【学霸笔记:同步精讲】第4章 4.4 4.4.1 方程的根与函数的零点 讲义----2026版高中数学湘教版必修第一册

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【学霸笔记:同步精讲】第4章 4.4 4.4.1 方程的根与函数的零点 讲义----2026版高中数学湘教版必修第一册

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4.4 函数与方程
4.4.1 方程的根与函数的零点
学习任务 核心素养
1.理解函数零点的概念以及函数零点与方程根的关系.(易混点) 2.会求函数的零点.(重点) 3.掌握函数零点存在定理并会判断函数零点的个数.(难点) 1.借助零点的求法,培养数学运算和逻辑推理素养. 2.借助函数的零点同方程根的关系,培养直观想象素养.
请观察下图,这是气象局测得某地特殊一天的一张气温变化模拟函数图(即一个连续不间断的函数图象),由于图象中有一段被不小心擦掉了,现在有人想了解一下当天7时到11时之间有无可能出现温度是0摄氏度,你能帮助他吗?
知识点 函数零点存在定理
一般地,当x从a到b逐渐增加时,如果f (x)连续变化且有f (a)·f (b)<0,则存在点x0∈(a,b),使得f (x0)=0.如果y=f (x)在区间[a,b]上单调递
增或单调递减,则方程f (x)=0在(a,b)内恰有一个根.
(1)定理要求具备两个条件:①函数在区间[a,b]上的图象是连续不断的;②f (a)·f (b)<0.两个条件缺一不可.
(2)利用函数零点存在定理只能判断出零点是否存在,而不能确定零点的个数.
思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若f (a)·f (b)>0,则f (x)在[a,b]内无零点. (  )
(2)若f (x)在[a,b]上为单调函数,且f (a)·f (b)<0,则f (x)在(a,b)内有且只有一个零点. (  )
(3)若f (x)在(a,b)内有且只有一个零点,则f (a)·f (b)<0. (  )
[答案] (1)× (2)× (3)×
类型1 求函数的零点
【例1】 (1)求函数f (x)=的零点;
(2)已知函数f (x)=ax-b(a≠0)的零点为3,求函数g(x)=bx2+ax的零点.
[解] (1)当x≤0时,令x2+2x-3=0,解得x=-3;
当x>0时,令-2+ln x=0,解得x=e2.
所以函数f (x)=的零点为-3和e2.
(2)由已知得f (3)=0,即3a-b=0,即b=3a.
故g(x)=3ax2+ax=ax(3x+1).
令g(x)=0,即ax(3x+1)=0,
解得x=0或x=-.
所以函数g(x)的零点为0和-.
 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:对于不能直接求出的方程的根,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.
[跟进训练]
1.判断下列函数是否存在零点,如果存在,请求出;否则,请说明理由.
(1)f (x)=x2+7x+6;
(2)f (x)=1-log2(x+3);
(3)f (x)=2x-1-3;
(4)f (x)=.
[解] (1)解方程f (x)=x2+7x+6=0,得x=-1或x=-6,
所以函数的零点是-1,-6.
(2)解方程f (x)=1-log2(x+3)=0,得x=-1,所以函数的零点是-1.
(3)解方程f (x)=2x-1-3=0,得x=log26,所以函数的零点是log26.
(4)解方程f (x)==0,得x=-6,所以函数的零点为-6.
类型2 零点个数的判断
【例2】 【链接教材P130例1】
判断下列函数零点的个数:
(1)f (x)=(x2-4)log2x;
(2)f (x)=x2-;
(3)f (x)=2x+lg (x+1)-2.
[解] (1)令f (x)=0,得(x2-4)log2x=0,因此x2-4=0或log2x=0,
解得x=±2或x=1.
又因为函数定义域为(0,+∞),所以x=-2不是函数的零点,故函数有2和1两个零点.
(2)法一:令f (x)=x2-=0,得x2=,即x3=1,解得x=1,故函数f (x)=x2-只有一个零点.
法二:令f (x)=x2-=0,得x2=,设g(x)=x2(x≠0),h(x)=,在同一坐标系中分别画出函数g(x)和h(x)的图象如图所示.
由图象可知,两个函数图象只有一个交点,
故函数只有一个零点.
(3)法一:∵f (0)=1+0-2=-1<0,
f (2)=4+lg 3-2=2+lg 3>0,
∴f (x)=0在(0,2)上必定存在实根.
又f (x)=2x+lg (x+1)-2在区间(-1,+∞)上为增函数,故f (x)有且只有一个零点.
法二:令h(x)=2-2x,g(x)=lg (x+1),在同一平面直角坐标系中作出h(x)与g(x)的图象如图所示.
由图象知g(x)=lg (x+1)和h(x)=2-2x的图象有且只有一个公共点,即f (x)=2x+lg (x+1)-2有且只有一个零点.
【教材原题·P130例1】
例1 讨论函数f (x)=2x3-5在区间(1,2)内零点的个数.
[解] 由于f (1)=-3<0,f (2)=11>0,且f (x)=2x3-5单调递增,因此,函数f (x)在区间(1,2)内零点的个数为1.
 判断函数零点个数的常用方法
(1)直接法:解方程f (x)=0,方程f (x)=0解的个数就是函数f (x)零点的个数.
(2)图象法:直接作出函数f (x)的图象,图象与x轴交点的个数就是函数f (x)零点的个数.
(3)f (x)=g(x)-h(x)=0,得g(x)=h(x),在同一平面直角坐标系中作出y1=g(x)和y2=h(x)的图象,则两个图象公共点的个数就是函数y=f (x)零点的个数.
[跟进训练]
2.讨论方程x3-3x+1=0根的个数与分布情况.
[解] 设f (x)=x3-3x+1,
∵f (-2)=-8+6+1=-1<0,
f (-1)=-1+3+1=3>0,
f (0)=1>0,
f (1)=1-3+1=-1<0,
f (2)=8-6+1=3>0.
∴f (x)=x3-3x+1在区间(-2,-1),(0,1)和(1,2)内各有一个零点.
由于f (x)=x3-3x+1=x(x2-3)+1在(-∞,-2]上为负,在[2,+∞)上为正,大致图象如图所示,故只有这三个零点,
因此原方程有三个根,且分别位于区间(-2,-1),(0,1)和(1,2)上.
类型3 判断函数零点所在的区间
【例3】 (1)函数f (x)=ln (x+1)-的零点所在的大致区间是(  )
A.(3,4)  B.(2,e)  C.(1,2)  D.(0,1)
(2)根据表格内的数据,可以断定方程ex-x-3=0的一个根所在区间是(  )
x -1 0 1 2 3
ex 0.37 1 2.72 7.39 20.09
x+3 2 3 4 5 6
A.(-1,0) B.(0,1)
C.(1,2) D.(2,3)
结合零点存在定理思考怎样判定函数在区间(a,b)内存在零点?
(1)C (2)C [(1)因为f (1)=ln 2-<0,f (2)=ln 3-1>0,且函数f (x)在(0,+∞)上单调递增,
所以函数的零点所在的大致区间为(1,2).故选C.
(2)构造函数f (x)=ex-x-3,由题表可得f (-1)=0.37-2=-1.63<0,
f (0)=1-3=-2<0,
f (1)=2.72-4=-1.28<0,
f (2)=7.39-5=2.39>0,
f (3)=20.09-6=14.09>0,
f (1)·f (2)<0,所以方程的一个根所在区间为(1,2),故选C.]
 判断函数零点所在区间的3个步骤
(1)代入:将区间端点值代入函数求出函数的值.
(2)判断:把所得的函数值相乘,并进行符号判断.
(3)结论:若符号为正且函数在该区间内是单调函数, 则在该区间内无零点,若符号为负且函数连续,则在该区间内至少有一个零点.
[跟进训练]
3.若函数f (x)=x+(a∈R)在区间(1,2)上有零点,则a的值可能是(  )
A.-2 B.0
C.1 D.3
A [f (x)=x+(a∈R)的图象在(1,2)上是连续不断的,逐个选项代入验证,当a=-2时,f (1)=1-2=-1<0,f (2)=2-1=1>0.故f (x)在区间(1,2)上有零点,同理,其他选项不符合,故选A.]
1.函数f (x)=2x2-3x+1的零点是(  )
A.-,-1   B.,1
C.,-1 D.-,1
B [方程2x2-3x+1=0的两根分别为x1=1,x2=,所以函数f (x)=2x2-3x+1的零点是,1.]
2.函数f (x)=2x-3的零点所在的区间是(  )
A.(0,1)       B.(1,2)
C.(2,3) D.(3,4)
B [∵f (1)=2-3=-1<0,f (2)=4-3=1>0,
∴f (1)·f (2)<0,
即f (x)的零点所在的区间为(1,2).其他选项可逐一排除.]
3.对于函数f (x),若f (-1)·f (3)<0,则(  )
A.方程f (x)=0一定有实数解
B.方程f (x)=0一定无实数解
C.方程f (x)=0一定有两实根
D.方程f (x)=0可能无实数解
D [∵函数f (x)的图象在(-1,3)上未必连续,故尽管f (-1)·f (3)<0,但方程f (x)=0在(-1,3)上可能无实数解.]
4.二次函数y=ax2+bx+c中,a·c<0,则函数有________个零点.
2 [由Δ=b2-4ac>0得二次函数y=ax2+bx+c有2个零点.]
5.若函数f (x)=+a的零点是1,则实数a=________.
- [由f (1)=+a=0得a=-.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.函数的零点、相应方程的根及函数图象之间存在怎样的内在联系?
[提示] 函数的零点、函数的图象与x轴的交点、对应方程的根的关系:
2.函数零点存在定理满足的条件有哪些?
[提示] 定理要求具备两条:①函数在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线;②f (a)·f (b)<0.
3.探求函数零点个数的方式有哪些?
[提示] 直接解方程法;图象交点个数法;定理法.
课时分层作业(三十四) 方程的根与函数的零点
一、选择题
1.若函数y=f (x)的图象是连续不断的,有如下的对应值表:
x 1 2 3 4 5 6
y -5 2 8 12 -5 -10
则函数y=f (x)在x∈[1,6]上的零点至少有(  )
A.1个   B.2个   C.3个   D.4个
B [结合题意可知f (1)·f (2)<0,f (4)·f (5)<0,故f (x)在[1,6]上至少有2个零点.]
2.函数f (x)=2x-的零点所在的区间是(  )
A.(1,+∞) B.
C.
B [由f (x)=2x-,得
f =-2<0,f (1)=2-1=1>0,
∴f ·f (1)<0.
∴零点所在区间为.]
3.已知函数f (x)=则函数f (x)的零点为(  )
A.,0 B.-2,0
C. D.0
D [当x≤1时,由f (x)=0,得2x-1=0,所以x=0;当x>1时,由f (x)=0,得1+log2x=0,所以x=,不成立,所以函数的零点为0,故选D.]
4.函数f (x)=ax2+bx+c,若f (1)>0,f (2)<0,则f (x)在(1,2)上的零点(  )
A.至多有一个 B.有一个或两个
C.有且仅有一个 D.一个也没有
C [若a=0,则f (x)=ax2+bx+c是一次函数,由已知f (1)·f (2)<0,得只有一个零点;若a≠0,则f (x)=ax2+bx+c为二次函数,若有两个零点,则应有f (1)·f (2)>0,与已知矛盾.故仅有一个零点.]
5.若aA.(b,c)和(c,+∞)内
B.(-∞,a)和(a,b)内
C.(a,b)和(b,c)内
D.(-∞,a)和(c,+∞)内
C [∵a0,
f (b)=(b-c)(b-a)<0,
f (c)=(c-a)(c-b)>0,
∴f (x)的零点分别位于(a,b)和(b,c)内.]
二、填空题
6.函数f (x)=的零点是________.
1 [令f (x)=0,即=0,即x-1=0或ln x=0,∴x=1,故函数f (x)的零点为1.]
7.设x0是方程ln x+x=4的根,且x0∈(k,k+1),k∈N,则k=________.
2 [令f (x)=ln x+x-4,
且f (x)在(0,+∞)上单调递增,
∵f (2)=ln 2+2-4<0,f (3)=ln 3-1>0,
∴f (x)=0在(2,3)内有解,∴k=2.]
8.定义在R上的奇函数f (x)满足f (x)=x2-2x(x≥0),则函数f (x)的零点有________个.
3 [当x≥0时,由f (x)=0得x=0或x=2;
又f (x)为奇函数,
∴f (-2)=-f (2)=0.
故f (x)在R上的零点有3个.]
三、解答题
9.判断函数f (x)=ln x+x2-3的零点的个数.
[解] 法一:函数对应的方程为ln x+x2-3=0,所以原函数零点的个数即为函数y=ln x与y=3-x2的图象交点个数.
在同一坐标系下,作出两函数的图象(如图).
由图象知,函数y=3-x2与y=ln x的图象只有一个交点,从而ln x+x2-3=0有一个根,
即函数f (x)=ln x+x2-3有一个零点.
法二:由于f (1)=ln 1+12-3=-2<0,
f (2)=ln 2+22-3=ln 2+1>0,
∴f (1)·f (2)<0,又f (x)=ln x+x2-3的图象在(1,2)上是不间断的,所以f (x)在(1,2)上必有零点,
又f (x)在(0,+∞)上是递增的,所以零点只有一个.
10.已知函数f (x)=x2-(k-2)x+k2+3k+5有两个零点.
(1)若函数的两个零点是-1和-3,求k的值;
(2)若函数的两个零点是α和β,求α2+β2的取值范围.
[解] (1)-1和-3是函数f (x)的两个零点,故-1和-3是方程x2-(k-2)x+k2+3k+5=0的两个实数根.
则解得k=-2.
(2)函数的两个零点为α和β,则α和β是方程x2-(k-2)x+k2+3k+5=0的两根.

则-4≤k≤-,且α2+β2=(α+β)2-2αβ=-k2-10k-6在-4≤k≤-上单调递减,∴α2+β2在区间上的最大值是18,最小值是.
所以α2+β2的取值范围是.
11.函数y=x2+a存在零点,则a的取值范围是(  )
A.a>0 B.a≤0
C.a≥0 D.a<0
B [由题意可知方程x2+a=0有解,∴a≤0,故选B.]
12.函数f (x)=|x2-4x|-a恰好有四个不同零点,则a的值可以是(  )
A.a>4 B.4
C.0C [由|x2-4x|-a=0得
a=|x2-4x|,作出函数y=|x2-4x|的图象,则由图象可知,要使方程|x2-4x|-a=0有四个不相等的实根,则0<a<4.]
13.已知函数f (x)=3x+x,g(x)=log3x+2,h(x)=log3x+x的零点依次为a,b,c,则a,b,c的大小关系是________.
a<b<c [画出函数y=3x,y=log3x,y=-x,y=-2的图象,如图所示,
观察图象可知,函数f (x)=3x+x,g(x)=log3x+2,h(x)=log3x+x的零点依次是点A,B,C的横坐标,由图象可知a<b<c.]
14.已知函数f (x)=x2-bx+3.
(1)若f (0)=f (4),则函数f (x)的零点为________;
(2)若函数f (x)一个零点大于1,另一个零点小于1,则b的取值范围为________.
(1)1和3 (2)(4,+∞) [(1)由f (0)=f (4)得3=16-4b+3,即b=4,所以f (x)=x2-4x+3,令f (x)=0,即x2-4x+3=0得x1=3,x2=1,所以f (x)的零点是1和3.
(2)因为f (x)的零点一个大于1,另一个小于1,如图.
需f (1)<0,即1-b+3<0,所以b>4.
故b的取值范围为(4,+∞).]
15.关于x的方程ax2-2(a+1)x+a-1=0,求a为何值时:
(1)方程有一个正根和一个负根;
(2)方程的两个根都大于1.
[解] 令f (x)=ax2-2(a+1)x+a-1.
(1)当方程有一个正根和一个负根时,f (x)对应的草图可能如图①②所示.
图①      图②
因此f (x)=0有一个正根和一个负根等价于或解得0所以当0(2)当方程的两个根都大于1时,f (x)对应的草图可能如图③④所示.
图③        图④
因此f (x)=0的两个根都大于1等价于或
解得a∈ .
所以不存在实数a使方程的两个根都大于1.
7/124.4 函数与方程
4.4.1 方程的根与函数的零点
学习任务 核心素养
1.理解函数零点的概念以及函数零点与方程根的关系.(易混点) 2.会求函数的零点.(重点) 3.掌握函数零点存在定理并会判断函数零点的个数.(难点) 1.借助零点的求法,培养数学运算和逻辑推理素养. 2.借助函数的零点同方程根的关系,培养直观想象素养.
请观察下图,这是气象局测得某地特殊一天的一张气温变化模拟函数图(即一个连续不间断的函数图象),由于图象中有一段被不小心擦掉了,现在有人想了解一下当天7时到11时之间有无可能出现温度是0摄氏度,你能帮助他吗?
知识点 函数零点存在定理
一般地,当x从a到b逐渐增加时,如果f (x)连续变化且有__________,则存在点x0∈(a,b),使得f (x0)=0.如果y=f (x)在区间[a,b]上单调递
增或单调递减,则方程f (x)=0在(a,b)内恰有__________个根.
(1)定理要求具备两个条件:①函数在区间[a,b]上的图象是连续不断的;②f (a)·f (b)<0.两个条件缺一不可.
(2)利用函数零点存在定理只能判断出零点是否存在,而不能确定零点的个数.
思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若f (a)·f (b)>0,则f (x)在[a,b]内无零点. (  )
(2)若f (x)在[a,b]上为单调函数,且f (a)·f (b)<0,则f (x)在(a,b)内有且只有一个零点. (  )
(3)若f (x)在(a,b)内有且只有一个零点,则f (a)·f (b)<0. (  )
类型1 求函数的零点
【例1】 (1)求函数f (x)=的零点;
(2)已知函数f (x)=ax-b(a≠0)的零点为3,求函数g(x)=bx2+ax的零点.
[尝试解答]                                     
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
 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:对于不能直接求出的方程的根,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.
[跟进训练]
1.判断下列函数是否存在零点,如果存在,请求出;否则,请说明理由.
(1)f (x)=x2+7x+6;
(2)f (x)=1-log2(x+3);
(3)f (x)=2x-1-3;
(4)f (x)=.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
类型2 零点个数的判断
【例2】 【链接教材P130例1】
判断下列函数零点的个数:
(1)f (x)=(x2-4)log2x;
(2)f (x)=x2-;
(3)f (x)=2x+lg (x+1)-2.
[尝试解答]                                     
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
 判断函数零点个数的常用方法
(1)直接法:解方程f (x)=0,方程f (x)=0解的个数就是函数f (x)零点的个数.
(2)图象法:直接作出函数f (x)的图象,图象与x轴交点的个数就是函数f (x)零点的个数.
(3)f (x)=g(x)-h(x)=0,得g(x)=h(x),在同一平面直角坐标系中作出y1=g(x)和y2=h(x)的图象,则两个图象公共点的个数就是函数y=f (x)零点的个数.
[跟进训练]
2.讨论方程x3-3x+1=0根的个数与分布情况.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
类型3 判断函数零点所在的区间
【例3】 (1)函数f (x)=ln (x+1)-的零点所在的大致区间是(  )
A.(3,4)  B.(2,e)  C.(1,2)  D.(0,1)
(2)根据表格内的数据,可以断定方程ex-x-3=0的一个根所在区间是(  )
x -1 0 1 2 3
ex 0.37 1 2.72 7.39 20.09
x+3 2 3 4 5 6
A.(-1,0) B.(0,1)
C.(1,2) D.(2,3)
结合零点存在定理思考怎样判定函数在区间(a,b)内存在零点?
[尝试解答]                                     
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
 判断函数零点所在区间的3个步骤
(1)代入:将区间端点值代入函数求出函数的值.
(2)判断:把所得的函数值相乘,并进行符号判断.
(3)结论:若符号为正且函数在该区间内是单调函数, 则在该区间内无零点,若符号为负且函数连续,则在该区间内至少有一个零点.
[跟进训练]
3.若函数f (x)=x+(a∈R)在区间(1,2)上有零点,则a的值可能是(  )
A.-2 B.0
C.1 D.3
1.函数f (x)=2x2-3x+1的零点是(  )
A.-,-1   B.,1
C.,-1 D.-,1
2.函数f (x)=2x-3的零点所在的区间是(  )
A.(0,1)       B.(1,2)
C.(2,3) D.(3,4)
3.对于函数f (x),若f (-1)·f (3)<0,则(  )
A.方程f (x)=0一定有实数解
B.方程f (x)=0一定无实数解
C.方程f (x)=0一定有两实根
D.方程f (x)=0可能无实数解
4.二次函数y=ax2+bx+c中,a·c<0,则函数有________个零点.
5.若函数f (x)=+a的零点是1,则实数a=________.
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.函数的零点、相应方程的根及函数图象之间存在怎样的内在联系?
2.函数零点存在定理满足的条件有哪些?
3.探求函数零点个数的方式有哪些?
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