函数与方程探讨

函数与方程探讨

李芳(肥城市职业教育中心校山东泰安271600)

摘要:函数与方程的思想是高中数学学习的一条主线,在解题中,要善于挖掘题目的隐含条件,构造出函数解析式,而妙用函数的性质,更是应用函数思想的关键。

关键词:高中数学函数与方程的思想构造函数

在高中数学中,函数与方程的思想是一条主线,在高考当中反反复复被考查。因而在平时的学习研究中,一定要体会函数与方程思想的内涵与应用,以便更好地学习和应用数学,在数学学习中更上一层楼。

函数与方程是密切相关的,对于函数y=f(x),当y=0时,就转化为方程f(x)=0,也可以把函数式y=f(x)看作二元方程y-f(x)=0。函数问题可以转化为方程问题来解决,方程问题可以转化为函数问题来解决,如解方程f(x)=0,就是求函数y=f(x)的零点。

函数与方程思想的应用,可以从以下几方面来探讨:

类型一:利用函数解决方程解的有关问题

[例1]如果方程cos2x-sinx-a=0在(0,]上有解,求a的取值范围。

解析:把方程变为a=cos2x-sinx=-sin2-sinx+1,设t=sinx,则t∈(0,1]。令f(t)=-t2-t+1,其中t∈(0,1],显然当且仅当a∈f(t)的值域时,a=f(t)有解。

由t∈(0,1],结合二次函数的知识,故f(t)∈[-1,1),故a的取值范围是[-1,1)。

点析:此题解答的关键是问题的转化。

此题不仅可以利用分离参数的函数方法,还可以把问题直接转化为二次函数问题解决。

设t=sinx,则t∈(0,1],则原方程变为t2+t-1+a=0,依题意,该方程在(0,1]上有解。

设f(t)=t2+t-1+a,其图像是开口向上的抛物线,对称轴为t=-,在区间(0,1]的左侧。因此,f(x)=0在(0,1]上有解当且仅当f(0)<0且f(1)≥0即-1≤a<1,故a的取值范围是[-1,1)。

类型二:利用函数解决方程根的个数问题

[例2]已知函数f(x)=ln(ex+a)a是常数)是实数集R上的奇函数,试讨论关于x的方程=x2-2ex+m的根的个数。

解析:由f(x)=ln(ex+a)为奇函数,故f(0)=ln(1+a)=0,则a=0。故f(x)=lnex=x,所以方程为=x2-2ex+m,求其根的个数。令f1(x)=,f2(x)=x2-2ex+m,因为f1`(x)=,当x∈(0,e]时,f1`(x)≥0;x∈[e,+∞)时,f1`(x)≤0;x=e时,f1`(x)=0。所以f1(x)在(0,e]上单调递增,在(e,+∞)上单调递减,故当x=e时,f1(x)有极大值f1(e)=。根据f2(x)=(x-e)2+m-e2的图像,

当m-e2>时,即m>e2+时,原方程无实数根。

当m-e2=,即m=e2+时,原方程有一实根。

当m-e2<,即m<e2+时,原方程有两实根。

点析:此题变方程为函数,借助函数性质与图像来解决。

类型三:利用函数解决不等式问题

[例3]已知不等式7x-2>(x2-1)m对m∈[-2,2]恒成立,求实数x的取值范围。

解析:设f(m)=(x2-1)m-7x+2,f(m)是m的函数,其图像是直线。

依题意,f(m)<0对m∈[-2,2]恒成立。

由于y=f(m),当m∈[-2,2]时图像是线段,该线段应全部位于x轴下方,故其端点的纵坐标小于0,即f(-2)<0且f(2)<0,解得<x<。故适合题意的x的取值范围是<x<。

点析:此题变不等式为函数,借助函数解决时注意参数的相应变化。

类型四:利用函数解决数列问题

[例4]已知等差数列5,4,3,……的前n项和为sn,求使得sn最大的序号n的值。

解析:由题意,等差数列5,4,3,……的公差为-,所以sn=[2×5+(n-1)(-)]=-n2+n。此式我们可以看成关于n的二次函数,故图像为开口向下的抛物线,对称轴为n=,但n∈N+,故当n取7或8时,sn取最大值。

点析:数列是特殊的函数,函数思想可以在数列中充分应用。

类型五:利用方程解决函数问题

[例5]求函数y=的值域。

解析:将函数变形,整理可得2yx2-4yx+3y-5=0。当y=0时,-5=0不可能,故y≠0。

因为x∈R,所以△=(-4y)2-4×2y(3y-5)≥0,即y(y-5)≤0,解得0≤y≤5,而y≠0,故y∈(0,5]。

点析:此题变函数为方程,利用判别式求解。但注意考虑特殊情况。

类型六:函数和方程思想的相互转化结合

[例6]已知函数f(x)=-x2+8x,g(x)=61nx+m,是否存在实数m使得y=f(x)的图像与y=g(x)的图像有且只有三个不同的交点?若存在,求出m的取值范围;若不存在,说明理由。

解析:函数y=f(x)的图像与y=g(x)的图像有且只有三个不同的交点,即方程f(x)=g(x)有且只有三个不同的正实根,或函数Φ(x)=g(x)-f(x)的图像与x轴的正半轴有且只有三个不同的交点。

Φ(x)=x2-8x+6lnx+m,

故Φ`(x)=2x-8+=

当x∈(0,1)时,Φ`(x)>Φ(x)是增函数;

当x∈(1,3)时,Φ`(x)<0,Φ(x)是减函数;

当x∈(3,+∞)时,Φ`(x)>0,Φ(x)是增函数;

当x=1或x=3时,Φ`(x)=0。

故Φ(x)极大值=Φ(1)=m-7,Φ(x)极小值=Φ(3)=m+6ln3-15。

当x充分接近0时,Φ(x)<0,当x充分大时,Φ(x)>0;

故要使函数图像与x轴正半轴有三个不同的交点,必须且只须Φ(x)极大值=Φ(1)=m-7>0并且Φ(x)极小值=Φ(3)=m+6ln3-15<0,即7<m<15-6ln3。

所以存在实数m,使得函数y=f(x)与y=g(x)的图像有且只有三个不同的交点,m的取值范围为(7,15-6ln3)。

点析:此题充分考查了方程和函数数形结合、分类整合等思想分析解决问题。

总之,函数与方程的思想解决的问题非常广泛,因而在平时的学习和研究中,要好好总结。本文只是作者的粗陋认识,望朋友们指正。

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