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2020高考100问之007:可导函数的变号零点和不变号零点的本质区别是什么?
我们先看一道题:
已知定义在R上的函数f(x)的周期为2,当-1x1时,y=-x2+1,则方程f(x)=lgx的根的个数为

A.8      B.9      C.10      D.11

大家可以花两分钟做做,如果你选C,就可以退出了,如果你选B,那就有必要往下看看。

这道题就是画函数y=f(x)和y=lgx的图象,如下:

我们可能会想当然的数出9个交点,其中最右边的交点的坐标为(10,1)。
这么认为的原因是,我们觉得y=lgx和y=f(x)是相切于(10,1)点,其实它们俩不是相切的,将这个图放大,大家可以看到:

好像并没有什么用,那算了,还是正儿八经推导吧。

当9<x<11时,设g(x)=f(x)-lgx,现在的问题是10是g(x)的变号零点还是不变号零点,那我们就得搞清楚它们的区别。

在我们高中所能理解的范畴里,可以发现,函数在其变号零点附近是单调函数,这个附近到底有多长,那不好说,但是是存在的。
而函数的不变号零点,可以看出是其极值点,也就是其导函数的变号零点。
所以对于g(x)=f(x)-lgx,g'(x)=f'(x)-1/(xln10),而g'(10)=-1/(10ln10)<0,所以存在区间(m,n)(其中m<10<n),使得g(x)在(m,n)上为减函数,也就是10是g(x)的变号零点。在m<x<10时,g(x)>0,即f(x)在lgx的上方。
我们还可以从切线的角度直观理解,y=lgx在(10,1)处的切线在y=lgx的上方(除了(10,1)点),而这条切线与抛物线f(x)一定是相交的,另一个交点是可以解出来的,两个交点之间的线段在y=f(x)的下方,那么显然y=lgx也在y=f(x)的下方。
其实很多我们觉得很自然的事情未必自然,上图中y=f(x)和y=lgx在1附近只有一个交点,如果将y=lgx改成y=2lnx会怎么样?改成y=1.8lnx呢?
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