【方法技巧】
1.利用導數(shù)求函數(shù)的零點常用方法
(1)構造函數(shù)g(x),利用導數(shù)研究g(x)的性質(zhì),結合g(x)的圖象,判斷函數(shù)零點的個數(shù).
(2)利用零點存在定理,先判斷函數(shù)在某區(qū)間有零點,再結合圖象與性質(zhì)確定函數(shù)有多少個零點.
2.函數(shù)零點個數(shù)可轉化為兩個函數(shù)圖象的交點個數(shù),根據(jù)圖象的幾何直觀求解.
3.與函數(shù)零點有關的參數(shù)范圍問題,往往利用導數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)區(qū)間和極值點,并結合特殊點判斷函數(shù)的大致圖象,進而求出參數(shù)的取值范圍.也可分離出參數(shù),轉化為兩函數(shù)圖象的交點情況.
4.利用函數(shù)性質(zhì)研究函數(shù)的零點,主要是根據(jù)函數(shù)單調(diào)性、奇偶性、最值或極值的符號確定函數(shù)零點的個數(shù),此類問題在求解過程中可以通過數(shù)形結合的方法確定函數(shù)存在零點的條件.
二、【題型歸類】
【題型一】判斷、證明或討論零點的個數(shù)
【典例1】已知函數(shù)f(x)=xsin x-eq \f(3,2).
判斷函數(shù)f(x)在(0,π)內(nèi)的零點個數(shù),并加以證明.
【解析】f(x)在(0,π)內(nèi)有且只有兩個零點.證明如下:
∵f′(x)=sin x+xcs x,當x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))時,f′(x)>0,
f(x)=xsin x-eq \f(3,2),從而有f(0)=-eq \f(3,2)<0,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)))=eq \f(π-3,2)>0,
又f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上的圖象是連續(xù)不間斷的.
所以f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))內(nèi)至少存在一個零點.
又f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上單調(diào)遞增,故f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))內(nèi)有且只有一個零點.
當x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))時,令g(x)=f′(x)=sin x+xcs x.
由geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)))=1>0,g(π)=-π<0,且g(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))上的圖象是連續(xù)不間斷的,
故存在m∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π)),
使得g(m)=0.
由g′(x)=2cs x-xsin x,
知x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))時,有g′(x)<0,
從而g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))內(nèi)單調(diào)遞減.
當x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),m))時,g(x)>g(m)=0,即f′(x)>0,從而f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),m))內(nèi)單調(diào)遞增,故當x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),m))時,f(x)≥feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)))=eq \f(π-3,2)>0,故f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),m))上無零點;
當x∈(m,π)時,有g(x)<g(m)=0,即f′(x)<0,從而f(x)在(m,π)內(nèi)單調(diào)遞減.
又f(m)>0,f(π)<0,且f(x)在[m,π]上的圖象是連續(xù)不斷的,從而f(x)在(m,π)內(nèi)有且僅有一個零點.
綜上所述,f(x)在(0,π)內(nèi)有且只有兩個零點.
【典例2】已知函數(shù)f(x)=eq \f(1,3)x3-a(x2+x+1).
(1)若a=3,求f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)證明:f(x)只有一個零點.
【解析】(1)解 當a=3時,f(x)=eq \f(1,3)x3-3x2-3x-3,f′(x)=x2-6x-3.
令f′(x)=0,解得x=3-2eq \r(3)或x=3+2eq \r(3).
當x∈(-∞,3-2eq \r(3))∪(3+2eq \r(3),+∞)時,f′(x)>0;
當x∈(3-2eq \r(3),3+2eq \r(3))時,f′(x)0,所以f(x)=0等價于eq \f(x3,x2+x+1)-3a=0.
設g(x)=eq \f(x3,x2+x+1)-3a,則g′(x)=eq \f(x2(x2+2x+3),(x2+x+1)2)≥0,僅當x=0時g′(x)=0,所以g(x)在(-∞,+∞)單調(diào)遞增.
故g(x)至多有一個零點,從而f(x)至多有一個零點.
又f(3a-1)=-6a2+2a-eq \f(1,3)
=-6eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(a-\f(1,6)))eq \s\up12(2)-eq \f(1,6)0,故f(x)有一個零點.
綜上,f(x)只有一個零點.
【典例3】已知函數(shù)f(x)=x-aln x(a>0).
(1)求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)求函數(shù)g(x)=eq \f(1,2)x2-ax-f(x)的零點個數(shù).
【解析】(1)函數(shù)f(x)的定義域為(0,+∞),
由f(x)=x-aln x可得
f′(x)=1-eq \f(a,x)=eq \f(x-a,x),
由f′(x)>0可得x>a;
由f′(x)0),
令f′(x)>0,則00),
則g′(x)=eq \f(1-ln x,x2)(x>0),
令g′(x)=eq \f(1-ln x,x2)=0,得x=e,
當0e時,g′(x)e時,g(x)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,e))),
又g(1)=0,
所以00時,f(x)≥2a+aln eq \f(2,a).
【解析】(1)解 f(x)的定義域為(0,+∞),f′(x)=2e2x-eq \f(a,x)(x>0).
當a≤0時,f′(x)>0,f′(x)沒有零點;
當a>0時,因為y=e2x單調(diào)遞增,y=-eq \f(a,x)單調(diào)遞增,
所以f′(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增.
又f′(a)>0,當b滿足00,
所以g(x)在區(qū)間eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))上單調(diào)遞增.
當x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))時,
設h(x)=g′(x)=2x-2cs x,
此時h′(x)=2+2sin x>0,
所以g′(x)在x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上單調(diào)遞增,
又 g′(0)=-20,
所以存在x0∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))使得g′(x)=0且x∈(0,x0)時g(x)單調(diào)遞減,
x∈eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(x0,\f(π,2)))時g(x)單調(diào)遞增.
綜上,對于連續(xù)函數(shù)g(x),當x∈(0,x0)時,g(x)單調(diào)遞減,
當x∈(x0,π)時,g(x)單調(diào)遞增.
又因為g(0)=-a0,即a

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