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高中数学中函数与方程思想的互化

2015-10-21王永锋

新课程学习·下 2015年2期
关键词:高中数学

王永锋

摘 要:函数与方程思想是一种重要的数学思想,在高考中所占的比例一直很大,很多函数的问题用方程解决,很多方程的问题利用相应函数的有关性质来解决,都可以达到化繁为简的目的。

关键词:高中数学;函数与方程;相互转化

函数与方程是两个不同的概念,但它们之间又有着密切的联系。对于函数y=f(x),当y=0时,就得到相应的方程f(x)=0,也可以把函数y=f(x)看作二元方程f(x)-y=0,函数y=f(x)的圖象与x轴交点的横坐标就是方程f(x)=0的实数根。方程f(x)=0的实数根就是函数y=f(x)的零点。因此,方程思想与函数思想可以相互转化,以下结合具体例题谈谈本人对这一部分内容的理解。

一、函数问题转化为方程问题求解

例1.如果函数y=的最大值是4,最小值是-1,求实数a,b的值。

解析:函数的定义域为R,由函数的最大值为4可知,存在实数x使得=4,即方程4x2-ax+4-b=0有实数根,所以?驻1=a2-16(4-b)≥0,又因为4是函数的最大值,所以对任意的x,≤4恒成立,即4x2-ax+4-b≥0恒成立,所以?驻2=a2-16(4-b)≥0,所以 a2-16(4-b)=0①。由函数的最小值是-1可知,存在实数x使得=-1,即方程x2+ax+b+1=0有实根,所以?驻2=a2-4(b+1)≥0,又因为-1是函数的最小值,所以对任意的x,≥-1恒成立,即x2+ax+b+1≥0恒成立,所以?驻2=a2-4(b+1)≤0,所以a2-4(b+1)=0②,由①②解得a=4b=3或a=-4b=3。

二、方程问题转化为函数问题求解

例2.若a>2,求方程x3-ax2+1=0在(0,2)的实根个数。

解析:设f(x)=x3-ax2+1,则f'(x)=x2-2ax=x(x-2a),∵02,

∴f'(x)<0,∴f(x)在(0,2)上是减函数,又∵f(0)=1>0,f(2)=-4a+1=-4a<0,所以f(x)在(0,2)上只有一个零点。所以方程x3-ax2+1=0在(0,2)只有一个实根。

评析:本题是一道求方程根的问题,我们构造函数,考虑这个函数的零点的个数,应用导数的方法判断这个函数在(0,2)上的单调性,并结合零点存在性定理,便可得出结论。

三、方程思想与函数思想综合应用

例3.若抛物线y=-2x2+kx-3和端点分别为A(0,4),B(4,0)的线段AB有两个不同的交点,求实数k的取值范围。

解析:线段AB的方程为+=1(0≤x≤4),即y=4-x(0≤x≤4)

将上式代入y=-2x2+kx-3得2x2-(k+1)x+7=0(0≤x≤4)

令f(x)=2x2-(k+1)x+7,因为抛物线与线段AB有两个不同的交点。

所以方程2x2-(k+1)x+7=0在[0,4]上有两个不等的实数根。

所以应该有?驻=(k+1)2-4×2×7>00<<4f(0)=7>0f(4)=32-4(k+1)+7≥0

解得2-1

故k的取值范围是(2-1,]。

评析:本题先将函数图象有交点问题转化为方程有解的问题,再将方程有解的问题转化为二次函数根的分布问题,结合图象,从判别式、对称轴、函数值的大小等方面考虑使结论成立的所有约束条件,建立不等式再求解得到所求范围。本题在求解过程中遵循了“函数→方程→函数”的转化过程,由此可见,方程与函数联系紧密,做题时注意两者的灵活转化。

总之,函数与方程的思想是重要的数学思想,应用非常广泛,主要依据题意,构造恰当的函数或建立相应的方程来解决问题,遇到题目时,注意转化角度,改变思维,可以使复杂问题简单化。

参考文献:

[1]罗建宇.函数与方程的思想在解题中的应用[J].中学数学研究,2008(2).

[2]王太青.函数与方程思想解题的体会[J].沧州师范专科学校学报,2009(3).

?誗编辑 鲁翠红

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