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    2020高考数学理科大一轮复习导学案:第二章函数、导数及其应用2.8
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    2020高考数学理科大一轮复习导学案:第二章函数、导数及其应用2.8

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    知识点一 函数的零点
    1.定义
    对于函数y=f(x)(x∈D),把使_f(x)=0成立的实数x叫做函数y=f(x)(x∈D)的零点.
    2.函数的零点与相应方程的根、函数的图象与x轴交点间的关系
    方程f(x)=0有实数根⇔函数y=f(x)的图象与x轴有交点⇔函数y=f(x)有零点.
    3.函数零点的判定(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,并且有_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.

    1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
    (1)函数的零点就是函数的图象与x轴的交点.( × )
    (2)函数y=f(x)在区间(a,b)内有零点(函数图象连续不断),则f(a)·f(b)<0.( × )
    (3)二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)在b2-4ac<0时没有零点.( √ )
    (4)f(x)=x2,g(x)=2x,h(x)=log2x,当x∈(4,+∞)时,恒有h(x) 2.(必修1P92A组第5题改编)函数f(x)=lnx-的零点所在的大致范围是( B )
    A.(1,2) B.(2,3)
    C.和(3,4) D.(4,+∞)
    解析:易知f(x)在(0,+∞)上为增函数,由f(2)=ln2-1<0,f(3)=ln3->0,得f(2)·f(3)<0.故选B.
    3.(必修1P88例1改编)函数f(x)=ex+3x的零点个数是( B )
    A.0 B.1
    C.2 D.3
    解析:由f′(x)=ex+3>0,所以f(x)在R上单调递增,又f(-1)=-3<0,f(0)=1>0,因此函数f(x)有且只有一个零点.
    知识点二 二分法
    1.二分法的定义
    对于在区间[a,b]上连续不断且_f(a)f(b)<0的函数y=f(x),通过不断地把函数f(x)的零点所在的区间一分为二,使区间的两个端点逐步逼近零点,进而得到零点近似值的方法叫做二分法.
    2.用二分法求函数f(x)零点近似值的步骤
    第一步,确定区间[a,b],验证_f(a)f(b)<0,给定精确度ε;
    第二步,求区间(a,b)的中点x1;
    第三步,计算f(x1);
    ①若_f(x1)=0,则x1就是函数的零点;
    ②若_f(a)f(x1)<0,则令b=x1(此时零点x0∈(a,x1));
    ③若_f(x1)f(b)<0,则令a=x1(此时零点x0∈(x1,b));
    第四步,判断是否达到精确度ε:即若|a-b|<ε,则得到零点近似值a(或b);否则重复第二、三、四步.
    温馨提示:用二分法求一个方程的近似解时,选择的区间可大可小,在同一精确度下,最好在满足|a-b|<ε的同时,再保证区间(a,b)的两个端点a,b在精确度ε下的近似值相同.这样所选的区间不同,但所得结果相同.

    4.下列函数图象与x轴均有交点,其中不能用二分法求图中函数零点的是( A )

    5.用二分法求函数f(x)=3x-x-4的一个零点,其参考数据如下:
    f(1.600 0)=0.200
    f(1.587 5)=0.133
    f(1.575 0)=0.067
    f(1.562 5)=0.003
    f(1.556 2)=-0.029
    f(1.550 0)=-0.060
     据此数据,可得f(x)=3x-x-4的一个零点的近似值(保留三位有效数字)为1.56.
    解析:由题意知,函数零点在区间(1.556 2,1.562 5)内,又零点近似值保留三位有效数字,故零点近似值为1.56.

    1.若连续不断的函数f(x)在定义域上是单调函数,则f(x)至多有一个零点.函数的零点不是一个“点”,而是方程f(x)=0的实根.
    2.函数零点存在定理是零点存在的一个充分不必要条件.
    3.“对勾”函数模型f(x)=x+(a>0)在区间(-∞,-]和[,+∞)上单调递增,在区间(-,0)和(0,)上单调递减.
     
    考向一 函数零点的判断与求解
    方向1 判断函数零点所在区间
    【例1】 (1)设x0是方程x=的解,则x0所在的范围是(  )
    A. B.
    C. D.
    (2)设f(x)=lnx+x-2,则函数f(x)的零点所在的区间为(  )
    A.(0,1) B.(1,2)
    C.(2,3) D.(3,4)

    (2)函数f(x)的零点所在的区间转化为函数g(x)=lnx,h(x)=-x+2图象交点的横坐标所在的范围.作图如下:可知f(x)的零点所在的区间为(1,2).故选B.

    【答案】 (1)D (2)B
    方向2 判断函数零点的个数
    【例2】 (1)f(x)=的零点个数为(  )
    A.3 B.2
    C.1 D.0
    (2)(2019·天津河东一模)函数f(x)=|x-2|-lnx在定义域内的零点的个数为(  )
    A.0 B.1
    C.2 D.3
    【解析】 (1)解法1:由f(x)=0得

    解得x=-2或x=e.
    因此函数f(x)共有2个零点.
    解法2:函数f(x)的图象如图所示,

    由图象知函数f(x)共有2个零点.
    (2)由题意可知f(x)的定义域为(0,+∞),在同一直角坐标系中画出函数y1=|x-2|(x>0),y2=lnx(x>0)的图象,如图所示.

    由图可知函数f(x)在定义域内的零点个数为2.
    【答案】 (1)B (2)C

     
    (1)解方程法:所对应方程f(x)=0有几个不同的实数解就有几个零点.
    (2)零点存在性定理法:利用零点存在性定理并结合函数的性质进行判断.
    (3)数形结合法:转化为两个函数的图象的交点个数问题.先画出两个函数的图象,看其交点的个数,其中交点的个数,就是函数零点的个数.

    1.(方向1)(2019·河南十校联考)命题p:- A.充分必要条件 B.充分不必要条件
    C.必要不充分条件 D.既不充分也不必要条件
    解析:由题意得函数f(x)=2x-+a在(1,2)上单调递增,又函数f(x)在(1,2)上有零点,
    ∴f(1)f(2)=(1+a)+a<0,
    解得- ∵,
    ∴p是q的必要不充分条件.故选C.
    2.(方向2)(2019·南宁摸底联考)设函数f(x)=lnx-2x+6,则f(x)零点的个数为( B )
    A.3 B.2
    C.1 D.0
    解析:解法1:令f(x)=0,则lnx=2x-6,令g(x)=lnx,h(x)=2x-6(x>0),在同一平面直角坐标系中画出这两个函数的图象,如图所示,两个函数图象的交点个数就等于函数f(x)零点的个数,容易看出函数f(x)零点的个数为2,故选B.

    解法2:函数f(x)=lnx-2x+6的定义域为(0,+∞).f′(x)=-2=,令f′(x)=0,得x=,当00,当x>时,f′(x)<0,所以函数f(x)在(0,)上单调递增,在(,+∞)上单调递减.因为f()=-4-<0,f()=5-ln2>0,f(e2)=8-2e2<0,所以函数f(x)在(,),(,e2)上各有一个零点,所以函数f(x)的零点个数为2,故选B.
    考向二 函数零点的应用
    方向1 二次函数的零点问题
    【例3】 函数f(x)=x2-ax+1在区间上有零点,则实数a的取值范围是(  )
    A.(2,+∞) B.[2,+∞)
    C. D.
    【解析】 当f·f(3)<0时,函数在区间上有且仅有一个零点,即·(10-3a)<0,解得 【答案】 D
    方向2 求参数的取值范围
    【例4】 (2018·全国卷Ⅰ)已知函数f(x)=
    g(x)=f(x)+x+a.若g(x)存在2个零点,则a的取值范围是(  )
    A.[-1,0) B.[0,+∞)
    C.[-1,+∞) D.[1,+∞)
    【解析】 函数g(x)=f(x)+x+a存在2个零点,即关于x的方程f(x)=-x-a有2个不同的实根,即函数f(x)的图象与直线y=-x-a有2个交点,作出直线y=-x-a与函数f(x)的图象,如图所示,

    由图可知,-a≤1,解得a≥-1,故选C.
    【答案】 C
    方向3 由函数零点探求函数的特征
    【例5】 (2019·石家庄质量检测)已知M是函数f(x)=e-8cos[π(-x)]在x∈(0,+∞)上的所有零点之和,则M的值为(  )
    A.3 B.6
    C.9 D.12
    【解析】 

    函数f(x)=e-8cos[π(-x)]在(0,+∞)上的所有零点之和,即e=8sinπx在(0,+∞)上的所有实数根之和,即e=8sinπx在(0,+∞)上的所有实数根之和.
    令g(x)=e,h(x)=8sinπx,易知函数g(x)=e的图象关于直线x=对称,函数h(x)=8sinπx的图象也关于直线x=对称,作出两个函数的大致图象,如图所示.由图象知,两个函数的图象有4个交点,且4个交点的横坐标之和为6,故选B.
    【答案】 B

     
    已知函数有零点(方程有根)求参数值常用的方法:
    (1)直接法,直接求解方程得到方程的根,再通过解不等式确定参数范围;
    (2)分离参数法,先将参数分离,转化成求函数值域问题加以解决;
    (3)数形结合法,先对解析式变形,在同一平面直角坐标系中,画出函数的图象,然后观察求解.

    1.(方向1)已知函数f(x)=2mx2-x-1在区间(-2,2)上恰有一个零点,则m的取值范围是( D )
    A. B.
    C. D.
    解析:当m=0时,函数f(x)=-x-1有一个零点x=-1,满足条件.当m≠0时,函数f(x)=2mx2-x-1在区间(-2,2)内恰有一个零点,需满足①f(-2)·f(2)<0或②或③
    解①得- ②无解,解③得m=.
    综上可知- 2.(方向2)已知函数f(x)=函数g(x)=f(x)-2x恰有三个不同的零点,则实数a的取值范围是( D )
    A.[-1,1) B.[0,2]
    C.[-2,2) D.[-1,2)
    解析:由题意知g(x)=因为g(x)有三个不同的零点,所以2-x=0在x>a时有一个解,由x=2得a<2;由x2+3x+2=0得x=-1或x=-2,则由x≤a得a≥-1.综上,a的取值范围为[-1,2).故选D.
    3.(方向3)(2019·惠州市调研考试)已知函数f(x)=若函数f(x)的图象上关于原点对称的点有2对,则实数k的取值范围是( D )
    A.(-∞,0) B.(0,)
    C.(0,+∞) D.(0,1)
    解析:依题意,函数f(x)的图象上存在关于原点对称的点,如图,可作出函数y=-ln(-x)(x<0)的图象关于原点对称的函数y=lnx(x>0)的图象,使得它与直线y=kx-1(x>0)的交点个数为2即可,当直线y=kx-1与y=lnx的图象相切时,设切点为(m,lnm),又y=lnx的导数为y′=,则解得可得切线的斜率为1,结合图象可知k∈(0,1)时,函数y=lnx的图象与直线y=kx-1有2个交点,即函数f(x)的图象上关于原点对称的点有2对,故选D.


     

    用换元法解决复合函数的零点问题
    关于复合函数方程f(g(x))=a的零点个数问题,可先换元解套t=g(x),则f(t)=a,g(x)=t,从而先由f(t)=a确定t的解(或取值范围),再由g(x)=t并数形结合确定x的解的个数.
    典例 已知函数f(x)=若关于x的函数y=f2(x)-bf(x)+1有8个不同的零点,则实数b的取值范围为(  )
    A.(2,8)         B.[2,)
    C.(2,] D.(2,8]
    【分析】 本题应先求方程t2-bt+1=0的根,设为t1,t2,再根据t1=f(x),t2=f(x)的解的个数确定函数y=f2(x)-bf(x)+1的零点个数.已知函数y=f2(x)-bf(x)+1有8个不同的零点,先确定两个实数t的范围,再转化为一元二次方程t2-bt+1=0根的分布问题来解决.
    【解析】 因为函数f(x)=
    作出f(x)的简图,如图所示.由图象可得,f(x)在(0,4]上任意取一个值,都有四个不同的x值与之对应.再结合题中函数y=f2(x)-bf(x)+1有8个不同的零点,可得关于t的方程t2-bt+1=0有两个不同的实数根t1,t2,且0 解得2
    【答案】 C

    归纳总结 本题结合图象可知,一元二次方程t2-bt+1=0的两个根00,另外t=0时的函数值为正,t=4时的函数值非负.当涉及二次方程根的分布问题时,一般结合图象从判别式、对称轴位置以及特殊点函数值的符号来讨论.

    若函数f(x)=x3+ax2+bx+c有极值点x1,x2,且f(x1)=x1,则关于x的方程3f2(x)+2af(x)+b=0的不同实根的个数是( A )
    A.3 B.4
    C.5 D.6
    解析:f′(x)=3x2+2ax+b,由极值点定义可得,x1,x2为3x2+2ax+b=0 ①的两根,观察到方程①与3f 2(x)+2af(x)+b=0结构完全相同,可得3f 2(x)+2af(x)+b=0的两根为f1(x)=x1,f2(x)=x2,其中f(x1)=x1.若x1x1=f(x1),所以y=f1(x)的图象与y=f(x)的图象有两个交点,而y=f2(x)的图象与y=f(x)的图象有一个交点,共计3个交点(如图(1)所示);


    若x1>x2,可判断出x1是极小值点,x2是极大值点,且f2(x)=x2

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