2017_2018学年高中数学第二章函数2.4.1函数的零点学案新人教B版必修1(含答案)
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2.4.1 函数的零点
[学习目标] 1.理解函数零点的概念.2.会求一次函数、二次函数的零点.3.初步了解函数的零点、方程的根、函数图象与x轴交点的横坐标之间的关系.
[知识链接]
考查下列一元二次方程与对应的二次函数:
(1)方程x2-2x-3=0与函数y=x2-2x-3;
(2)方程x2-2x+1=0与函数y=x2-2x+1;
(3)方程x2-2x+3=0与函数y=x2-2x+3.
请列表表示出方程的根,函数的图象及图象与x轴交点的坐标.
答案
方程 x2-2x-3=0 x2-2x+1=0 x2-2x+3=0
函数 y=x2-2x-3 y=x2-2x+1 y=x2-2x+3
函数的图象
方程的实数根 x1=-1,x2=3 x1=x2=1 无实数根
函数的图象与x轴的交点 (-1,0),(3,0) (1,0) 无交点
[预习导引]
1.函数的零点
(1)定义:一般地,如果函数y=f(x)在实数α处的值等于零,即f(α)=0,则α叫做这个函数的零点.
(2)性质
①当函数图象通过零点且穿过x轴时,函数值变号.
②两个零点把x轴分为三个区间,在每个区间上所有函数值保持同号.
2.二次函数零点与二次方程实根个数的关系
判别式 y=ax2+bx+c(a≠0) ax2+bx+c=0(a≠0)
Δ>0 两个零点:
x=-b±b2-4ac2a 两不等实根:
x=-b±b2-4ac2a Δ=0 一个二重零点:
x=-b2a 两相等实根:
x=-b2a
Δ<0 无零点 无实根
要点一 求函数的零点
例1 求下列函数的零点:
(1)f(x)=-x2-2x+3;
(2)f(x)=x4-1.
解 (1)∵f(x)=-x2-2x+3=-(x+3)(x-1),
∴方程-x2-2x+3=0的两根分别是-3和1.
故函数的零点是-3,1.
(2)∵f(x)=x4-1=(x2+1)(x+1)(x-1),
∴方程x4-1=0的实数根是-1和1.
∴函数的零点为±1.
规律方法 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:对于不能用求根公式的方程f(x)=0,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.
跟踪演练1 求函数y=(ax-1)(x+2)的零点.
解
(1)当a=0时,令y=0得x=-2;
(2)当a≠0时,令y=0得,x=1a或x=-2.
①当a=-12时,函数的零点为-2;
②当a≠-12时,函数的零点为1a,-2.
综上所述:(1)当a=0或-12时,零点为-2;
(2)当a≠0且a≠-12时,零点为1a,-2.
要点二 函数零点个数的判断
例2 若函数f(x)=ax2-x-1仅有一个零点,求实数a的取值范围.
解 ①若a=0,则f(x)=-x-1为一次函数,易知函数仅有一个零点; ②若a≠0,则函数f(x)为二次函数,若其只有一个零点,则方程ax2-x-1=0仅有一个实数根(也可说成有两个相等的实数根),
故判别式Δ=1+4a=0,a=-14.
综上,当a=0或a=-14时,函数仅有一个零点.
规律方法 判断或求形如函数y=ax2+bx+c的零点时,首先对a分a≠0和a=0两种情况讨论,然后对a≠0的情况,利用判别式法判别相应一元二次方程根的情况,即可判断函数零点的情况.
跟踪演练2 判断下列函数的零点个数:
(1)f(x)=x2-7x+12;
(2)f(x)=x2-1x.
解 (1)由f(x)=0即x2-7x+12=0,
得Δ=49-4×12=1>0,
∴方程x2-7x+12=0有两个不等的实数根.
∴函数f(x)有两个零点.
(2)方法一 由x2-1x=0得x2=1x,
令h(x)=x2(x≠0),g(x)=1x,
在同一坐标系中画出h(x)和g(x)的图象知两图象只有一个交点,
故函数有一个零点.
方法二 令f(x)=0得x2-1x=0
即x3-1=0(x≠0),
∴x=1,即方程只有一个根.
∴函数有一个零点.
要点三 函数零点性质的应用
例3 已知关于x的二次方程ax2-2(a+1)x+a-1=0有两个根,且一个根大于2,另一个根小于2,试求实数a的取值范围.
解 令f(x)=ax2-2(a+1)x+a-1,依题意知,函数f(x)有两个零点,且一个零点大于2,一个零点小于2.
∴f(x)的大致图象如图所示:
则a应满足 a>0,f2<0或 a<0,f2>0,
即 a>0,4a-4a+1+a-1<0,
或 a<0,4a-4a+1+a-1>0,
解得0<a<5,
∴a的取值范围为(0,5).
规律方法 解决此类问题可设出方程对应的函数,根据函数的零点所在的区间分析区间端点函数值的符号,建立不等式,使问题得解.当函数解析式中含有参数时,要注意分类讨论.
跟踪演练3 已知关于x的二次方程x2+2mx+2m+1=0.若方程有两根,其中一根在区间(-1,0)内,另一根在区间(1,2)内,求m的取值范围.
解 由已知抛物线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,画出示意图,得
f0=2m+1<0,f-1=2>0,f1=4m+2<0,f2=6m+5>0⇒ m<-12,m∈R,m<-12,m>-56,
∴-56<m<-12,故m的取值范围是(-56,-12).
1.函数y=x2-4的图象与x轴的交点坐标及其函数的零点分别是( )