专题2.3导数中的零点问题
解决零点问题,需要采用数形结合思想,根据函数的图像或者趋势图像找出符合题意的条件即可,因此用导数判断出单调性作出函数图像或趋势图像至关重要。
一、能直接分离参数的零点题目
此类问题较为简单,分离之后函数无参数,则可作出函数的准确图像,然后上下移动参数的值,看直线与函数交点个数即可。
例1.已知函数(),()ln a f x x g x x x =+=,若关于x 的方程2()()2g x f x e x
=-只有一个实数根,求a 的值。
注意这里()h x 的单调性不是硬解出来的,因为你会发现'()h x 的式子很复杂,但是如果把()h x 当成两个函数的和,即2ln (),()2x m x n x x ex x
==-+,此时(),()m x n x 的单调性和极值点均相同,因此可以整体判断出()h x 的单调性和极值点。
所以21a e e
=+(注意:有一个根转化为图像只有一个交点即可)二、不能直接分离参数的零点问题(包括零点个数问题)
这里需要注意几个转化,以三次函数为例,若三次函数有三个不同的零点,则函数必定有两个极值点,且极大值和极小值之积为负数,例如()f x 在区间(0,1)上有零点,此时并不能确定零点的个数,只能说明至少有一个零点,若函数在区间上单调,只需要用零点存在性定理即可,但是若函数在区间上不单调,则意味着()f x 在区间(0,1)上存在极值点。
在解决此类问题时常用的知识是零点存在定理和极限的相关知识,但必不可少的是求出函数的趋势图像,然后根据趋势图像找符合零点问题的条件即可,这里需要说明一下,参数影响零点的个数问题主要有两个方向,一是参数影响单调性和单调区间的个数,二是参数影响函数的极值或最值,而通过这两个方向就可以影响函数的趋势图像,进而影响零点的个数,因此分类讨论思想在此类问题中必不可少。
例2.已知函数32()31f x ax x =-+,若()f x 存在唯一的零点0x ,且00x >,则a 的取值范围是
注意:如果不是的大题没必要分类讨论,做出符合题意的图像反推即可
例3.已知函数2()ln 2f x x x b x =++--在区间1[,]e e
上有两个不同零点,求实数b 的取值范围。
例4.已知函数32()f x x ax b
=++(1)讨论()f x 的单调性;
(2)若b c a =-,当函数()f x 有三个不同的零点时,a 的取值范围恰好是33(,3)(1,(,)22
-∞-⋃⋃+∞,求c 的值。
第一问很简单,但是是解决第二问必要的前提,第二问题目中函数有三个不同的零点,但是题目中有两个参数,类似于双参数问题解决方法,最后将两个参数中已知的那个作为自变量,然后转化为恒成立问题即可,三个零点意味着两个极值的积为负值,然后再根据不同的a 的取值转化为函数恒成立问题,通过函数的趋势图像即可解出符合题意的条件。
但是很多同学缺省最后检验的步骤,同时也不理解为什么需要验证,如果不验证,则即便满足有三个零点,此时的a 的取值范围也可以不是题目中给出的范围,注意这个恰字就说明了必须要进行最后的验证。
例5.已知函数2()1
x f x e ax bx =---(1)设()g x 是函数()f x 的导函数,求函数()g x 在区间[0,1]上的最小值;
(2)若(1)0f =,函数()f x 在区间(0,1)内有零点,求a 的取值范围。
总结:处理零点问题不管是处在函数的题目里面还是导数的题目里面,方法都是一样的,都是需要用到数
形结合思想,通过判断单调性,既可以大致的将函数的趋势图像都作出来,然后根据题目的要求作出合适的函数图像以及列出不等式即可。