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函数的应用常见典型考题赏析

2020-11-04包玉兰张文伟

中学生数理化·高一版 2020年10期
关键词:二分法交点零点

包玉兰 张文伟

题型一:二分法

二分法只适用于变号零点,二分法是求方程的根的近似值的一种方法。记忆口诀:定区间,找中点,中值计算两边看,同号去,异号算,零点落在异号间。周而复始怎么办?精确度上来判断。

例1 用二分法求函数f(x)=ln(x+1)+x-1 在区间[0,1]上的零点,要求精确度为0.01 时,所需二分区间的次数最少为____。

题型二:函数零点的求法

求函数y=f(x)的零点通常有两种方法:一是令f(x)=0,根据方程f(x)=0 的根可求得函数的零点;二是画出函数y=f(x)的图像,其图像与x 轴的交点的横坐标即为函数的零点。

A.{1} B.{-1}

C.{-1,1} D.{-1,0,1}

解:当x≤0时,由f(x)=x+1=0,可得x=-1;当x>0时,由f(x)=log2x=0,可得x=1。故函数f(x)的所有零点构成的集合为{-1,1}。应选C。

题型三:函数零点所在区间的判断

判断函数零点(方程的根)所在区间的三种方法:①解方程法,当对应方程易解时,可通过解方程,确定方程是否有根落在给定区间上;②定理法,利用零点存在性定理进行判断;③数形结合法,画出相应的函数图像,通过观察图像与x 轴在给定区间上的交点来判断,或者转化为两个函数图像在给定区间上的交点来判断。

例3 函数f(x)=x+lnx-3 的零点所在的区间为( )。

A.(0,1) B.(1,2)

C.(2,3) D.(3,4)

解:(利用零点存在性定理)因为函数f(x)是增函数,且f(2)=ln2-1<0,f(3)=ln3>0,所以由零点存在性定理可得f(x)的零点所在的区间为(2,3)。应选C。

(利用数形结合法)函数f(x)=x+lnx-3 的零点所在区间可转化为函数g(x)=lnx 与h(x)=-x+3的图像的交点横坐标所在的范围。画出函数g(x)=lnx,h(x)=-x+3 的图像(图略),由图可知f(x)的零点在(2,3)内。应选C。

题型四:函数零点个数的判断

判断函数零点个数的四种方法:①直接法,令f(x)=0,如果能求出解,则有几个不同的解就有几个零点。②定理法,利用零点存在性定理,要求函数的图像在区间[a,b]上是连续不断的曲线,且f(a)·f(b)<0,还要结合函数的图像与性质(如单调性、奇偶性)才能确定函数有多少个零点。③图像法,函数f(x)的图像与x 轴交点的个数就是函数f(x)的零点个数。④性质法,利用函数性质,若能确定函数的单调性,则其零点个数不难得到;若所考查的函数是周期函数,则只需解决在一个周期内的零点个数。有1个,即函数f(x)的零点个数为1。

题型五:根据函数的零点求参数的范围

已知函数有零点(方程有根)求参数取值范围的三种方法:①直接法,根据题设条件构建关于参数的不等式,通过解不等式确定参数的取值范围。②分离参数法,先将参数分离,然后转化成求函数值域问题加以解决。③数形结合法,先对解析式变形,在同一平面直角坐标系中,画出函数的图像,然后利用图像的交点求解。

题型六:复合函数的零点

求复合函数的零点,就是求解复合方程问题。一般地,由方程f[g(x)]=0 分解为f(t)=0 和g(x)=t 求 解,即 先 从 方 程f(t)=0中求t,再代入方程g(x)=t中求出x 的值。

例6 设函数f(x)=x2,若函数g(x)=[f(x)]2+mf(x)+m+3有4个零点,则实数m 的取值范围为_____。

提示:当x≤0 时,y=f[f(x)]-1=f(2x)-1=log22x-1=x-1。令x-1=0,则x=1,显然与x≤0矛盾,所以当x≤0时,y=f[f(x)]-1没有零点。

当x>0时,分两种情况:

当0<x≤1时,log2x≤0,y=f[f(x)]-1=f(log2x)-1=2log2x-1=x-1,令x-1=0,解得x=1。当x>1时,log2x>0,y=

f[f(x)]-1=f(log2x)-1=log2(log2x)-1,令log2(log2x)-1=0,可得log2x=2,解得x=4。

综上可知,函数y=f[f(x)]-1的零点个数为2。

题型七:函数零点中的新定义问题

对于这类问题,首先要分析新定义的特点,弄清新定义的性质,按新定义的要求,“照章办事”,逐条进行分析、验证、运算,使问题得以解决。

例7 用[a]表示不大于实数a 的最大整数,如[1.68]=1,设x1,x2分别是方程x+ex=4,x+ln(x-1)=4的根,则[x1]+[x2]等于_____。

解:因为x1,x2分别是方程x+ex=4,x+ln(x-1)=4的根,所以x1,x2分别是函数g(x)=x+ex-4 和函数h(x)=x+ln(x-1)-4的零点。

由于g(x)是单调递增函数,且g(1)<0,g(2)>0,所以1<x1<2。由于h(x)在定义域内单调递增,且h(3)<0,h(4)>0,所以3<x2<4。据此可得[x1]=1,[x2]=3,所以[x1]+[x2]=4。

跟踪训练7:设函数f(x)=1+[x]-x,其中[x]表示不超过x 的最大整数,若函数y=logax 的图像与函数f(x)的图像恰有3个交点,则实数a 的取值范围是( )。

A.[2,3) B.(2,3]

C.(3,4] D.[3,4)

提示:因为f(x+1)=1+[x+1]-(x+1),而[x+1]=[x]+1,所以f(x+1)=1+[x]+1-x-1=1+[x]-x=f(x),

即函数f(x)的周期为1。

当x∈[0,1)时,f(x)=1-x,画出函数f(x)在[0,+∞)上的图像,如图1 所示(其中函数y=logax 中的a>1才满足题意)。

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