6.
4. (xx課標(biāo)全國)在下列區(qū)間中,函數(shù)f(x)=ex+4x-3的零點(diǎn)所在的區(qū)間為 ( )
A.(-,0) B.(0,)
C.(,) D.(,)
答案 C
解析 ∵f(x)=ex+4x-3,∴f′(x)=ex+4>0.
∴f(x)在其定義域上是嚴(yán)格單調(diào)遞增函數(shù).
∵f(-)=e--4<0,f(0)=e0+40-3=-2<0,
f()=e-2<0,f()=e-1>0,
∴f()f()<0.
題型一 函數(shù)零點(diǎn)的判斷
例1 判斷下列函數(shù)在給定區(qū)間上是否存在零點(diǎn).
(1)f(x)=x2-3x-18,x∈[1,8];
(2)f(x)=log2(x+2)-x,x∈[1,3].
思維啟迪:第(1)問利用零點(diǎn)的存在性定理或直接求出零點(diǎn),第(2)問利用零點(diǎn)的存在性定理或利用兩圖象的交點(diǎn)來求解.
解 (1)方法一 ∵f(1)=12-31-18=-20<0,
f(8)=82-38-18=22>0,∴f(1)f(8)<0,
故f(x)=x2-3x-18,x∈[1,8]存在零點(diǎn).
方法二 令f(x)=0,得x2-3x-18=0,x∈[1,8].
∴(x-6)(x+3)=0,∵x=6∈[1,8],x=-3?[1,8],
∴f(x)=x2-3x-18,x∈[1,8]存在零點(diǎn).
(2)方法一 ∵f(1)=log23-1>log22-1=0,
f(3)=log25-3
0,
∴f(x)=2x+3x在R上是增函數(shù).
而f(-2)=2-2-6<0,f(-1)=2-1-3<0,
f(0)=20=1>0,f(1)=2+3=5>0,f(2)=22+6=10>0,
∴f(-1)f(0)<0.故函數(shù)f(x)在區(qū)間(-1,0)上有零點(diǎn).
題型二 函數(shù)零點(diǎn)個數(shù)的判斷
例2 若定義在R上的偶函數(shù)f(x)滿足f(x+2)=f(x),且當(dāng)x∈[0,1]時,f(x)=x,則函數(shù)y=f(x)-log3|x|的零點(diǎn)個數(shù)是________.
思維啟迪:函數(shù)零點(diǎn)的個數(shù)?方程解的個數(shù)?函數(shù)y=f(x)與y=log3|x|交點(diǎn)的個數(shù).
答案 4
解析 由題意知,f(x)是周期為2的偶函數(shù).
在同一坐標(biāo)系內(nèi)作出函數(shù)y=f(x)及y=log3|x|的圖象,如下:
觀察圖象可以發(fā)現(xiàn)它們有4個交點(diǎn),
即函數(shù)y=f(x)-log3|x|有4個零點(diǎn).
探究提高 對函數(shù)零點(diǎn)個數(shù)的判斷方法:(1)結(jié)合零點(diǎn)存在性定理,利用函數(shù)的單調(diào)性、
對稱性確定函數(shù)零點(diǎn)個數(shù);(2)利用函數(shù)圖象交點(diǎn)個數(shù)判斷方程根的個數(shù)或函數(shù)零點(diǎn)個
數(shù).
(xx天津)函數(shù)f(x)=2x+x3-2在區(qū)間(0,1)內(nèi)的零點(diǎn)個數(shù)是 ( )
A.0 B.1 C.2 D.3
答案 B
解析 因?yàn)閒′(x)=2xln 2+3x2>0,
所以函數(shù)f(x)=2x+x3-2在(0,1)上遞增,
且f(0)=1+0-2=-1<0,f(1)=2+1-2=1>0,
所以有1個零點(diǎn).
題型三 二次函數(shù)的零點(diǎn)問題
例3 已知關(guān)于x的二次方程x2+2mx+2m+1=0.
(1)若方程有兩根,其中一根在區(qū)間(-1,0)內(nèi),另一根在區(qū)間(1,2)內(nèi),求m的范圍;
(2)若方程兩根均在區(qū)間(0,1)內(nèi),求m的范圍.
思維啟迪:設(shè)出二次方程對應(yīng)的函數(shù),可畫出相應(yīng)的示意圖, 然后用函數(shù)性質(zhì)加以限制.
解 (1)由條件,拋物線f(x)=x2+2mx+2m+1
與x軸的交點(diǎn)分別在區(qū)間(-1,0)和(1,2)內(nèi),如圖(1)所示,得
?
即-2.
(2)由已知條件解得22.
(4)由已知條件f(1)f(3)<0,解得0),則原方程可變?yōu)閠2+at+a+1=0,(*)
原方程有實(shí)根,即方程(*)有正根.
令f(t)=t2+at+a+1.
①若方程(*)有兩個正實(shí)根t1,t2,
則解得-10),
則a=-=-
=2-,其中t+1>1,
由基本不等式,得(t+1)+≥2,當(dāng)且僅當(dāng)t=-1時取等號,故a≤2-2.
探究提高 對于“a=f(x)有解”型問題,可以通過求函數(shù)y=f(x)的值域來解決.
(xx天津)已知函數(shù)y=的圖象與函數(shù)y=kx-2的圖象恰有兩個交點(diǎn),則實(shí)數(shù)k的取值范圍是________.
答案 (0,1)∪(1,4)
解析
根據(jù)絕對值的意義,
y=
=
在直角坐標(biāo)系中作出該函數(shù)的圖象,如圖中實(shí)線所示.
根據(jù)圖象可知,當(dāng)00).
(1)若y=g(x)-m有零點(diǎn),求m的取值范圍;
(2)確定m的取值范圍,使得g(x)-f(x)=0有兩個相異實(shí)根.
審題視角 (1)y=g(x)-m有零點(diǎn)即y=g(x)與y=m的圖象有交點(diǎn),所以可以結(jié)合圖象求
解.(2)g(x)-f(x)=0有兩個相異實(shí)根?y=f(x)與y=g(x)的圖象有兩個不同交點(diǎn),所以可
利用它們的圖象求解.
規(guī)范解答
解 (1)方法一 ∵g(x)=x+≥2=2e,
等號成立的條件是x=e,
故g(x)的值域是[2e,+∞),[3分]
因而只需m≥2e,則y=g(x)-m就有零點(diǎn).[6分]
方法二 作出g(x)=x+ (x>0)的大致圖象如圖.[3分]
可知若使y=g(x)-m有零點(diǎn),則只需m≥2e.[6分]
(2)
若g(x)-f(x)=0有兩個相異實(shí)根,即g(x)與f(x)的圖象有兩個不同的交點(diǎn),
作出g(x)=x+ (x>0)的大致圖象如圖.[8分]
∵f(x)=-x2+2ex+m-1=-(x-e)2+m-1+e2.
∴其圖象的對稱軸為x=e,開口向下,
最大值為m-1+e2.[10分]
故當(dāng)m-1+e2>2e,即m>-e2+2e+1時,g(x)與f(x)有兩個交點(diǎn),即g(x)-f(x)=0有兩
個相異實(shí)根.
∴m的取值范圍是(-e2+2e+1,+∞).[12分]
溫馨提醒 (1)求函數(shù)零點(diǎn)的值,判斷函數(shù)零點(diǎn)的范圍及零點(diǎn)的個數(shù)以及已知函數(shù)零點(diǎn)求參數(shù)范圍等問題,都可利用方程來求解,但當(dāng)方程不易甚至不可能解出時,可構(gòu)造兩個函數(shù),利用數(shù)形結(jié)合的方法進(jìn)行求解.
(2)本題的易錯點(diǎn)是確定g(x)的最小值和f(x)的最大值時易錯.要注意函數(shù)最值的求法.
方法與技巧
1. 函數(shù)零點(diǎn)的判定常用的方法有
(1)零點(diǎn)存在性定理;(2)數(shù)形結(jié)合;(3)解方程f(x)=0.
2. 研究方程f(x)=g(x)的解,實(shí)質(zhì)就是研究G(x)=f(x)-g(x)的零點(diǎn).
3. 二分法是求方程的根的近似值的一種計(jì)算方法.其實(shí)質(zhì)是通過不斷地“取中點(diǎn)”來逐步
縮小零點(diǎn)所在的范圍,當(dāng)達(dá)到一定的精確度要求時,所得區(qū)間的任一點(diǎn)就是這個函數(shù)零
點(diǎn)的近似值.
4. 轉(zhuǎn)化思想:方程解的個數(shù)問題可轉(zhuǎn)化為兩個函數(shù)圖象交點(diǎn)的個數(shù)問題;已知方程有解求
參數(shù)范圍問題可轉(zhuǎn)化為函數(shù)值域問題.
失誤與防范
1. 函數(shù)f(x)的零點(diǎn)是一個實(shí)數(shù),是方程f(x)=0的根,也是函數(shù)y=f(x)的圖象與x軸交點(diǎn)的
橫坐標(biāo).
2. 函數(shù)零點(diǎn)存在性定理是零點(diǎn)存在的一個充分條件,而不必要;判斷零點(diǎn)個數(shù)還要根據(jù)函
數(shù)的單調(diào)性、對稱性或結(jié)合函數(shù)圖象.
(時間:60分鐘)
A組 專項(xiàng)基礎(chǔ)訓(xùn)練
一、選擇題(每小題5分,共20分)
1. 方程|x2-2x|=a2+1 (a>0)的解的個數(shù)是 ( )
A.1 B.2 C.3 D.4
答案 B
解析 ∵a>0,∴a2+1>1.而y=|x2-2x|的圖象如圖,∴y=|x2-2x|的圖象與y=a2+1的
圖象總有兩個交點(diǎn).
∴方程有兩解.
點(diǎn)評 y=|x2-2x|的圖象畫不準(zhǔn)確致誤.
2. (xx福建)若關(guān)于x的方程x2+mx+1=0有兩個不相等的實(shí)數(shù)根,則實(shí)數(shù)m的取值范圍是 ( )
A.(-1,1) B.(-2,2)
C.(-∞,-2)∪(2,+∞) D.(-∞,-1)∪(1,+∞)
答案 C
解析 ∵方程x2+mx+1=0有兩個不相等的實(shí)數(shù)根,
∴Δ=m2-4>0,∴m>2或m<-2.
3. 函數(shù)f(x)=的零點(diǎn)個數(shù)為 ( )
A.3 B.2 C.1 D.0
答案 B
解析 當(dāng)x≤0時,由f(x)=x2+2x-3=0,得x1=1(舍去),x2=-3;當(dāng)x>0時,由f(x)
=-2+ln x=0,
得x=e2,所以函數(shù)f(x)的零點(diǎn)個數(shù)為2,故選B.
4. 已知三個函數(shù)f(x)=2x+x,g(x)=x-2,h(x)=log2x+x的零點(diǎn)依次為a,b,c,則
( )
A.a(chǎn)0,
且f(x)為單調(diào)遞增函數(shù).
故f(x)=2x+x的零點(diǎn)a∈(-1,0).
∵g(2)=0,故g(x)的零點(diǎn)b=2;
h=-1+=-<0,h(1)=1>0,
故h(x)的零點(diǎn)c∈,因此a0時,f(x)=2 014x+log2 014x,則在R上,函數(shù)f(x)
零點(diǎn)的個數(shù)為________.
答案 3
解析 函數(shù)f(x)為R上的奇函數(shù),因此f(0)=0,當(dāng)x>0時,f(x)=2 014x+log2 014x在區(qū)間(0,)內(nèi)存在一個零點(diǎn),又f(x)為增函數(shù),因此在(0,+∞)內(nèi)有且僅有一個零點(diǎn).根
據(jù)對稱性可知函數(shù)在(-∞,0)內(nèi)有且僅有一解,從而函數(shù)在R上的零點(diǎn)的個數(shù)為3.
6. (xx深圳模擬)已知函數(shù)f(x)=x+2x,g(x)=x+ln x,h(x)=x--1的零點(diǎn)分別為x1,
x2,x3,則x1,x2,x3的大小關(guān)系是______________.
答案 x11,所以x10,所以f(x)在區(qū)間[-1,1]上有零點(diǎn).又f′(x)=4+2x-2x2=-22,當(dāng)-1≤x≤1時,0≤f′(x)≤,所以f(x)
在[-1,1]上單調(diào)遞增.
所以f(x)在[-1,1]上有且只有一個零點(diǎn).
9. (13分)已知函數(shù)f(x)=4x+m2x+1有且僅有一個零點(diǎn),求m的取值范圍,并求出該零點(diǎn).解 ∵f(x)=4x+m2x+1有且僅有一個零點(diǎn),
即方程(2x)2+m2x+1=0僅有一個實(shí)根.
設(shè)2x=t (t>0),則t2+mt+1=0.
當(dāng)Δ=0,即m2-4=0,
∴m=-2時,t=1;m=2時,t=-1(不合題意,舍去),
∴2x=1,x=0符合題意.
當(dāng)Δ>0,即m>2或m<-2時,
t2+mt+1=0有兩正或兩負(fù)根,
即f(x)有兩個零點(diǎn)或沒有零點(diǎn).
∴這種情況不符合題意.
綜上可知,m=-2時,f(x)有唯一零點(diǎn),該零點(diǎn)為x=0.
B組 專項(xiàng)能力提升
一、選擇題(每小題5分,共15分)
1. (xx遼寧)設(shè)函數(shù)f(x)(x∈R)滿足f(-x)=f(x),f(x)=f(2-x),且當(dāng)x∈[0,1]時,f(x)=x3.
又函數(shù)g(x)=|xcos(πx)|,則函數(shù)h(x)=g(x)-f(x)在上的零點(diǎn)個數(shù)為 ( )
A.5 B.6 C.7 D.8
答案 B
解析 根據(jù)題意,函數(shù)y=f(x)是周期為2的偶函數(shù)且0≤x≤1時,f(x)=x3,
則當(dāng)-1≤x≤0時,f(x)=-x3,且g(x)=|xcos(πx)|,
所以當(dāng)x=0時,f(x)=g(x).
當(dāng)x≠0時,若01時,y=
>1,y=cos x≤1,所以兩圖象只有一個交點(diǎn),即方程-cos x=0在[0,+∞)內(nèi)只有一個根,所以f(x)=-cos x在[0,+∞)內(nèi)只有一個零點(diǎn),所以選B.
3. (xx福州質(zhì)檢)已知函數(shù)f(x)=log2x-x,若實(shí)數(shù)x0是方程f(x)=0的解,且0100,由26=64,27=128
知n=7.
5. 已知函數(shù)y=f(x) (x∈R)滿足f(-x+2)=f(-x),當(dāng)x∈[-1,1]時,f(x)=|x|,則y=f(x)與y=log7x的交點(diǎn)的個數(shù)為________.
答案 6
解析 因?yàn)閒(-x+2)=f(-x),所以y=f(x)為周期函數(shù),其周期為2.
在同一直角坐標(biāo)系中,畫出函數(shù)y=f(x)和y=log7x的圖象如圖,
當(dāng)x=7時,f(7)=1,log77=1,故y=f(x)與y=log7x共有6個交點(diǎn).
6. (xx海淀調(diào)研)已知函數(shù)f(x)=若函數(shù)g(x)=f(x)-m有3個零點(diǎn),
則實(shí)數(shù)m的取值范圍是________.
答案 (0,1)
解析 畫出f(x)=
的圖象,如圖.
由函數(shù)g(x)=f(x)-m有3個零點(diǎn),結(jié)合圖象得:0
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2019-2020年高三數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí)
2.8函數(shù)與方程教案
新人教A版
2019
2020
年高
數(shù)學(xué)
一輪
復(fù)習(xí)
2.8
函數(shù)
方程
教案
新人
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