第8节 函数与方程 学案(Word版含解析)

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第8节 函数与方程 学案(Word版含解析)

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第8节 函数与方程
知 识 梳 理
1.函数的零点
(1)函数零点的概念
对于函数y=f(x),把使f(x)=0的实数x叫做函数y=f(x)的零点.
(2)函数零点与方程根的关系
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.
(3)零点存在性定理
如果函数y=f(x)满足:①在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线;②f(a)·f(b)<0,则函数y=f(x)在
(a,b)上存在零点,即存在c∈(a,b),使得f(c)=0,这个c也就是方程f(x)=0的根.
2.二次函数y=ax2+bx+c(a>0)的图象与零点的关系
Δ=b2-4ac Δ>0 Δ=0 Δ<0
二次函数 y=ax2+bx+c (a>0)的图象
与x轴的交点 (x1,0), (x2,0) (x1,0) 无交点
零点个数 2 1 0
1.不满足零点存在性定理也可能有零点(如不变号零点).
2.由函数y=f(x)在闭区间[a,b]上有零点不一定能推出f(a)·f(b)<0,如图所示.所以f(a)·f(b)<0是图象连续的函数y=f(x)在闭区间[a,b]上有零点的充分不必要条件.
3.若函数f(x)在[a,b]上单调,且f(x)的图象是连续不断的一条曲线,则f(a)·f(b)<0 函数y=f(x)在[a,b]上只有一个零点.
诊 断 自 测
1.判断下列说法的正误.
(1)函数f(x)=lg x的零点是(1,0).(  )
(2)若图象连续的函数y=f(x)(x∈D)在区间(a,b) D内有零点,则f(a)·f(b)<0.(  )
(3)若连续函数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.(  )
(4)f(x)=x2,g(x)=2x,h(x)=log2x,当x∈(4,+∞)时,恒有h(x)答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√
解析 (1)f(x)=lg x的零点是1,故(1)错误.
(2)f(a)·f(b)<0是连续函数y=f(x)在(a,b)内有零点的充分不必要条件,故(2)错误.
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=x2+1
答案 A
解析 由函数是偶函数,排除B,C,又D中函数没有零点,排除D,y=cos x为偶函数且有零点.
3.(必修1P88例1改编)函数f(x)=ex+3x的零点个数是(  )
A.0 B.1 C.2 D.3
答案 B
解析 由f′(x)=ex+3>0,所以f(x)在R上单调递增,又f(-1)=-3<0,f(0)=1>0,因此函数f(x)有且只有一个零点.
4.下列函数中是奇函数且存在零点的是(  )
A.y=x3+x B.y=log2x
C.y=2x2-3 D.y=
答案 A
解析 对于A,y=x3+x为奇函数,且存在零点为x=0,与题意相符;
对于B,y=log2x为非奇非偶函数,与题意不符;
对于C,y=2x2-3为偶函数,与题意不符;
对于D,y=不存在零点,与题意不符,故选A.
5.函数f(x)=ax+1-2a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 因为函数f(x)=ax+1-2a在区间(-1,1)上是单调函数,所以若f(x)在区间(-1,1)上存在一个零点,则满足f(-1)·f(1)<0,即(-3a+1)·(1-a)<0,解得6.已知f(x)=则f(f(-2))=________;函数f(x)的零点的个数为________.
答案 14 1
解析 根据题意得f(-2)=(-2)2=4,则f(f(-2))=f(4)=24-2=16-2=14;令f(x)=0,得2x-2=0(x≥0),解得x=1,则函数f(x)的零点个数为1.
考点一 函数零点所在区间的判断
【例1】 (1)若aA.(a,b)和(b,c)内 B.(-∞,a)和(a,b)内
C.(b,c)和(c,+∞)内 D.(-∞,a)和(c,+∞)内
(2)(一题多解)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)
答案 (1)A (2)B
解析 (1)∵a0,
f(b)=(b-c)(b-a)<0,f(c)=(c-a)(c-b)>0,
由函数零点存在性定理可知:在区间(a,b),(b,c)内分别存在零点,又函数f(x)是二次函数,最多有两个零点;因此函数f(x)的两个零点分别位于区间(a,b),(b,c)内,故选A.
(2)法一 函数f(x)的零点所在的区间可转化为函数g(x)=ln x,h(x)=-x+2图象交点的横坐标所在的取值范围.作图如下:
可知f(x)的零点所在的区间为(1,2).
法二 易知f(x)=ln x+x-2在(0,+∞)上为增函数,
且f(1)=1-2=-1<0,f(2)=ln 2>0.
所以根据函数零点存在性定理可知在区间(1,2)内函数存在零点.
感悟升华 确定函数f(x)的零点所在区间的常用方法
(1)利用函数零点存在性定理:首先看函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是否连续,再看是否有f(a)·f(b)<0.若有,则函数y=f(x)在区间(a,b)内必有零点.
(2)数形结合法:通过画函数图象,观察图象与x轴在给定区间上是否有交点来判断.
【训练1】 (1)函数f(x)=-2x的零点所在区间是(  )
A. B. C. D.
(2)已知函数f(x)=ln x-的零点为x0,则x0所在的区间是(  )
A.(0,1) B.(1,2) C.(2,3) D.(3,4)
答案 (1)C (2)C
解析 (1)f(x)的图象在(0,+∞)上连续,又f(x)在(0,+∞)上递减,且f(1)=2>0,f=-2=<0.∴选C.
(2)∵f(x)=ln x-在(0,+∞)上是增函数,
又f(1)=ln 1-=ln 1-2<0,
f(2)=ln 2-=ln 2-1<0,f(3)=ln 3->0.
故f(x)的零点x0∈(2,3).
考点二 函数零点(或方程根)个数的判断
【例2】 (1)函数f(x)=2x|log0.5x|-1的零点个数为________.
(2)已知f(x)是定义在R上且以4为周期的奇函数,当x∈(0,2)时,f(x)=ex-1+
e1-x-3(e为自然对数的底),则函数f(x)在区间[0,4]上的零点的个数为________,这些零点之和为________.
答案 (1)2 (2)7 14
解析 (1)令f(x)=2x|log0,5x|-1=0,得|log0.5x|=.
设g(x)=|log0.5x|,h(x)=,在同一坐标系下分别画出函数g(x),h(x)的图象(如图).由图象知,两函数的图象有两个交点,因此函数f(x)有2个零点.
(2)∵f(x)是定义在R上且以4为周期的奇函数,f(-2)=f(-2+4)=f(2),又f(-2)=-f(2),∴f(2)=0,且当x∈(0,2)时,f(x)=ex-1+e1-x-3,则f′(x)=ex-1-e1-x,令f′(x)=0,则x=1,所以当x∈(0,1)时,f(x)单调递减,当x∈(1,2)时,f(x)单调递增,f(1)=-1,f(0)=f(2)=0,故函数f(x)的图象如图所示,由图可得函数f(x)在[0,4]上共有7个零点,且这些零点关于x=2对称,故函数f(x)在[0,4]上的所有零点的和为3×4+2=14.
感悟升华 函数零点个数的判断方法:
(1)直接求零点,令f(x)=0,有几个解就有几个零点;
(2)零点存在性定理,要求函数在区间[a,b]上是连续不断的曲线,且f(a)·f(b)<0,再结合函数的图象与性质确定函数零点个数;
(3)利用图象交点个数,作出两函数图象,观察其交点个数即得零点个数.
【训练2】 (1)(2021·杭州二中模拟)已知函数f(x)=若实数m∈(0,1),则函数g(x)=f(x)-m零点个数为(  )
A.0 B.1 C.2 D.3
(2)f(x)=2sin xsin-x2的零点个数为________.
答案 (1)D (2)2
解析 (1)函数g(x)=f(x)-m的零点即为函数y=f(x)与函数y=m的图象的交点.如图画出函数y=f(x)的图象,结合0<m<1可知函数y=f(x)与函数y=m的图象的交点为3个,所以函数g(x)=f(x)-m的零点有3个,故选D.
(2)f(x)=2sin xcos x-x2=sin 2x-x2,则函数的零点个数即为函数y=sin 2x与函数y=x2图象的交点个数,如图所示,两图象有2个交点,则函数有2个零点.
考点三 函数零点的应用
【例3】 (1)(2021·杭州质检)已知定义在R上的偶函数f(x)满足f(x-4)=f(x),且在区间[0,2]上f(x)=x,若关于x的方程f(x)=logax有三个不同的实根,则a的取值范围为__________.
(2)(2021·浙江新高考仿真一)已知函数f(x)=函数y=f(x)-a有四个不同的零点,从小到大依次为x1,x2,x3,x4,则-x1x2+x3+x4的取值范围为(  )
A.(3,3+e) B.[3,3+e)
C.(3,+∞) D.(3,3+e]
答案 (1)(,) (2)D
解析 (1)由f(x-4)=f(x)知,函数的周期T=4.
又f(x)为偶函数,∴f(x)=f(-x)=f(4-x),
因此函数y=f(x)的图象关于x=2对称.
又f(2)=f(6)=f(10)=2,
要使方程f(x)=logax有三个不同的实根.
由函数的图象(如图),
必须有
即解得故a的取值范围是(,).
(2)在平面直角坐标系内画出函数f(x)的图象如图所示,函数y=f(x)-a有四个不同的零点等价于函数y=f(x)的图象与直线y=a有四个不同的交点,则由图易得1感悟升华 已知函数有零点(方根有根)求参数值常用的方法:
(1)直接法,直接求解方程得到方程的根,再通过解不等式确定参数范围;
(2)分离参数法,先将参数分离,转化成求函数值域问题加以解决;
(3)数形结合,先对解析式变形,在同一平面直角坐标系中画出函数的图象,然后观察求解.
【训练3】 (1)(2021·浙江名师预测卷)设函数f(x)=
①若a=0,则f(x)的最大值为________;
②若函数y=f(x)-b有两个零点,则b的取值范围是________.
(2)已知函数f(x)=其中m>0.若存在实数b,使得关于x的方程f(x)=b有三个不同的根,则m的取值范围是________.
答案 (1)①1 ②(0,1) (2)(3,+∞)
解析 (1)①当a=0时,f(x)=
当x≤0时,f(x)=2x,f(x)在(-∞,0]上为增函数,
当x>0时,-x<0,则f(x)=f(-x)=2-x=,
则f(x)在(0,+∞)上为减函数,
则f(x)max=f(0)=20=1.
②根据题意,当x≤a时,f(x)=2x-a,
当x>a时,则有2a-x<a,
此时f(x)=f(2a-x)=2a-x,
f(x)=,其图象关于直线x=a对称,
若函数y=f(x)-b有两个零点,即函数y=f(x)与y=b有2个交点,其图象如图所示:
必有0<b<1,即b的取值范围为(0,1).
(2)在同一坐标系中,作出y=f(x)与y=b的图象.当x>m时,x2-2mx+4m=(x-m)2+4m-m2,
∴要使方程f(x)=b有三个不同的根,则有4m-m2即m2-3m>0.又m>0,解得m>3.
基础巩固题组
一、选择题
1.函数f(x)=3x-x2的零点所在区间是(  )
A.(0,1) B.(1,2)
C.(-2,-1) D.(-1,0)
答案 D
解析 由于f(-1)=-<0,f(0)=30-0=1>0,
∴f(-1)·f(0)<0.则f(x)在(-1,0)内有零点.
2.已知函数f(x)=则函数f(x)的零点为(  )
A.,0 B.-2,0 C. D.0
答案 D
解析 当x≤1时,由f(x)=2x-1=0,解得x=0;当x>1时,由f(x)=1+log2x=0,解得x=,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.
3.函数f(x)=2x--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 C
解析 因为函数f(x)=2x--a在区间(1,2)上单调递增,又函数f(x)=2x--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04.已知f(x)是奇函数且是R上的单调函数,若函数y=f(2x2+1)+f(λ-x)只有一个零点,则实数λ的值是(  )
A. B. C.- D.-
答案 C
解析 令y=f(2x2+1)+f(λ-x)=0,则f(2x2+1)=-f(λ-x)=f(x-λ),因为f(x)是R上的单调函数,所以2x2+1=x-λ,即2x2-x+1+λ=0只有一个实根,则Δ=1-8(1+λ)=0,解得λ=-.
5.(一题多解)已知函数f(x)=x2-2x+a(ex-1+e-x+1)有唯一零点,则a=(  )
A.- B. C. D.1
答案 C
解析 法一  f(x)=(x-1)2+a(ex-1+e1-x)-1,令t=x-1,则g(t)=f(t+1)=t2+a(et+e-t)-1.
∵g(-t)=(-t)2+a(e-t+et)-1=g(t),且t∈(-∞,+∞).∴函数g(t)为偶函数.
∵f(x)有唯一零点,∴g(t)也有唯一零点.
又g(t)为偶函数,由偶函数的性质知g(0)=0,
∴2a-1=0,解得a=.
法二 f(x)=0 a(ex-1+e-x+1)=-x2+2x.
ex-1+e-x+1≥2=2,
当且仅当x=1时取“=”.
-x2+2x=-(x-1)2+1≤1,当且仅当x=1时取“=”.
若a>0,则a(ex-1+e-x+1)≥2a,
要使f(x)有唯一零点,则必有2a=1,即a=.
若a≤0,则f(x)的零点不唯一.
故选C.
6.已知关于x的方程ex|x-t|-1=0有三个不同的实数根,则实数t的取值范围是(  )
A.[1,+∞) B.(1,+∞) C.[2,+∞) D.(2,+∞)
答案 B
解析 关于x的方程ex|x-t|-1=0有三个不同的实数根等价于函数f(x)=|x-t|与函数g(x)=的图象有三个不同的交点,在平面直角坐标系内画出两函数的图象如图所示,由图易得当x>t时,直线y=x-t与函数g(x)=的图象有一个交点,要使两函数图象有三个不同的交点,则直线y=t-x与函数g(x)=的图象有两个不同的交点,当直线y=t-x与曲线g(x)=相切时,易得t=1,则由图易得要使两函数图象有三个不同的交点,则t>1,故选B.
7.(2018·全国Ⅰ卷)已知函数f(x)=g(x)=f(x)+x+a.若g(x)存在2个零点,则a的取值范围是(  )
A.[-1,0) B.[0,+∞)
C.[-1,+∞) D.[1,+∞)
答案 C
解析 函数g(x)=f(x)+x+a存在2个零点,即关于x的方程f(x)=-x-a有2个不同的实根,即函数f(x)的图象与直线y=-x-a有2个交点.作出直线y=-x-a与函数f(x)的图象,如图所示,由图可知,-a≤1,
解得a≥-1,故选C.
8.(2019·浙江卷)设a,b∈R,函数f(x)=
若函数y=f(x)-ax-b恰有3个零点,则(  )
A.a<-1,b<0 B.a<-1,b>0
C.a>-1,b<0 D.a>-1,b>0
答案 C
解析 由题意,b=f(x)-ax

设y=b,g(x)=
即以上两个函数的图象恰有3个交点,根据选项进行讨论.
①当a<-1时,1-a>0,可得g(x)在(-∞,0)上递增;
由g′(x)=x2-(a+1)x=x[x-(a+1)](x≥0),a+1<0,
可得g(x)在(0,+∞)上递增.
此时直线y=b与g(x)的图象只有1个交点,不符合题意,故A,B排除.
②当a>-1,即a+1>0时,
因为g′(x)=x[x-(a+1)](x≥0),
所以当x≥0时,
由g′(x)<0可得0所以当x≥0时,g(x)在(0,a+1)上递减,g(x)在(a+1,+∞)上递增.
如图,y=b与y=g(x)(x≥0)的图象至多有2个交点.
当1-a>0,即-1当1-a=0时,y=g(x)与y=b的图象可以有1个、2个或无数个交点,但不存在有3个交点的情况,不合题意,舍去;
当1-a<0,即a>1时,y=g(x)与y=b的图象可以有1个或2个交点,但不存在有3个交点的情况,不合题意,舍去.
综上,-1二、填空题
9.(2021·北京朝阳区一模)能说明“函数f(x)的图象在区间[0,2]上是一条连续不断的曲线.若f(0)·f(2)>0,则f(x)在(0,2)内无零点”为假命题的一个函数是________.
答案 y=(x-1)2
解析 考查函数y=(x-1)2,绘制函数图象如图所示,
该函数f(x)的图象在区间[0,2]上是一条连续不断的曲线,f(0)·f(2)>0,但是函数f(x)在(0,2)内存在零点x=1,故该函数使得原命题为假命题.
10.函数f(x)=则f(f(-3))=________;若存在四个不同的实数a,b,c,d,使得f(a)=f(b)=f(c)=f(d),则abcd的取值范围为________.
答案 1 [0,1)
解析 由题可得f(-3)=2,所以f(f(-3))=f(2)=1.不妨设a<b<c<d,则有-log2c=log2d,所以cd=1,且a+b=-2,其中-1<b≤0.所以abcd=ab=b(-2-b)=-b2-2b∈[0,1).
11.已知函数f(x)=若f(x)是单调函数,则实数a的取值范围是________.
答案 [2,4]
解析 因为函数y=2x在定义域内是单调递增函数,所以函数f(x)为单调递增函数,所以a>0且2a≤a2.在同一坐标系下作出函数y=2x与y=x2的图象,由图可知,实数a的取值范围为[2,4].
12.已知f(x)=-m|x|,若f(x)有两个零点,则实数m的值为________;若f(x)有三个零点,则实数m的取值范围是________.
答案 1 (1,+∞)
解析 函数f(x)的零点,即为方程-m|x|=0即=|x|(x+2)(x≠-2)的实数根,令g(x)=|x|(x+2)=其图象如图所示,当m=1时,g(x)图象与y=有2个交点;当0<<1,即m>1时,有3个交点.
13.(2020·台州期末评估)已知定义在R上的奇函数f(x),当x∈[0,+∞)时,满足f(x)=则f(2)=________;方程f(x)-=0的解的个数为________.
答案 1 5
解析 由题意得f(2)=f(2-1)=f(1)=12=1.画出函数f(x)和y=在[0,+∞)上的图象如图所示,易得两函数图象在(0,+∞)上有两个交点,且两函数图象在坐标原点处相交.又因为函数f(x)为奇函数,所以两函数图象在R上有5个交点,即方程f(x)-=0的解的个数为5.
14.(2021·浙江考前冲刺卷)已知函数f(x)=(x-k)ex+1在区间[-1,1]上只有一个零点,则实数k的取值范围是________.
答案 {1}∪
解析 函数f(x)=(x-k)ex+1在区间[-1,1]上只有一个零点,则方程(x-k)ex+1=0即k=x+,在区间[-1,1]上只有一个实根,即函数g(x)=x+的图象与直线y=k在区间[-1,1]上有唯一公共点.由g(x)=x+,得g′(x)=1-,由g′(x)=0,得x=0,则当x∈[-1,0)时,g′(x)<0,函数g(x)单调递减,当x∈(0,1]时,g′(x)>0,函数g(x)单调递增,所以在[-1,1]上,g(x)≥g(0)=1.又g(1)=1+,g(-1)=e-1,且e-1>1+,所以作出函数g(x)在[-1,1]上的大致图象如图所示,则由图象可知满足条件的实数k的取值范围是{1}∪.
能力提升题组
15.(2019·天津卷)已知函数f(x)=若关于x的方程f(x)=-x+a(a∈R)恰有两个互异的实数解,则a的取值范围为(  )
A. B.
C.∪{1} D.∪{1}
答案 D
解析 画出函数y=f(x)的图象,如图.
方程f(x)=-x+a的解的个数,即为函数y=f(x)的图象与直线l:y=-x+a的公共点的个数.
当直线l经过点A时,有2=-×1+a,a=;
当直线l经过点B时,有1=-×1+a,a=;
由图可知,a∈时,函数y=f(x)的图象与l恰有两个交点.
另外,当直线l与曲线y=,x>1相切时,恰有两个公共点,此时a>0.
联立得=-x+a,即x2-ax+1=0,
由Δ=a2-4××1=0,得a=1(舍去负根).
综上,a∈∪{1}.
16.(2020·宁波期末)已知函数f(x)=若函数y=f(x)-2恰有两个零点,则实数a的取值范围为(  )
A.[-1,2) B.{-1}∪[1,2)
C.{-1}∪[1,+∞) D.[-1,+∞)
答案 B
解析 函数y=f(x)-2恰有两个零点等价于函数f(x)的图象与直线y=2恰有两个交点.由题意得f(-1)=(-1-a)2-1=a2+2a,
则f(x)=当a<0时,函数f(x)在R上单调递增,不满足条件;当a=0时,f(x)=显然不满足条件;当a>0时,函数f(x)在(-∞,-1),上单调递增,在上单调递减,且当x→-∞时,f(x)→a2+2a-1,则由函数图象易得要使函数f(x)的图象与直线y=2恰有两个交点,则有f(-1)=2或a2+2a-117.(2020·浙江名师预测五)已知函数f(x)=ex-ax-b在[1,2]上存在两个不同的零点,则2a+b的最大值为________.
答案 e2
解析 令f(x)=0,则ex=ax+b,该问题转化为y=ex,y=ax+b两个函数图象在[1,2]有两个不同交点,设2a+b=t,直线y=ax+b经过点(2,t),由图象可知,恰当y=ax+b过点(2,e2)时,t有最大值e2.
18.(2020·浙江考前冲刺卷五)已知函数f(x)=m(2x-2+22-x)-x2+4x有唯一的零点,则实数m的值为________.
答案 -2
解析 令t=x-2,g(t)=m(2t+2-t)-t2+4.因为函数f(x)有唯一的零点,所以函数g(t)有唯一的零点.易知g(-t)=g(t),所以函数g(t)是偶函数.若函数g(t)有唯一的零点,则g(0)=0,所以m=-2.
19.(2020·浙江新高考仿真四)已知λ∈R,函数f(x)=若函数f(x)恰有2个不同的零点,则λ的取值范围为________.
答案 (0,2)
解析 由题意得f(x)=当λ≤2时,函数f(x)在(-∞,λ)上单调递减,在[λ,+∞)上单调递增,则要使函数f(x)恰有两个零点,则λ2-4λ+2λ<0且λ-4≤0,则0<λ<2;当λ>2时,函数f(x)在(-∞,2)上单调递减,在[2,λ)上单调递增,在[λ,+∞)上单调递增,此时f(2)=22-4×2+2λ=-4+2λ>0,所以函数f(x)在(-∞,λ)上没有零点,在[λ,+∞)上最多有一个零点,不符合题意.综上所述,实数λ的取值范围为(0,2).
20.已知函数f(x)=-4,若m=4,则函数f(x)的零点个数为________;若函数f(x)有4个零点,则实数m的取值范围是________.
答案 2 (-∞,0)∪(0,4)
解析 当m=4时,f(x)=-4,由对勾函数的性质易得y=≥4,当且仅当x=±2时等号成立,所以函数f(x)=-4的零点有2个.当m>0时,由对勾函数的性质易得y=≥2,当且仅当x=±时等号成立,要使f(x)=-4有4个零点,则有2<4,解得0本资料分享自新人教版高中数学资源大全QQ群483122854 期待你的加入与分享

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