数形结合法在函数零点问题中的应用(新)
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数形结合法在函数零点问题中的应用
高三数学组 2017年3月15日
【教学目标】函数的零点一直是近年来全国各地高考卷上的热点,因其综合性强,让很多同学感到困难。本文通过对高考试卷中有关零点问题的研究,来说明如何将数形结合思想运用于函数零点的问题中,使零点问题变得直观形象,从而有效地将问题解决。
1
2
通例1
A. 在区间
1
(,1)
e
,(1,)e内均有零点
B. 在区间
1
(,1)
e
,(1,)e内均无零点
C. 在区间
1
(,1)
e
内有零点,(1,)e内无零点
D. 在区间
1
(,1)
e
内无零点,(1,)e内有零点
解1:113'()33x f x x x -=-=,()f x 在1(,)e e 单调递减,11()103f e e
=+>,1(1)03f =>,()103e f e =-<,由零点存在定理知,区间1(,1)e
内无零点,(1,)e 内有零点。
解2:令()0f x =,得1ln 3x x =,作出函数13
y x =和ln y x =的图象,如右图,显然在区间1(,1)e
内无零点,(1,)e 内有零点。
例2、设1()2,0()222,0
x x f x x x ⎧-≤⎪=⎨⎪->⎩,则()y f x x =-的零点个数是__2____。
解:作出函数()y f x =和y x =的图象,如右图,由图可知直线
y x =与函数()f x 的图象有两个交点,所以()y f x x =-有2个零点。
例3、已知函数2,0()ln(1),0
x ax x f x x x ⎧+≤=⎨+>⎩,()2()F x f x x =-有2个零点,则实数a 的
取值范围是_______________。1(,]2
-∞ 解1: 0x >时,()2()2ln(1)F x f x x x x =-=+-,则21'()111x F x x x
-=-=++ ∴当01x <<,()F x 单调递增;当1x >,()F x 单调递减;
而max (0)0,()(1)0F F x F ==>,(4)2ln540F =-<,此时有1个零点;
0x ≤时,()F x ,只有1个零点 ,则222x ax x +=的根为0或正数,
由22(21)0x a x +-=解得1202a x x -==或,120a ∴-≥,解得12
a ≤。
解2:令()0F x =,得()2x f x =
,作出()y f x =和2
x y =的图象 ∴当0x <时,22x x ax +>恒成立,12a x ∴<-,12a ∴≤
例4、若函数1,0()ln ,0
kx x f x x x +≤⎧=⎨>⎩则当0k >时,函数[()]1y f f x =+的零点个数为( D )
A.1
B.2
C.3
D.4
解:令()f x t =,若[()]10y f f x =+=,则
()1f t =-则1()(,0)f x t =∈-∞,2()(0,1)f x t =∈
对于1()f x t =存在两个零点;
对于2()f x t =存在两个零点;
综上可知,函数[()]1y f f x =+有4个零点。
例5、设2()(2)x x f x x e ae -=-+,()22g x a x =-(e 为自然对数的底数),若关于x 的方程()()f x g x =有且仅有6个不同的实数解,则实数a 的取值范围是( D )
A. 2
(,)21
e e +∞- B. (,)e +∞ C. (1,)e D. 2(1,)21e e - 解:由()()
f x
g x =得2(2)22x x x e ae a x --+=-
即22(2)220x x x e a x e a ---+=
令2()x t x e h x =-=,则2
20t at a -+= (2),2()(2),2x x x e x h x x e x ⎧-≥⎪=⎨-<⎪⎩,(1),2'()(1),2
x x x e x h x x e x ⎧-≥⎪=⎨-<⎪⎩ ()h x 的大致图象如右图:
∴方程220t at a -+=在(0,)e 上有两个不同的解12,t t 时可以满足题意
则24400()20
a a t a e t e e ae a ⎧∆=->⎪<=<⎨⎪=-+>⎩对解得2
121e a e <<-
【归纳小结】
1、解决此类问题的关键是数形结合;
2、还应把握两类知识:
(1) 灵活构造函数;
(2) 图象的各类变换:平移、伸缩、对称、周期性变换等。
【教学反思】数形结合思想是高中数学常用思想方法之一,可以使某些抽象的数学问题直观化、形象化,变抽象思维为形象思维,有利于把握数学问题的本质.我国著名数学家华罗庚曾说过:“数缺形时少直观,形少数时难人微;数形结合百般好,隔离分家万事休”,可见数和形是数学中两个最主要的研究对象,它们之间有着十分密切的联系,在一定条件下,数和形之间可以相互转化,相互渗透.作为中学数学教师,在函数零点问题教学时渗透数形结合的思想,并在平时的训练中不断领悟和总结,可以促使学生在解决零点问题的能力上得到改善和提高!