一箭何止双雕

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  【中图分类号】G633.6 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2012)07-0131-02
  在我们高中数学中常常遇到函数图象有交点,方程有根,函数有零点进而求参数取值范围或者探讨根(零点)的个数的问题。其实方程f(x)=0有实根?圳函数f(x)的图象与x轴有交点?圳函数f(x)有零点,即同一问题的三种不同的表达方式。解决该问题的方法就是画相应函数的图象。画函数图象的方法可谓一箭三雕。基本函数的图象我们可以一下就画出,但有些复杂函数的图象就要借助导数来研究。
  在高中文科数学中主要有以下两种题型:
  题型一:画基本函数的图象
  例1:判断方程3sin■x-log■x=0 的根的个数。
  解析:分别画出函数y=3sin■x和y=log■x的函数图象(x>0)(如右图)
  方法总结:转化成两个基本函数,两个函数图象的交点
  触类旁通:
  1.已知函数f(x)=2x+m2+m在(-∞, 1] 上有零点,求m的取值范围。
  2.已知方程2}x-1}+m=0有根,求m的取值范围。
  题型二:利用导数画函数的草图
  例2:若函数f(x)=ln(x+1)-x2-x, g(x)=-■x+b在[0, 2]上恰有2个不同的交点,求b的取值范围。
  变式1:把条件“在[0, 2]上恰有2个不同的交点”变成“在[0, 2]上恰有1个不同的交点”,结论如何?
  变式2:把条件“[0, 2]”去掉,结果如何?
  解:由于函数f(x)=ln(x+1)-x2-x, g(x)=-■x+b在[0, 2]上恰有2个不同的交点,即f(x)=g(x)在[0, 2]上恰有2个不同的实根。
  直接构造函数h(x)=f(x)-g(x)=ln(x+1)-x2+■x-b,
  即h(x)=f(x)-g(x)=ln(x+1)-x2+■x-b在[0, 2]上与x轴有2个交点
  则h′(x)=■-2x+■=■=■
  ∵x∈[0, 2] ∴4x+5>0, 2(x+1)>0
  令h′(x)>0则0<x<1,令h′(x)<0则1<x<2
  故h極大值=hmax(x)=h(1)=ln2+■-b而h(0)=-b, h(2)=ln3-1-b>h(0)=-b
  因此,hmax(x)=ln2+■-b,hmix(x)=-b。其函数h(x)=ln(x+1)-x2+■x-b草图为:
  故要使函数f(x)=ln(x+1)-x2-x,g(x)=-■x+b在[0, 2]上恰有2个不同的交点
  需满足h(1)>0且h(2)<0即ln2+■-b>0ln3-1-b<0
  所以b的取值范围为ln3-1≤b<■+ln2
  变式1:需满足h(1)=0或h(0)<0h(2)>0
  变式2:只需满足h(1)>0
  例3:已知函数f(x)=ax3+bx2-(3a+2b)x+3
  (1)若函数f(x)在x=2处的切线方程为3x+y-11=0,求函数f(x)的解析式;
  (2)在(2)的条件下,是否存在实数m,使得y=f(x)的图象与y=■f ′(x)+5x+m的图象有且只有三个不同的交点?若存在,求出m的取值范围;若不存在,说明理由。
  变式1:把条件“有且只有三个不同的交点”变成“有且只有一个不同的交点”结果如何?
  变式2:把条件“有且只有三个不同的交点”变成“有且只有两个不同的交点”结果如何?
  解:(2)解析略 f(x)=x3-6x2+9x+3
  (3)f ′(x)=3x2-12x+9由已知可转化为x3-6x2+9x+3=(x2-4x+3)+5x+m有三个不等实根,即g(x)=x3-7x2+8x-m与x轴有三个交点g′(x)=3x2-14x+8=(3x-2)(x-4)
  由上表值g极大值(x)=g(■)=■-m, g极小值(x)=g(4)=-16-m,其草图为:
  要使g(x)=x3-7x2+8x-m与x轴有三个交点,只需 g极小值(x)=-16-m<0g极大值(x)=■-m>0
  所以m的取值范围为-16<m<■
  变式1: g极大值(x)=■-m<0或g极小值(x)=-16-m>0
  变式2:g极大值(x)=■-m=0或g极小值(x)=-16-m=0
  方法总结:求较为复杂函数图象交点问题的步骤:
  第一步:构造新函数H(x)=f(x)-g(x)
  第二步:函数H(x)=f(x)-g(x)求导,研究其单调性,极值,最值和端点值。
  注意:若H(x)的定义域为R,仅仅研究其单调性,极值;
  若H(x)的定义域为某区间,研究其单调性,极值,最值和端点值。
  第三步:由第二步画函数图象的草图。
  第四步:根据题意列不等式组。
  触类旁通:
  1.已知函数f(x)=ax3+bx2+cx在x=±1处取得极值,且在x=0处的切线的斜率为-3,
  (1)求f(x)的解析式
  (2)若过点A(2, m)可作曲线y=f(x)的三条切线,求实数m的取值范围。
  2.已知函数f(x)=ax3+bx3+cx的极小值为-8,其导函数的图象开口向下且经过点(-2, 0), ■, 0,
  (1)求f(x)的解析式;
  (2)方程f(x)+p=0有唯一实数解,求p的取值范围;
  (3)若对x∈[-3, 3],函数y=f(x)与函数y=2m的图象有三个不同的交点,求m的取值范围。
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