高中数学人教A版 (2019)必修 第一册4.5 函数的应用(二)学案
展开1.理解函数的零点、方程的解与图象交点三者之间的关系.
2.会借助零点存在性定理判断函数的零点所在的大致区间.
3.能借助函数单调性及图象判断零点个数.
1.函数的零点
对于一般函数y=f(x),我们把使f(x)=0的实数x叫做函数y=f(x)的零点.
温馨提示:同二次函数的零点一样,一般函数的零点也不是一个点,而是一个实数,当自变量取该值时,其函数值等于零.
2.方程、函数、图象之间的关系
方程f(x)=0有实根⇔函数y=f(x)的图象与x轴有
交点⇔函数y=f(x)有零点.
3.函数零点的存在性定理
如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是一条连续不断的曲线,并且有f(a)·f(b)<0,那么,函数y=f(x)在区间(a,b)内至少有一个零点,即存在c∈(a,b),使得f(c)=0,这个c也就是方程f(x)=0的解.
温馨提示:定理实际上是通过零点附近函数值的正负来研究函数值为零的情况,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;
(2)f(a)·f(b)<0.
1.给定二次函数y=x2+2x-3,其图象如下:
(1)方程x2+2x-3=0的解是什么?
(2)函数的图象与x轴的交点是什么?
(3)方程的解与交点的横坐标有什么关系?
(4)通过图象观察,在每一个交点附近,两侧函数值符号有什么特点?
[答案] (1)-3,1
(2)(-3,0),(1,0)
(3)相等
(4)在每一个交点附近两侧函数值符号异号
2.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)所有的函数都有零点.( )
(2)若方程f(x)=0有两个不等实数解x1,x2,则函数y=f(x)的零点为(x1,0)(x2,0).( )
(3)若函数y=f(x)在区间(a,b)上有零点,则一定有f(a)·f(b)<0.( )
(4)在[a,b]上函数f(x)是连续并且单调的函数,若f(a)·f(b)<0,则函数f(x)有唯一零点.( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
题型一 求函数的零点
【典例1】 判断下列函数是否存在零点,如果存在,请求出.
(1)f(x)=x2+7x+6;(2)f(x)=1-lg2(x+3);
(3)f(x)=2x-1-3;(4)f(x)=eq \f(x2+4x-12,x-2).
[思路导引] 判断方程f(x)=0是否有实数解,并求出即可.
[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-lg2(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=lg26,所以函数的零点是lg26.
(4)解方程f(x)=eq \f(x2+4x-12,x-2)=0,得x=-6,所以函数的零点为-6.
函数零点的求解要点
求函数f(x)的零点时,通常转化为解方程f(x)=0,若方程f(x)=0有实数解,则函数f(x)存在零点,该方程的解就是函数f(x)的零点;否则,函数f(x)不存在零点.
[针对训练]
1.已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2x-1,x≤1,,1+lg2x,x>1,))则函数f(x)的零点为( )
A.eq \f(1,2),0B.-2,0
C.eq \f(1,2)D.0
[解析] 当x≤1时,令2x-1=0,得x=0.当x>1时,令1+lg2x=0,得x=eq \f(1,2),此时无解.综上所述,函数零点为0.选D.
[答案] D
2.若2是函数f(x)=x2-m的一个零点,则m=________.
[解析] ∵2是函数f(x)=x2-m的一个零点,∴f(2)=0,得4-m=0,∴m=4.
[答案] 4
题型二 判断函数零点所在的区间
【典例2】 函数f(x)=lnx-eq \f(2,x)的零点所在的大致区间是( )
A.(1,2)B.(2,3)
C.(3,4)D.(e,+∞)
[解析] ∵f(1)=-2<0,f(2)=ln2-1<0,
∴在(1,2)内f(x)无零点,A错;
又f(3)=ln3-eq \f(2,3)>0,∴f(2)·f(3)<0,
∴f(x)在(2,3)内有零点.
[答案] B
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.
[针对训练]
3.在下列区间中,函数f(x)=ex+4x-3的零点所在的区间为( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,4),0)) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,4)))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4),\f(1,2))) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,4)))
[解析] ∵feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)))=eq \r(4,e)-2<0,
feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))=eq \r(e)-1>0,∴feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)))·feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))<0,
∴零点在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4),\f(1,2)))上.
[答案] C
4.若函数f(x)=x+eq \f(a,x)(a∈R)在区间(1,2)上有零点,则a的值可能是( )
A.-2B.0
C.1D.3
[解析] f(x)=x+eq \f(a,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,选A.
[答案] A
题型三 判断函数零点的个数
【典例3】 (1)f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2+2x-3,x≤0,,-2+lnx,x>0))的零点个数为( )
A.3B.2
C.1D.0
(2)求函数f(x)=lg2x-x+2的零点个数.
[思路导引] (1)直接求f(x)=0的解;(2)利用图象法判断.
[解析] (1)当x≤0时,由x2+2x-3=0,得x=-3;
当x>0时,由-2+lnx=0,得x=e2.
故函数f(x)有2个零点,选B.
(2)令f(x)=0,得lg2x-x+2=0,
即lg2x=x-2.
令y1=lg2x,y2=x-2.
画出两个函数的大致图象,如图所示.
由图可知,两个函数有两个不同的交点.
所以函数f(x)=lg2x-x+2有两个零点.
[答案] (1)B (2)2个
[变式] 若本例(1)中的函数改为“f(x)=
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2+2x-3,x≤0,,x2-3+lnx,x>0,))”,则函数的零点个数为( )
A.3B.2
C.1D.0
[解析] 解法一:当x≤0时,由x2+2x-3=0,得x=-3;
当x>0时,函数对应的方程为lnx+x2-3=0,所以原函数零点的个数即为函数y=lnx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=lnx的图象只有一个交点,从而lnx+x2-3=0有一个解,
即函数y=lnx+x2-3有一个零点.
综上,函数f(x)有2个零点.
解法二:当x≤0时,由x2+2x-3=0,得x=-3;
当x>0时,由于f(1)=ln1+12-3=-2<0,
f(2)=ln2+22-3=ln2+1>0,
∴f(1)·f(2)<0,
又f(x)=lnx+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.
综上,函数f(x)有2个零点.
[答案] B
判断函数零点个数的3个方法
(1)直接法:直接求出函数的零点进行判断.
(2)图象法:结合函数图象进行判断,即转化为两函数图象的交点个数问题.
(3)单调性法:借助函数的单调性进行判断.若函数f(x)在区间[a,b]上的图象是一条连续不断的曲线,且在区间(a,b)上单调,满足f(a)·f(b)<0,则函数f(x)在区间(a,b)上有且仅有一个零点,如图所示.
[针对训练]
5.函数f(x)=(x-1)(x2+3x-10)的零点个数是( )
A.1B.2
C.3D.4
[解析] ∵f(x)=(x-1)(x2+3x-10)
=(x-1)(x+5)(x-2),
∴由f(x)=0得x=-5或x=1或x=2.故函数f(x)的零点有3个.选C.
[答案] C
6.函数f(x)=2x|lg0.5x|-1的零点个数为( )
A.1B.2
C.3D.4
[解析]
令f(x)=2x|lg0.5x|-1=0,可得|lg0.5x|=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x.
设g(x)=|lg0.5x|,h(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x,在同一坐标系下分别画出函数g(x),h(x)的图象,可以发现两个函数图象一定有2个交点,因此函数f(x)有2个零点.
[答案] B
课堂归纳小结
1.函数的零点
(1)函数的零点是一个实数,当自变量取该值时,其函数值等于零.
(2)根据函数零点定义可知,函数f(x)的零点就是f(x)=0的解,因此判断一个函数是否有零点,有几个零点,就是判断方程f(x)=0是否有实数解,有几个实数解.
(3)函数F(x)=f(x)-g(x)的零点就是方程f(x)=g(x)的实数解,也就是函数y=f(x)的图象与y=g(x)的图象交点的横坐标.
2.判断函数y=f(x)零点的存在性的两个条件
(1)函数的图象在区间[a,b]上是一条连续不断的曲线.
(2)由f(a)·f(b)<0就可判断函数y=f(x)在区间(a,b)内至少有一个零点.
但应用时应注意以下问题:
①并非函数所有的零点都能用这种方法找到.如y=x2的零点在x=0附近就没有这样的区间.只有函数值在零点的左右两侧异号时才能用这种方法.
②利用上述结论只能判别函数y=f(x)在区间(a,b)上零点的存在性,但不能确定其零点的个数.
1.函数y=4x-2的零点是( )
A.2B.(-2,0)
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),0)) D.eq \f(1,2)
[解析] 令y=4x-2=0,得x=eq \f(1,2).
∴函数y=4x-2的零点为eq \f(1,2).
[答案] D
2.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)=0一定有两实数解
D.方程f(x)=0可能无实数解
[解析] ∵函数f(x)的图象在(-1,3)上未必连续,故尽管f(-1)·f(3)<0,但未必函数y=f(x)在(-1,3)上有实数解.
[答案] D
3.函数y=lgx-eq \f(9,x)的零点所在的大致区间是( )
A.(6,7)B.(7,8)
C.(8,9)D.(9,10)
[解析] 因为f(9)=lg9-1<0,
f(10)=lg10-eq \f(9,10)=1-eq \f(9,10)>0,所以f(9)·f(10)<0,所以y=lgx-eq \f(9,x)在区间(9,10)上有零点,故选D.
[答案] D
4.函数f(x)=lnx+3x-2的零点个数是________.
[解析] 解法一:由f(x)=lnx+3x-2=0,得lnx=2-3x,设g(x)=lnx,h(x)=2-3x,图象
如图所示,两个函数的图象有一个交点,故函数f(x)=lnx+3x-2有一个零点.
解法二:函数f(x)在(0,+∞)单调递增,且feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e)))=eq \f(3,e)-3<0,
f(1)=1>0,所以函数f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e),1))内有唯一零点.
[答案] 1
5.已知函数f(x)=2x-x2,问方程f(x)=0在区间[-1,0]内是否有解,为什么?
[解] 因为f(-1)=2-1-(-1)2=-eq \f(1,2)<0,
f(0)=20-02=1>0,
而函数f(x)=2x-x2的图象是连续曲线,所以f(x)在区间[-1,0]内有零点,即方程f(x)=0在区间[-1,0]内有解.
课内拓展 课外探究
一元二次方程根的分布情况
依据函数零点与方程实数根的联系,可以用函数零点的存在性定理及二次函数f(x)=ax2+bx+c(a≠0)的图象来讨论一元二次方程ax2+bx+c=0的实数根的分布情况.
设x1,x2是一元二次方程ax2+bx+c=0(a,b,c∈R,且a>0)的两实数根,则x1,x2的分布情况与一元二次方程的系数之间的关系如下表:(m,n,p为常数,且m
(1)若方程有两实根,其中一实根在区间(-1,0)内,另一实根在区间(1,2)内,求m的取值范围;
(2)若方程有两个不相等的实根,且均在区间(0,1)内,求m的取值范围.
[解]
(1)令f(x)=x2+2mx+2m+1,依题意得函数f(x)=x2+2mx+2m+1的图象与x轴的交点分别在区间(-1,0)和(1,2)内,画出函数的大致图象如右图所示.
由图象得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(f-1=2>0,,f0=2m+1<0,,f1=4m+2<0,,f2=6m+5>0,))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m<-\f(1,2),,m<-\f(1,2),,m>-\f(5,6),)) ∴-eq \f(5,6)
(2)根据函数图象与x轴的两个交点均在区间(0,1)内,画出函数的大致图象如右图所示.
由图象得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Δ>0,,0<-m<1,,f0>0,,f1>0,))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m>1+\r(2)或m<1-\r(2),,-1
[点评] 解决一元二次方程根的分布问题,要利用数形结合思想,根据判别式、对称轴、区间端点的函数值的正负等情况进行求解.
课后作业(三十四)
复习巩固
一、选择题
1.已知二次函数y=ax2+bx+c,ac<0,则函数的零点个数是( )
A.1B.2
C.0D.无法确定
[解析] 因为ac<0,所以b2-4ac>0,所以二次方程ax2+bx+c=0有两个不等的实根,故函数有2个零点.
[答案] B
2.下列函数不存在零点的是( )
A.y=x-eq \f(1,x)B.y=eq \r(2x2-x-1)
C.y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x+1,x≤0,,x-1,x>0))D.y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x+1,x≥0,,x-1,x<0))
[解析] 由x-eq \f(1,x)=0,得x=±1,故选项A不适合;由2x2-x-1=0得x=1或x=-eq \f(1,2),故选项B不适合;由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x+1=0,,x≤0))得x=-1,eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x-1=0,,x>0))得x=1,故选项C不适合;选项D中函数无零点.故选D.
[答案] D
3.函数f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x-x+2的零点所在的一个区间是( )
A.(-1,0)B.(0,1)
C.(1,2)D.(2,3)
[解析] 由f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x-x+2,得f(2)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))2-2+2>0,f(3)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))3-3+2<0,∴f(2)·f(3)<0,∴函数的零点在(2,3)内.
[答案] D
4.若函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线,则下列说法正确的是( )
A.若f(a)·f(b)>0,则不存在实数c∈(a,b)使得f(c)=0
B.若f(a)·f(b)<0,则只存在一个实数c∈(a,b)使得f(c)=0
C.若f(a)·f(b)>0,则有可能存在实数c∈(a,b)使得f(c)=0
D.若f(a)·f(b)<0,则有可能不存在实数c∈(a,b)使得f(c)=0
[解析] 当零点在区间(a,b)内时,f(a)·f(b)>0也可能成立,因此A不正确,C正确;若y=f(x)满足零点存在性定理的两个条件,则在该区间内必存在零点,但个数不能确定,故B,D都不正确.
[答案] C
5.方程lg3x+x=3的解所在的区间为( )
A.(0,2)B.(1,2)
C.(2,3)D.(3,4)
[解析] 令f(x)=lg3x+x-3,则f(2)=lg32+2-3=lg3eq \f(2,3)<0,f(3)=lg33+3-3=1>0,所以方程lg3x+x=3的解所在的区间为(2,3).
[答案] C
二、填空题
6.函数y=x2-4的零点是________.
[解析] 令x2-4=0,解得x=±2,所以函数y=x2-4的零点是±2.
[答案] ±2
7.若f(x)=x+b的零点在区间(0,1)内,则b的取值范围为________.
[解析] 解法一:∵f(x)=x+b是增函数,又f(x)=x+b的零点在区间(0,1)内,∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(f0<0,,f1>0.))∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(b<0,,1+b>0.))∴-1解法二:由x+b=0得x=-b,又f(x)=x+b的零点在区间(0,1)内.∴0<-b<1,∴-1[答案] (-1,0)
8.函数f(x)=lg2x+2x-7的零点个数为________,它的一个大致区间是________.
[解析]
设y1=lg2x,y2=-2x+7,可将y1,y2的图象作出,
由图可知y1与y2只有一个交点,则lg2x+2x-7=0只有一个实数根,∴函数f(x)只有一个零点.
∵f(2)=lg22+22-7=-2<0,
f(3)=lg23+23-7=lg23+1>0,
∴f(2)·f(3)<0,∴零点的一个大致区间为(2,3).
[答案] 1 (2,3)
三、解答题
9.判断下列函数是否存在零点,如果存在,请求出.
(1)f(x)=eq \f(x+3,x);
(2)f(x)=x2+2x+4;
(3)f(x)=1-lg3x;
(4)f(x)=(2x-3)(x2-4).
[解] (1)令eq \f(x+3,x)=0,解得x=-3,
所以函数f(x)=eq \f(x+3,x)存在零点,且零点为x=-3.
(2)令x2+2x+4=0,由于Δ=22-4×1×4=-12<0,
所以方程x2+2x+4=0无实数根,
所以函数f(x)=x2+2x+4不存在零点.
(3)令1-lg3x=0,解得x=3,
所以函数f(x)=1-lg3x存在零点,且零点为x=3.
(4)令(2x-3)(x2-4)=0,得2x=3或x2=4,所以x=lg23或x=±2,
所以函数f(x)=(2x-3)(x2-4)存在零点,且零点为lg23,2与-2.
10.求函数f(x)=lnx-|x-2|的零点个数.
[解] 令f(x)=0,得lnx-|x-2|=0,
即lnx=|x-2|,
令y1=lnx,y2=|x-2|.
在同一坐标系中作出函数y1=lnx和y2=|x-2|的图象,如图所示.
由两图象有2个交点,可知函数f(x)=lnx-|x-2|有2个零点.
综合运用
11.若x0是方程eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x=的解,则x0属于区间( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,3),1)) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(2,3)))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3),\f(1,2))) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,3)))
所以feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))·feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))<0,
故函数f(x)的零点所在的区间为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3),\f(1,2))),
即方程eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x=的解x0属于区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3),\f(1,2))).
[答案] C
12.函数f(x)=2x-eq \f(2,x)-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)
[解析] 根据指数函数和反比例函数的性质可知函数f(x)=2x-eq \f(2,x)-a在区间(1,2)内是增函数,又函数f(x)=2x-eq \f(2,x)-a的一个零点在区间(1,2)内,所以f(1)<0,且f(2)>0,求解可得0[答案] C
13.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
[解析] ∵f(x)=(x-a)(x-b)+(x-b)(x-c)+
(x-c)(x-a),
∴f(a)=(a-b)(a-c),f(b)=(b-c)(b-a),
f(c)=(c-a)(c-b),
∵a0,f(b)<0,f(c)>0,
∴f(x)的两个零点分别位于区间(a,b)和(b,c)内.
[答案] A
14.已知函数f(x)=mx2+2x-1有且仅有一个正实数的零点,则实数m的取值范围是________________.
[解析] 当m=0时,零点为x=eq \f(1,2),满足题意.
当m≠0时,Δ=4+4m≥0,解得m≥-1且m≠0,
设x1,x2是函数的两个零点,则x1+x2=-eq \f(2,m),x1x2=-eq \f(1,m).
若m=-1,函数只有一个零点1,满足题意;
若-1
综上,实数m的取值范围是{-1}∪[0,+∞).
[答案] {-1}∪[0,+∞)
15.若函数f(x)=|x2-2x|-a有4个零点,求实数a的取值范围.
[解] 函数f(x)=|x2-2x|-a的零点就是方程
|x2-2x|-a=0的解.
由|x2-2x|-a=0,得|x2-2x|=a.
在平面直角坐标系中,画出函数y=|x2-2x|的图象,再作出直线y=a,使它们有4个交点,如图,
则实数a的取值范围是(0,1).
高中数学人教A版 (2019)必修 第一册第四章 指数函数与对数函数4.5 函数的应用(二)学案: 这是一份高中数学人教A版 (2019)必修 第一册第四章 指数函数与对数函数4.5 函数的应用(二)学案,共3页。
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2020-2021学年第四章 指数函数与对数函数4.5 函数的应用(二)学案及答案: 这是一份2020-2021学年第四章 指数函数与对数函数4.5 函数的应用(二)学案及答案,共7页。