数形结合处理二次方程根的分布问题的一般方法设f(x)=a x 2+bx+c(a ≠0),则f(x)=0即一元二次方程的实根分布问题,可依照三个二次间的关系按下述步骤解决:⑴画出符合题设要求(即f(x)=0的实根分布情形)的所有不同类型的抛物线;⑵分析概括上述抛物线的图形特征并将它转化为相应的不等式组(分别从开口方向, 与x 轴的交点,对称轴,端点与特殊点位置等角度综合考虑); ⑶简化上述不等式组并求解,以得到原问题的解答。
附:有关二次方程a x 2+bx+c=0(a ≠0)实根分布问题的数与形对应结论(设f(x)=a x 2+bx+c)设方程()200ax bx c a ++=≠的不等两根为12,x x 且12x x <,相应的二次函数为()20f x ax bx c =++=,方程的根即为二次函数图象与x 轴的交点,它们的分布情况见下面各表(每种情况对应的均是充要条件)表一:(两根与0的大小比较即根的正负情况)分布情况两个负根即两根都小于0()120,0x x << 两个正根即两根都大于0()120,0x x >>一正根一负根即一个根小于0,一个大于0()120x x <<大致图象a>0a<0得出的结论()00200b a a f ∆>⎧⎪⎪-<⎨⎪⋅>⎪⎩ ()00200b a a f ∆>⎧⎪⎪->⎨⎪⋅>⎪⎩ ()00<⋅f a表二:(两根与k 的大小比较)分布情况两根都小于k 即 k x k x <<21,两根都大于k 即 k x k x >>21,一个根小于k ,一个大于k 即21x k x <<大致图象(0>a )得出的结论()020bk a f k ∆>⎧⎪⎪-<⎨⎪>⎪⎩ ()020bk a f k ∆>⎧⎪⎪->⎨⎪>⎪⎩ ()0<k f大致图象(0<a )得出的结论()020bk a f k ∆>⎧⎪⎪-<⎨⎪<⎪⎩ ()020bk a f k ∆>⎧⎪⎪->⎨⎪<⎪⎩ ()0>k f综合结论(不讨论a )()020b k a a f k ∆>⎧⎪⎪-<⎨⎪⋅>⎪⎩ ()020b k a a f k ∆>⎧⎪⎪->⎨⎪⋅>⎪⎩ ()0<⋅k f akkk表三:(根在区间上的分布)分布情况两根都在()nm,内仅一根在()nm,内(另一根不为m,n)两根分别()nm,与()qp,内,两根分别在区间()nm,外大致图象(0 > a)得出的结论()()2f mf nbm na∆>⎧⎪>⎪⎪>⎨⎪⎪<-<⎪⎩()()0<⋅nfmf()()()()f mf nf pf q⎧>⎪<⎪⎨<⎪⎪>⎩()()f mf n<⎧⎪⎨<⎪⎩大致图象(0 < a)得出的结论()()2f mf nbm na∆>⎧⎪<⎪⎪<⎨⎪⎪<-<⎪⎩()()0<⋅nfmf()()()()f mf nf pf q⎧<⎪>⎪⎨>⎪⎪<⎩()()f mf n>⎧⎪⎨>⎪⎩综合结论(不讨论a )()()>0<-<2f m f nbm na⎧⎪>⎪⎨⎪⎪⎩()()0<⋅nfmf()()()()⎪⎩⎪⎨⎧<<qfpfnfmf()()>0f m f n对以上的根的分布表中一些特殊情况作说明: (1)两根有且仅有一根在()n m ,内有以下特殊情况:1︒ 若()0f m =或()0f n =,则此时()()0f m f n < 不成立,但对于这种情况是知道了方程有一根为m 或n ,可以求出另外一根,然后可以根据另一根在区间()n m ,内,从而可以求出参数的值。
如方程()2220mx m x -++=在区间()1,3上有一根,因为()10f =,所以()()()22212mx m x x mx -++=--,另一根为2m,由213m<<得223m <<即为所求;2︒ 方程有且只有一解,且这个解在区间()n m ,内,即0∆=,此时由0∆=可以求出参数的值,然后再将参数的值带入方程,求出相应的根,检验根是否在给定的区间内,如若不在,舍去相应的参数。
如方程24260x mx m -++=有且一根在区间()3,0-内,求m 的取值范围。
分析:①由()()300f f -< 即()()141530m m ++<得出15314m -<<-;②由0∆=即()2164260m m -+=得出1m =-或32m =,当1m =-时,根()23,0x =-∈-,即1m =-满足题意;当32m =时,根()33,0x =∉-,故32m =不满足题意;综上分析,得出15314m -<<-或1m =-例1、已知二次方程()()221210m x mx m +-+-=有一正根和一负根,求m 的取值范围。
解:由 ()()2100m f +< 即 ()()2110m m +-<,从而得112m -<<即为所求的范围。
例2已知实数a 、b 、c 满足22211a b ca b c a b c ⎧>>⎪++=⎨⎪++=⎩,求a b+的取值范围.解:由已知得1a b c +=-且222222()()(1)(1)22a b a b c c ab c c +-+---===-.所以,a b 是一元二次方程22(1)()0x c x c c --+-=的两根. 由a b c >>知 问题可转化为方程22(1)()0x c x c c --+-=的二根都大于c . 令()f x =22(1)()x c x c c --+-,则有:m2212()0(1)4()0c c f c c c c -⎧>⎪⎪>⎨⎪∆=--->⎪⎩即 22123203210c c c c c c ->⎧⎪->⎨⎪--<⎩,求得103c -<<,因此4(1,)3a b +∈.例3已知点(0,4)A 、(4,0)B .若抛物线21y x m x m =-++与线段AB (不包括端点A 及B )有两个不同的交点,则m 的取值范围是 (1997上海数学竞赛) 解: 显然直线AB 的方程为1(04)44xy x +=<<即4y x =-将它代入抛物线方程并整理得2(1)(3)0x m x m +-+-=. 设2()(1)(3)f x x m x m =+-+-问题转化函数()y f x =的图象和x 轴在0到4之间有两个不同的交点 即方程2(1)(3)0x m x m +-+-=在(0,4)上有两个不相等的实根. 所以2(1)4(3)0(0)30(4)164(1)3010 4.2m m f m f m m m ⎧∆=--->⎪=->⎪⎪⎨=--+->⎪-⎪<<⎪⎩解得m 的取值范围是1733m <<.根的分布练习题题1:已知二次函数()()()222433y m x m x m =+-+++与x 轴有两个交点,一个大于1,一个小于1,求实数m 的取值范围。
题2:已知方程()2210x m x m -++=有两个不等正实根,求实数m 的取值范围。
题3:已知二次方程()22340mx m x +-+=只有一个正根且这个根小于1,求实数m 的取值范围。
题4:已知关于x 的二次方程x 2+2mx +2m +1=0(1)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 的范围 (2)若方程两根均在区间(0,1)内,求m 的范围附练习题答案: 题1:122m -<<:;题2:0322m <<-或322m >+;题3:13m <-;题4解 (1)条件说明抛物线f (x )=x 2+2mx +2m +1与x 轴的交点分别在区间(-1,0)和(1,2)内画出示意图,得⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧->-<∈-<⇒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>+=<+=>=-<+=65,21,21056)2(,024)1(,02)1(,012)0(m m R m m m fm f f m f∴2165-<<-m(2)据抛物线与x 轴交点落在区间(0,1)内,列不等式组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧<-<≥∆>>10,0,0)1(,0)0(m f f ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧<<--≤+≥->->⇒.01,2121,21,21m m m m m 或(这里0<-m <1是因为对称轴x =-m 应在区间(0,1)内通过) 解之得1-<<1-22m 。
21-1oyx1oyx。