包玉蘭 張文偉
二分法只適用于變號零點,二分法是求方程的根的近似值的一種方法。記憶口訣:定區(qū)間,找中點,中值計算兩邊看,同號去,異號算,零點落在異號間。周而復始怎么辦?精確度上來判斷。
例1 用二分法求函數(shù)f(x)=ln(x+1)+x-1 在區(qū)間[0,1]上的零點,要求精確度為0.01 時,所需二分區(qū)間的次數(shù)最少為____。
求函數(shù)y=f(x)的零點通常有兩種方法:一是令f(x)=0,根據(jù)方程f(x)=0 的根可求得函數(shù)的零點;二是畫出函數(shù)y=f(x)的圖像,其圖像與x 軸的交點的橫坐標即為函數(shù)的零點。
A.{1} B.{-1}
C.{-1,1} D.{-1,0,1}
解:當x≤0時,由f(x)=x+1=0,可得x=-1;當x>0時,由f(x)=log2x=0,可得x=1。故函數(shù)f(x)的所有零點構成的集合為{-1,1}。應選C。
判斷函數(shù)零點(方程的根)所在區(qū)間的三種方法:①解方程法,當對應方程易解時,可通過解方程,確定方程是否有根落在給定區(qū)間上;②定理法,利用零點存在性定理進行判斷;③數(shù)形結合法,畫出相應的函數(shù)圖像,通過觀察圖像與x 軸在給定區(qū)間上的交點來判斷,或者轉化為兩個函數(shù)圖像在給定區(qū)間上的交點來判斷。
例3 函數(shù)f(x)=x+lnx-3 的零點所在的區(qū)間為( )。
A.(0,1) B.(1,2)
C.(2,3) D.(3,4)
解:(利用零點存在性定理)因為函數(shù)f(x)是增函數(shù),且f(2)=ln2-1<0,f(3)=ln3>0,所以由零點存在性定理可得f(x)的零點所在的區(qū)間為(2,3)。應選C。
(利用數(shù)形結合法)函數(shù)f(x)=x+lnx-3 的零點所在區(qū)間可轉化為函數(shù)g(x)=lnx 與h(x)=-x+3的圖像的交點橫坐標所在的范圍。畫出函數(shù)g(x)=lnx,h(x)=-x+3 的圖像(圖略),由圖可知f(x)的零點在(2,3)內(nèi)。應選C。
判斷函數(shù)零點個數(shù)的四種方法:①直接法,令f(x)=0,如果能求出解,則有幾個不同的解就有幾個零點。②定理法,利用零點存在性定理,要求函數(shù)的圖像在區(qū)間[a,b]上是連續(xù)不斷的曲線,且f(a)·f(b)<0,還要結合函數(shù)的圖像與性質(zhì)(如單調(diào)性、奇偶性)才能確定函數(shù)有多少個零點。③圖像法,函數(shù)f(x)的圖像與x 軸交點的個數(shù)就是函數(shù)f(x)的零點個數(shù)。④性質(zhì)法,利用函數(shù)性質(zhì),若能確定函數(shù)的單調(diào)性,則其零點個數(shù)不難得到;若所考查的函數(shù)是周期函數(shù),則只需解決在一個周期內(nèi)的零點個數(shù)。有1個,即函數(shù)f(x)的零點個數(shù)為1。
已知函數(shù)有零點(方程有根)求參數(shù)取值范圍的三種方法:①直接法,根據(jù)題設條件構建關于參數(shù)的不等式,通過解不等式確定參數(shù)的取值范圍。②分離參數(shù)法,先將參數(shù)分離,然后轉化成求函數(shù)值域問題加以解決。③數(shù)形結合法,先對解析式變形,在同一平面直角坐標系中,畫出函數(shù)的圖像,然后利用圖像的交點求解。
求復合函數(shù)的零點,就是求解復合方程問題。一般地,由方程f[g(x)]=0 分解為f(t)=0 和g(x)=t 求 解,即 先 從 方 程f(t)=0中求t,再代入方程g(x)=t中求出x 的值。
例6 設函數(shù)f(x)=x2,若函數(shù)g(x)=[f(x)]2+mf(x)+m+3有4個零點,則實數(shù)m 的取值范圍為_____。
提示:當x≤0 時,y=f[f(x)]-1=f(2x)-1=log22x-1=x-1。令x-1=0,則x=1,顯然與x≤0矛盾,所以當x≤0時,y=f[f(x)]-1沒有零點。
當x>0時,分兩種情況:
當0<x≤1時,log2x≤0,y=f[f(x)]-1=f(log2x)-1=2log2x-1=x-1,令x-1=0,解得x=1。當x>1時,log2x>0,y=
f[f(x)]-1=f(log2x)-1=log2(log2x)-1,令log2(log2x)-1=0,可得log2x=2,解得x=4。
綜上可知,函數(shù)y=f[f(x)]-1的零點個數(shù)為2。
對于這類問題,首先要分析新定義的特點,弄清新定義的性質(zhì),按新定義的要求,“照章辦事”,逐條進行分析、驗證、運算,使問題得以解決。
例7 用[a]表示不大于實數(shù)a 的最大整數(shù),如[1.68]=1,設x1,x2分別是方程x+ex=4,x+ln(x-1)=4的根,則[x1]+[x2]等于_____。
解:因為x1,x2分別是方程x+ex=4,x+ln(x-1)=4的根,所以x1,x2分別是函數(shù)g(x)=x+ex-4 和函數(shù)h(x)=x+ln(x-1)-4的零點。
由于g(x)是單調(diào)遞增函數(shù),且g(1)<0,g(2)>0,所以1<x1<2。由于h(x)在定義域內(nèi)單調(diào)遞增,且h(3)<0,h(4)>0,所以3<x2<4。據(jù)此可得[x1]=1,[x2]=3,所以[x1]+[x2]=4。
跟蹤訓練7:設函數(shù)f(x)=1+[x]-x,其中[x]表示不超過x 的最大整數(shù),若函數(shù)y=logax 的圖像與函數(shù)f(x)的圖像恰有3個交點,則實數(shù)a 的取值范圍是( )。
A.[2,3) B.(2,3]
C.(3,4] D.[3,4)
提示:因為f(x+1)=1+[x+1]-(x+1),而[x+1]=[x]+1,所以f(x+1)=1+[x]+1-x-1=1+[x]-x=f(x),
即函數(shù)f(x)的周期為1。
當x∈[0,1)時,f(x)=1-x,畫出函數(shù)f(x)在[0,+∞)上的圖像,如圖1 所示(其中函數(shù)y=logax 中的a>1才滿足題意)。