高考数学卷在解答题部分,若出现含参的超越函数关于零点的问题,则相对较难,难在思路上比较绕。要解决这类问题,我们先来看一下相关思想,在结合一个实例说明这个过程,后面总结一下解决这类问题的方法。
核心的解题思想
数形结合:观察函数的图像,函数的图像可以直观地反映出函数的性质,包括零点的个数。在求解复合函数的零点时,可以先作出基本函数的图像,再观察复合函数的图像,从而确定零点的个数或范围。
具体实例
已知函数f(x)=ax+lnx-x^2/(x-lnx) 有三个不同的零点x1,x2,x3(其中x1<x2<x3)。
求:x1,x2,x3分布范围。
求:(1-lnx1/x1)^2(1-lnx2/x2)(1-lnx3/x3)的值。
建议自己动手做一下。记录一下自己的思路,再看答案。
解:1)令f(x)=0,则a=x/(x-lnx)-lnx/x,【构造函数】
令y=a,g(x)= x/(x-lnx)-lnx/x,【g(x)就与a相交的点就是零点】做到这里,最好是利用数形结合的思想。根据g(x)的单调性画出函数的图像【数形结合】。
g’(x)=lnx(1-lnx)(2x-lnx)/[x^2(x-lnx)]=0, 可得:x=1或x=e。
【多提一句,lnx与x的关系,在同构放缩中经常用到,如果知道了这个关系,那么(2x-lnx)/[x^2(x-lnx)]!=0】
当x∈(0,1)时,g’(x)<0;
x∈(1,e)时,g’(x)>0;x∈(e,+∞),g’(x)<0
且当x->0,g(x)-> +∞;
当x->+∞,g(x)->1
且g(1)=1,g(e)=1+1/e(e-1)
【有了端点+单调性+拐点(这里也是极值点),大致画出函数的图像】
本例说明根与导数【实际上是函数的单调区间】的关系
2)那么,我们再来看待求式(1-lnx1/x1)^2(1-lnx2/x2)(1-lnx3/x3)观察发现,含有相同的lnx/x结构,对f(x)=ax+lnx-x^2/(x-lnx)进行处理一下,看能不能用lnx/x来表示,【目标是利用换元思想】,
转化为f(x)=a+lnx/x-1/(1-lnx/x) ,令u=lnx/x
f(u)=a+u+1/(1-u)=u^2+(a-1)u+1-a , 【是一个二次函数可直接获得根关系】
令f(x)=0,得两根关系:u1+u2=1-a,u1*u2=1-a。
因f(x1)=f(x2)=f(x3)=0,u=lnx/x,f(u1)=f(u2)=0;
再令h(x)=lnx/x,h’(x)=(1-lnx)/x,当x∈(0,e)时,u’>0;【构造函数】
当x∈(0,1)时,u<0;
当x∈(1,e)时,u>0;
当x∈(e,+∞)时,u’<0, u>0。【数形结合】
设u1<u2,则u1=lnx1/x1<0,
u2=lnx2/x2=lnx3/x3>0,【根据1得出的x1,x2,x3根分布的关系】
(1-lnx1/x1)^2(1-lnx2/x2)(1-lnx3/x3)=[(1-u1)(1-u2)]^2,将根关系式带入可得1。
注意:虽然有u=lnx/x,但是要理解u1为什么等于lnx1/1,这里并不是等量代换,而是要理解x对于函数f(x)对于函数h(x)的映射关系。同理,为什么 u2=lnx2/x2=lnx3/x3,这里也是利用h(x)的单调性并结合第一问中0<x1<1<x2<e<x3的关系。
【本例说明:根与参数的关系】
处理该类问题的解题方法
构造函数法:在一些情况下,可以通过构造函数的方式来求解函数的零点。例如,对于一些周期函数或者具有特定性质的函数,可以构造一个辅助函数来帮助求解零点。
利用函数的单调性:函数的单调性也可以帮助我们判断函数的零点个数。例如,对于一个单调递增的函数,如果有一个零点,那么这个零点两侧的函数值必然是异号的,因此可以通过函数的单调性来判断函数的零点个数。
分离变量法:在一些情况下,可以将函数中的变量分离出来,从而简化零点的求解。例如,对于函数f(x) = x^2 - 6x + 5,可以通过将x分离出来,得到f(x) = (x-1)(x-5),从而可以更方便地求解零点。
数值计算法:当函数的解析式比较复杂或者无法直接求解时,可以采用数值计算的方法来求解零点。例如,可以使用二分法、牛顿迭代法或者其他数值计算方法来逐步逼近函数的零点。
直接求解法:对于一些简单的函数,可以直接观察函数的图像或者利用函数的性质来求解零点。例如,对于二次函数f(x) = ax^2 + bx + c,可以通过观察图像或者利用判别式来求解零点。
注意:这些方法并不孤立,需要互相结合使用。
高考加油!
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