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談二次函數(shù)與三次函數(shù)的零點(diǎn)式應(yīng)用

2015-10-08 18:16:02黃旭東
關(guān)鍵詞:同理正整數(shù)零點(diǎn)

對(duì)于二次函數(shù)f(x)=ax2+bx+c(a≠0)若有根x1,x2,則可寫成零點(diǎn)式f(x)=ax-x1x-x2(a≠0).同理對(duì)一個(gè)三次函數(shù)f(x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0)若有根x1,x2,x3,則可寫成零點(diǎn)式f(x)=ax-x1x-x2x-x3(a≠0),其應(yīng)用廣泛,下面簡(jiǎn)單討論其應(yīng)用.1巧證不等式

例1證明:-33≤sinx2-cosx≤33.

證明依題設(shè)結(jié)構(gòu),構(gòu)造以±33為零點(diǎn)的二次函數(shù),記f(t)=t-33t+33,由二次函數(shù)圖像性質(zhì),欲證-33≤sinx2-cosx≤33成立,只需證f(sinx2-cosx)≤0即可.由f(sinx2-cosx)=sin2x2-cosx2-13=3sin2x-2-cosx232-cosx2=-1-2cosx232-cosx2≤0成立,故原不等式成立.

點(diǎn)評(píng)此題證明沒用到三角中變形求值域方法,而是由結(jié)構(gòu)巧妙構(gòu)造二次函數(shù)零點(diǎn)式,依二次函數(shù)的函數(shù)值與不等式解集之間的緊密關(guān)系,數(shù)與形有機(jī)結(jié)合,方法美妙,令人印象深刻.對(duì)于證a≤f(x)≤b的形式的不等式,一般可考慮構(gòu)造二次函數(shù)零點(diǎn)式來解決.

例2(數(shù)學(xué)通報(bào)201412期問題征解2217)設(shè)長(zhǎng)方體的長(zhǎng)寬高分別為a,b,c(a>b>c),p為長(zhǎng)方體各棱長(zhǎng)之和,為表面積,d為一條對(duì)角線,求證:a>13p4+d2-12s,c<13p4-d2-12s.

解析由求證結(jié)構(gòu)形式,不妨構(gòu)造以x1=13p4+d2-12s,x2=13p4-d2-12s為零點(diǎn)的二次函數(shù),由韋達(dá)定理知x1+x2=p6=23a+b+c,x1x2=19p216-d2+12s=19[a+b+c2-a2+b2+c2+ab+bc+ac]

=13ab+bc+ac,構(gòu)造二次函數(shù)f(x)=3(x-x1)(x-x2)=3x2-2a+b+cx+ab+bc+ac,由函數(shù)對(duì)稱軸為x=a+b+c3,又a>b>c,故a>a+b+c3>c,又由f(a)=3a2-2a+b+ca+ab+bc+ac=

a2-ab+bc-ac=(a-b)(a-c)>0,f(c)=3c2-2a+b+cc+ab+bc+ac=c2+ab-bc-ac=(c-b)(c-a)>0,故c13p4+d2-12s,c<13p4-d2-12s.

點(diǎn)評(píng)此題用一般方法較難下手,而構(gòu)造二次函數(shù)的零點(diǎn)式,問題的解決得以易乎尋常的順暢.2巧比大小

例3設(shè)函數(shù)f(x)=ax2-x,g(x)=x-a(a>0),若p,q是方程f(x)-g(x)=0的兩根,且滿足0

證明由f(x)-g(x)=0的兩根為p,q,構(gòu)建零點(diǎn)式,則f(x)-g(x)=a(x-p)(x-q),由x∈(0,p),且00,即f(x)>g(x).

又f(x)-p-a=g(x)+a(x-p)(x-q)-p-a=x-p+a(x-p)(x-q)=x-pax-q+1a,由0

綜上所述,gx

例4已知三次函數(shù)f(x)=x3+ax2+bx+c,方程f(x)-x=0的三根滿足0

解析由題意,x1,x2,x3為方程f(x)-x=0的三根,構(gòu)建零點(diǎn)式得f(x)-x=x-x1x-x2x-x3,由-ca+b+c=-f(0)[f(1)-1]=x1x2x31-x11-x21-x3,又由0

點(diǎn)評(píng)例3與例4是涉及到二次或三次函數(shù)的根的不等關(guān)系的證明問題,若按常規(guī)采用一般式方程進(jìn)行處理,問題將變得較為復(fù)雜.一般地,一些二次或三次函數(shù)的題目中涉及方程的根時(shí),常利用其零點(diǎn)式進(jìn)行化歸處理,可大大優(yōu)化解題過程與步驟.

例5(2010年湖北龍泉中學(xué)考試題)已知實(shí)數(shù)a1

a1a2+a1a3+a2a3=b1b2+b1b3+b2b3,且a1b1b2b3;(4)(1-a1)(1-a2)(1-a3)<(1-b1)(1-b2)(1-b3),其中真命題的個(gè)數(shù)為().

A.1B.2C.3D.4

解析由三次方程根與系數(shù)關(guān)系,構(gòu)建三次函數(shù)f(x)=x-a1x-a2x-a3=x3-a1+a2+a3x2+

a1a2+a1a3+a2a3x-a1a2a3,a1

b1b2+b1b3+b2b3x-b1b2b3,b1

b1b2+b1b3+b2b3,則函數(shù)g(x)即為函數(shù)f(x)向下作了部分平移而得,如右圖示:

故由圖知(1)(2)顯然正確,且a1a2a30,即(1-a1)(1-a2)(1-a3)>(1-b1)(1-b2)(1-b3),

則(4)不對(duì).故正確的為2個(gè),選B.

點(diǎn)評(píng)在一些題目中,根據(jù)一元二次方程或一元三次方程的根與系數(shù)的關(guān)系可構(gòu)造二次函數(shù)或三次函數(shù)零點(diǎn)式,巧妙解決一些數(shù)學(xué)問題,可起到讓人耳目一新的效果.3解決不定方程問題

例6兩個(gè)正整數(shù)的和比積小2015,并且其中一個(gè)是完全平方數(shù),則較大數(shù)與較小數(shù)的差是.

解析由兩正數(shù)的和與積,聯(lián)想二次函數(shù)零點(diǎn)式,不妨設(shè)此兩正整數(shù)分別為m,n(m>n>0),記f(x)=(x-m)(x-n),依題意,mn-m-n=2015,故f(1)=(1-m)(1-n)=2016=25×7×32,由m,n中有一個(gè)為完全平方數(shù),則m-1=672,

n-1=3,或m-1=84,

n-1=24,或m-1=288,

n-1=7.故m=673,

n=4,或m=85,

n=25,或m=289,

n=8.所以m-n=669或60或281.

例7已知函數(shù)f(x)=x2+ax-a+2(a∈Z)有兩個(gè)不同的正整數(shù)零點(diǎn),求整數(shù)a的值.

解析不妨設(shè)此函數(shù)零點(diǎn)為m,n,則f(x)=x-mx-n,則由題意,m+n=-a,mn=2-a,故mn-m-n=2,則f(1)=1-m1-n=3,由m,n為不同的正整數(shù)零點(diǎn),則m-1=1,

n-1=3,或m-1=3,

n-1=1.

所以兩正整數(shù)只能為2,4,則a=-6.

點(diǎn)評(píng)當(dāng)涉及兩數(shù)和與積結(jié)構(gòu)時(shí),可聯(lián)想二次函數(shù)零點(diǎn)式,在解決不定方程問題時(shí),有時(shí)可使有關(guān)問題的解法變得簡(jiǎn)潔、明快.

零點(diǎn)式的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的,不但二次與三次可利用其零點(diǎn)式解決問題,甚至一次函數(shù)也是如此.如像不等式證明中af(x)可構(gòu)建一次函數(shù)零點(diǎn)式f(t)=t-a,也可用零點(diǎn)視角來研究.當(dāng)然二次函數(shù)與三次函數(shù)零點(diǎn)式的應(yīng)用肯定不止本文中所提到的這些,由于本人知識(shí)水平有限,歡迎同行進(jìn)行交流與補(bǔ)充.作者簡(jiǎn)介黃旭東,1975年6月生,湖北黃石人,中級(jí)職稱.主研方向?yàn)橹袑W(xué)數(shù)學(xué)解題規(guī)律與教學(xué)規(guī)律.發(fā)表文章若干篇.

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