2018版高考数学二轮复习第1部分重点强化专题专题6函数与导数第15讲函数与方程教学案理科word版含答案
- 格式:doc
- 大小:258.00 KB
- 文档页数:10
第15讲 函数与方程题型1 函数零点个数的判断(对应学生用书第50页)■核心知识储备………………………………………………………………………·1.零点存在性定理如果函数y =f (x )在区间[a ,b ]上的图象是连续不断的一条曲线,且有f (a )·f (b )<0,那么,函数y =f (x )在区间(a ,b )内有零点,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.函数的零点与方程根的关系函数F (x )=f (x )-g (x )的零点就是方程f (x )=g (x )的根,即函数y =f (x )的图象与函数y =g (x )的图象交点的横坐标.■典题试解寻法………………………………………………………………………·【典题1】 (考查数形结合法判断函数的零点个数)已知定义在R 上的函数f (x )满足:①图象关于(1,0)点对称;②f (-1+x )=f (-1-x );③当x ∈[-1,1]时,f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧ 1-x 2,x ∈[-1,0],cos π2x ,x ∈ 0,1],则函数y =f (x )-⎝ ⎛⎭⎪⎫12|x |在区间[-3,3]上的零点个数为( )A .5B .6C .7D .8 [思路分析] 函数y =f (x )-⎝ ⎛⎭⎪⎫12|x |在区间[-3,3]上的零点个数――――→等价转化函数y =f (x )与函数y =⎝ ⎛⎭⎪⎫12|x |在[-3,3]上的图象交点个数―――――→数形结合下结论. [解析] 因为f (-1+x )=f (-1-x ),所以函数f (x )的图象关于直线x =-1对称,又函数f (x )的图象关于点(1,0)对称,如图,画出f (x )以及g (x )=⎝ ⎛⎭⎪⎫12|x |在[-3,3]上的图象.由图可知,两函数图象的交点个数为5,所以函数y =f (x )-⎝ ⎛⎭⎪⎫12|x |在区间[-3,3]上的零点个数为5,故选A.[答案] A 【典题2】 (考查应用零点存在性定理判断函数的零点个数)已知函数f n (x )=x ln x -x 2n (n ∈N *,e =2.718 28…为自然对数的底数).(1)求曲线y =f 1(x )在点(1,f 1(1))处的切线方程;(2)讨论函数f n (x )的零点个数.【导学号:07804105】[解] (1)因为f 1(x )=x ln x -x 2,所以f 1′(x )=ln x +1-2x ,所以f 1′(1)=1-2=-1.又f 1(1)=-1,所以曲线y =f 1(x )在点(1,f 1(1))处的切线方程为y +1=-(x -1),即y =-x . (2)令f n (x )=0,得x ln x -x 2n=0(n ∈N *,x >0), 所以n ln x -x =0.令g (x )=n ln x -x ,则函数f n (x )的零点与函数g (x )=n ln x -x 的零点相同. 因为g ′(x )=n x -1=n -x x,令g ′(x )=0,得x =n , 所以当x >n 时,g ′(x )<0;当0<x <n 时g ′(x )>0,所以函数g (x )在区间(0,n ]上单调递增,在区间[n ,+∞)上单调递减.所以函数g (x )在x =n 处有最大值,且g (n )=n ln n -n .①当n =1时,g (1)=ln 1-1=-1<0,所以函数g (x )=n ln x -x 的零点个数为0; ②当n =2时,g (2)=2ln 2-2<2ln e -2=0,所以函数g (x )=n ln x -x 的零点个数为0;③当n ≥3时,g (n )=n ln n -n =n (ln n -1)≥n (ln 3-1)>n (ln e -1)=0, 因为g (e 2n )=n ln e 2n -e 2n <2n 2-4n =2n 2-(1+3)n <2n 2-⎣⎢⎡⎦⎥⎤1+3n +n n -1 2×9<2n 2-[1+3n +3n (n -1)]=-n 2-1<0,且g (1)<0,所以由函数零点的存在性定理,可得函数g (x )=n ln x -x 在区间(1,n )和(n ,+∞)内都恰有一个零点.所以函数g (x )=n ln x -x 的零点个数为2.综上所述,当n =1或n =2时,函数f n (x )的零点个数为0;当n ≥3且n ∈N *时,函数f n (x )的零点个数为2.[类题通法]1.求函数零点个数的两种方法:1 由函数零点存在性定理,结合函数的单调性判断;2 由函数的单调性及函数极值的正负来确定.2.零点个数的讨论,对于不可求的零点,需要通过方程转化为初等函数的交点个数判断.3.零点讨论中的参数,针对参数的讨论有两个方向:一是方程根的个数;二是参数对构造的初等函数图象形状的影响.■对点即时训练………………………………………………………………………·1.已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧ 2x +22,x ≤1|log 2 x -1 |,x >1,则函数F (x )=f [f (x )]-2f (x )-32的零点个数是( )A .4B .5C .6D .7 A [(数形结合思想)令f (x )=t ,则函数F (x )可化为y =f (t )-2t -32,则函数F (x )的零点问题可转化为方程f (t )-2t -32=0有根的问题.令y =f (t )-2t -32=0,即f (t )=2t +32,如图(1),由数形结合得t 1=0,1<t 2<2,如图(2),再由数形结合得,当f (x )=0时,x =2,有1个解,当f (x )=t 2时,有3个解,所以F (x )=f [f (x )]-2f (x )-32共有4个零点. 故选A.]图(1) 图(2)2.函数f (x )=⎝ ⎛⎭⎪⎫1+x -x 22+x 33-x 44+…-x 2 0162 016+x 2 0172 017cos 2x 在区间[-3,3]上零点的个数为( )A .3B .4C .5D .6C [设函数g (x )=1+x -x 22+x 33-x 44+…-x 2 0162 016+x 2 0172 017,h (x )=cos 2x ,则f (x )=g (x )h (x ),g ′(x )=1-x +x 2-x 3+…-x 2 015+x 2 016=(1-x )+x 2(1-x )+…+x 2 014(1-x )+x2 016.当-3≤x ≤1时,显然g ′(x )≥0;g ′(x )=1+x (x -1)+x 3(x -1)+…+x 2 015(x -1),当1<x ≤3时,显然g ′(x )>0,所以g (x )在区间[-3,3]上是增函数,又g (-1)<0,g (0)=1>0,所以g (x )在区间[-3,3]上有且只有1个零点x 0∈(-1,0),且x 0≠-π4.h (x )=cos 2x 在区间[-3,3]上有4个零点:-3π4,-π4,π4,3π4,所以函数f (x )=g (x )h (x )在区间[-3,3]上有5个零点.]■题型强化集训………………………………………………………………………·(见专题限时集训T 2、T 5、T 6、T 13、T 14)题型2 已知函数的零点个数求参数的取值范围(对应学生用书第51页)■核心知识储备………………………………………………………………………·已知函数有零点(方程有根或图象有交点)求参数的值或取值范围常用的方法:①直接法:直接根据题设条件构建关于参数的方程或不等式,再通过解方程或不等式确定参数的值或取值范围.②分离参数法:先将参数分离,转化成求函数最值问题加以解决.③数形结合法:在同一平面直角坐标系中画出函数的图象,然后数形结合求解. ■典题试解寻法………………………………………………………………………·【典题1】 (考查已知函数的零点个数求参数范围)(2017·太原二模)已知f (x )=x 2e x ,若函数g (x )=f 2(x )-kf (x )+1恰有四个零点,则实数k 的取值范围是( )A .(-∞,-2)∪(2,+∞) B.⎝ ⎛⎭⎪⎫2,4e 2+e 24 C.⎝ ⎛⎭⎪⎫8e 2,2 D .⎝ ⎛⎭⎪⎫4e 2+e 24,+∞ [思路分析] f (x )=x 2e x ―――――→求f ′ x 画f (x )的图象――――――→令f x =t 数形结合g (x )有四个零点――――→等价转化方程t 2-kt +1=0在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,4e 2和⎝ ⎛⎭⎪⎫4e 2,+∞各有1解――――――――→二次函数根的分布实数k 的取值范围.[解析] (数形结合思想)f ′(x )=x e x (x +2),令f ′(x )>0,得f (x )的单调递增区间为(-∞,-2),(0,+∞),令f ′(x )<0,得f (x )的单调递减区间为(-2,0),所以f (-2)=4e -2>0为函数f (x )的极大值,f (0)=0为函数f (x )的极小值,故f (x )≥0,作出其函数图象如图所示.因为函数g (x )=f 2(x )-kf (x )+1恰有四个零点,令f (x )=t ,则关于t 的方程t 2-kt +1=0有两个不相同的根,记为t 1,t 2,且0<t 1<4e-2,4e -2<t 2,所以⎩⎪⎨⎪⎧ Δ=k 2-4>016e -4-4k e -2+1<0,解得k >4e 2+e 24,故选D. [答案] D【典题2】 (考查已知方程根的个数求参数范围)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧ |x |,x ≤m ,x 2-2mx +4m ,x >m ,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________.【导学号:07804106】[思路分析] 方程f (x )=b 有三个不同的根――――→等价转化函数f (x )与函数y =b 有三个不同的交点――――→分类讨论依据m 的取值画函数f (x )的图象――――→数形结合求m 的取值范围.[解析] f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧ |x |,x ≤m ,x 2-2mx +4m ,x >m ,当x >m 时,f (x )=x 2-2mx +4m =(x -m )2+4m -m 2,其顶点为(m,4m -m 2);当x ≤m 时,函数f (x )的图象与直线x =m 的交点为Q (m ,m ).①当⎩⎪⎨⎪⎧ m >0,4m -m 2≥m ,即0<m ≤3时,函数f (x )的图象如图(1)所示,易得直线y =b 与函数f (x )的图象有一个或两个不同的交点,不符合题意;②当⎩⎪⎨⎪⎧ 4m -m 2<m ,m >0,即m >3时,函数f (x )的图象如图(2)所示,则存在实数b 满足4m -m 2<b ≤m ,使得直线y =b 与函数f (x )的图象有三个不同的交点,符合题意.综上,m 的取值范围为(3,+∞).图(1) 图(2)[答案] (3,+∞)【典题3】 (考查导数在函数零点中的应用)(2016·全国Ⅰ卷节选)已知函数f (x )=(x -2)e x +a (x -1)2有两个零点,求a 的取值范围.[思路分析] 求f ′(x )――――――――――→分a =0,a >0,a <0求函数的单调性及极值――――――→由f x 有2个零点确定a 的取值范围.[解] f ′(x )=(x -1)e x +2a (x -1)=(x -1)(e x +2a ).①设a =0,则f (x )=(x -2)e x ,f (x )只有一个零点.②设a >0,则当x ∈(-∞,1)时,f ′(x )<0;当x ∈(1,+∞)时,f ′(x )>0,所以f (x )在(-∞,1)内单调递减,在(1,+∞)内单调递增.又f (1)=-e ,f (2)=a ,取b 满足b <0且b <ln a 2, 则f (b )>a 2(b -2)+a (b -1)2=a ⎝⎛⎭⎪⎫b 2-32b >0, 故f (x )存在两个零点.③设a <0,由f ′(x )=0得x =1或x =ln(-2a ).若a ≥-e 2,则ln(-2a )≤1,故当x ∈(1,+∞)时,f ′(x )>0,因此f (x )在(1,+∞)内单调递增.又当x ≤1时,f (x )<0,所以f (x )不存在两个零点.若a <-e 2,则ln(-2a )>1,故当x ∈(1,ln(-2a ))时,f ′(x )<0; 当x ∈(ln(-2a ),+∞)时,f ′(x )>0.因此f (x )在(1,ln(-2a ))内单调递减,在(ln(-2a ),+∞)内单调递增.又当x ≤1时,f (x )<0,所以f (x )不存在两个零点.综上,a 的取值范围为(0,+∞).[类题通法]已知函数的零点个数求参数取值范围问题的关键有以下几点:一是将原函数的零点个数问题转化为方程根的个数问题,并进行适当化简、整理;二是构造新的函数,把方程根的个数问题转化为新构造的两个函数的图象交点个数问题;三是对新构造的函数进行画图;四是观察图象,得参数的取值范围.■对点即时训练………………………………………………………………………·1.设[x ]表示不小于实数x 的最小整数,如[2.6]=3,[-3.5]=-3.已知函数f (x )=[x ]2-2[x ],若函数F (x )=f (x )-k (x -2)+2在(-1,4]上有两个零点,则实数k 的取值范围是( )A.⎣⎢⎡⎭⎪⎫-52,-1∪[2,5) B.⎣⎢⎡⎭⎪⎫-1,-23∪[5,10) C.⎝ ⎛⎦⎥⎤-43,-1∪[5,10) D.⎣⎢⎡⎦⎥⎤-43,-1∪[5,10) B [令F (x )=0,得f (x )=k (x -2)-2,作出函数y =f (x )和y =k (x -2)-2的图象如图所示.若函数F (x )=f (x )-k (x -2)+2在(-1,4]上有两个零点,则函数f (x )和g (x )=k (x -2)-2的图象在(-1,4]上有两个交点.因为g (x )过定点P (2,-2),经计算可得k PA =5,k PB =10,k PO =-1,k PC =-23,所以k 的取值范围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫-1,-23∪[5,10).故选B.] 2.已知函数f (x )=e x ,若关于x 的不等式[f (x )]2-2f (x )-a ≥0在[0,1]上有解,则实数a的取值范围为________.【导学号:07804107】(-∞,e 2-2e] [由[f (x )]2-2f (x )-a ≥0在[0,1]上有解,可得a ≤[f (x )]2-2f (x ),即a ≤e 2x -2e x .令g (x )=e 2x -2e x (0≤x ≤1),则a ≤g (x )max ,因为0≤x ≤1,所以1≤e x ≤e,则当e x =e ,即x =1时,g (x )max =e 2-2e ,即a ≤e 2-2e ,故实数a 的取值范围是(-∞,e 2-2e].]■题型强化集训…………………………………………………………………·(见专题限时集训T 1、T 3、T 4、T 7、T 8、T 9、T 10、T 11、T 12)三年真题| 验收复习效果(对应学生用书第52页)1.(2017·全国Ⅲ卷)已知函数f (x )=x 2-2x +a (ex -1+e -x +1)有唯一零点,则a =( )A .-12B .13C .12D .1 C [法一:(换元法)f (x )=x 2-2x +a (ex -1+e -x +1)=(x -1)2+a [e x -1+e -(x -1)]-1, 令t =x -1,则g (t )=f (t +1)=t 2+a (e t +e -t )-1.∵g (-t )=(-t )2+a (e -t +e t )-1=g (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,。