(1)本節(jié)將要研究哪類(lèi)問(wèn)題?
(2)本節(jié)研究的起點(diǎn)是什么?目標(biāo)是什么?
問(wèn)題1 閱讀課本第112~114,回答下列問(wèn)題:
問(wèn)題2 已知函數(shù)f(x)=x-1,我們知道,這個(gè)函數(shù)的定義域?yàn)開(kāi)_____,而且可以求出,方程f(x)=0的解集為_(kāi)_____,不等式f(x)>0的解集為_(kāi)______,不等式f(x)<0的解集為_(kāi)______,在下圖中作出函數(shù)f(x)=x-1的圖像,總結(jié)上述方 程、不等式的解集與函數(shù)定義域、函數(shù) 圖像之間的關(guān)系.
由嘗試與發(fā)現(xiàn)中的例子可以看出,根據(jù)函數(shù)值的符號(hào)能夠把函數(shù)的定義域分為幾個(gè)不相交的集合.具體來(lái)說(shuō),假設(shè)函數(shù)f(x)的定義域?yàn)镈,若
顯然,A,B,C兩兩的交集都為空集,且D=A∪B∪C.
A={x∈D|f(x)<0},
B={x∈D|f(x)=0},
C={x∈D|f(x)>0},
一般地,如果函數(shù)y=f(x)在實(shí)數(shù)a處的函數(shù)值等于零,即f(a)=0,則稱(chēng)a為函數(shù)y=f(x)的零點(diǎn).上述集合B就是函數(shù)所有零點(diǎn)組成的集合.
不難看出,a是函數(shù)f(x)零點(diǎn)的充分必要條件是,(a,0)是函數(shù)圖像與x軸的公共點(diǎn).因此,由函數(shù)的圖像可以方便地看出函數(shù)值等于0的方程的解集,以及函數(shù)值與0相對(duì)大小比較的不等式的解集.
問(wèn)題3 如何認(rèn)識(shí)函數(shù)零點(diǎn)?
(1)函數(shù)的零點(diǎn)是一個(gè)實(shí)數(shù),是使函數(shù)值為0的自變量的值.函數(shù)的零點(diǎn)不是一個(gè)二維有序數(shù)組,而是一維數(shù)軸上的點(diǎn)的坐標(biāo).函數(shù)的零點(diǎn)可以與函數(shù)的最值點(diǎn)進(jìn)行類(lèi)比,兩者都是一個(gè)數(shù).
(2)函數(shù)y=f(x)有零點(diǎn)?函數(shù)y=f(x)的圖像與x軸有交點(diǎn)?方程f(x)=0有實(shí)數(shù)根.
(4)從函數(shù)的圖像上能方便地看出函數(shù)的零點(diǎn),但是得到函數(shù)的圖像并不是一件容易的事.
(5)知道函數(shù)的零點(diǎn)之后,如果可以進(jìn)一步得到函數(shù)在非零點(diǎn)處的符號(hào)信息,就能作出這個(gè)函數(shù)圖像的示意圖.
問(wèn)題4 到目前為止,求函數(shù)零點(diǎn)的方法主要有哪些?
(1)直接從函數(shù)解析式所對(duì)應(yīng)的方程中求解;
(2)直接從函數(shù)圖像觀(guān)察;
(3)如果函數(shù)f(x)能夠拆成兩個(gè)函數(shù)差的形式,即f(x)=g(x)-h(huán)(x ),那么函數(shù)f(x)的零點(diǎn)可以利用函數(shù)y= g(x )與y= h(x )的圖像的交點(diǎn)得到.
問(wèn)題5 二次函數(shù)的零點(diǎn)及其與對(duì)應(yīng)方程、不等式解集之間的關(guān)系是什么?
函數(shù)的零點(diǎn)就是對(duì)應(yīng)方程的實(shí)根,也是相應(yīng)不等式解集的端點(diǎn).
例1 如下圖所示是函數(shù)y=f(x)的圖像,分別寫(xiě)出f(x)=0, f(x)>0,f(x)≤0的解集.
f(x)>0的解集為(-5,-3)∪(2,4)∪(4,6).
f(x)≤0的解集為[-6,-5] ∪[-3,2] .
依照零點(diǎn)的定義可知,求函數(shù)y=f(x)的零點(diǎn),實(shí)質(zhì)上就是要解方程f(x)=0,而且只要得到了這個(gè)方程的解集,就可以知道函數(shù)圖像與x軸的交點(diǎn),再根據(jù)函數(shù)的性質(zhì)等,就能得到類(lèi)似f(x)>0等不等式的解集.
注意:寫(xiě)解答時(shí),可以使用集合的并集符號(hào),而且在表示集合時(shí),要選擇合適的集合表示方式.
例2 求下列函數(shù)的零點(diǎn):
=(x-2)(x2 -1)=(x-2)(x-1)(x+1)
所以函數(shù)的零點(diǎn)為-1,1,2.
(1)y=x3-2x2-x+2;?。?)
(2)當(dāng)x<1時(shí),由(x-1)(x+4)=0得x=-4;
當(dāng)x≥1時(shí),由-(x-1)(x-3)=0得x=1或x=3.
由此可知該函數(shù)的零點(diǎn)為-4,1,3.
例3 利用函數(shù)求下列不等式的解集:
即(x-3)(x+2)=0,從而x=3或x=-2.
(1)x2-x-6<0;(2)x2-x-6≥0.
因此3和-2都是函數(shù)f(x)的零點(diǎn),從而f(x)的圖像與x軸相交于(3,0)和(-2,0),又因?yàn)楹瘮?shù)圖像是開(kāi)口向上的拋物線(xiàn),所以可以作出函數(shù)圖像示意圖如下圖所示.
(1)所求解集為(-2,3);
(2)所求解集為(-∞,-2]∪[3,+∞).
利用二次函數(shù)的圖像來(lái)求解一元二次不等式,一是為了鞏固一元二次不等式的解法,二是為了說(shuō)明函數(shù)與方程、不等式之間的關(guān)系.
注意:(1)二次函數(shù)的圖像是連續(xù)不斷的;(2)根據(jù)二次函數(shù)的圖像可以求出多個(gè)不等式的解集,還可求出f(x)=3,f(x)<-3等的解集.
如:用二次函數(shù)求關(guān)于x的不等式(x -1)(x -3)>8的解集.
原不等式等價(jià)于x 2-4 x +3> 8,所以x 2-4x-5> 0,故(x -5)(x+1)>0.
因?yàn)槎魏瘮?shù)y=(x-5)(x +1)的零點(diǎn)是5和-1,根據(jù)函數(shù)圖像的示意圖可知,原不等式的解集為f(x)=(-∞,-1)∪(5,+∞).
例4 利用函數(shù)求下列不等式的解集:
即(x+1)2=-2,該方程無(wú)解.
(1)-x2-2x-3≥0;(2)-x2-2x-3<0.
因此函數(shù)f(x)無(wú)零點(diǎn),從而f(x)的圖像與x軸沒(méi)有交點(diǎn),又因?yàn)楹瘮?shù)圖像是開(kāi)口向下的拋物線(xiàn),所以可以作出函數(shù)圖像示意圖如下圖所示.
例5 利用函數(shù)求下列不等式的解集:
即(x-2)2=0,從而x=2.
(1)x2-4x+4>0;(2)x2-4x+4≤0.
因此函數(shù)f(x)的零點(diǎn)為2,從而f(x)的圖像與x軸相交于(2,0),又因?yàn)楹瘮?shù)圖像是開(kāi)口向上的拋物線(xiàn),因此可知:
(1)所求解集為(-∞,2)∪(2,+∞);
(2)所求解集為{2}.
一般地,由一元二次方程解集的情況可知,對(duì)于二次函數(shù)f(x)=ax2+bx+c(a≠0):
(1)當(dāng)Δ=b2-4ac>0時(shí),方程ax2+bx+c=0的解集中有兩個(gè)元素x1,x2,且x1,x2是f(x)的兩個(gè)零點(diǎn),f(x)的圖像與x軸有兩個(gè)公共點(diǎn)(x1,0),(x2,0);
(2)當(dāng)Δ=b2-4ac=0時(shí),方程ax2+bx+c=0的解集中只有一個(gè)元素x0,且x0是f(x)唯一的零點(diǎn),f(x)的圖像與x軸有一個(gè)公共點(diǎn);
(3)當(dāng)Δ=b2-4ac=0<0時(shí),方程ax2+bx+c=0沒(méi)有實(shí)數(shù)根,此時(shí) f(x)無(wú)零點(diǎn),f(x)的圖像與x軸沒(méi)有公共點(diǎn).
更進(jìn)一步,可以由二次函數(shù)的圖像得到對(duì)應(yīng)的不等式的解集:
(1)把原不等式變形為ax2+bx+c>0(或ax2+bx+c<0等,其中a≠0,下同);
(2)根據(jù)方程ax2+bx+c=0的根(即函數(shù)f(x)=ax2+bx+c的零點(diǎn))及a的符號(hào),畫(huà)出二次函數(shù)的草圖;
(3)觀(guān)察函數(shù)圖像,寫(xiě)出解集.
例6 求函數(shù)f(x)=(x+2)(x+1)(x-1)的零點(diǎn),并作出函數(shù)圖像的示意圖,寫(xiě)出不等式f(x)>0和f(x)≤0的解集.
函數(shù)的定義域被這三個(gè)點(diǎn)分成了四部分,每一部分函數(shù)值的符號(hào)如下
f(x)>0的解集為(-2,-1)∪(1,+∞);
f(x)≤0的解集為(-∞,-2]∪[-1,1].
問(wèn)題6 回顧本節(jié)課,你有什么收獲?
(1)什么叫函數(shù)的零點(diǎn)?一般如何求函數(shù)的零點(diǎn)?
(2)函數(shù)與方程、不等式之間的關(guān)系是什么?
作業(yè):教科書(shū)P119~120練習(xí)B 1~3,練習(xí)C 2

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3.2 函數(shù)與方程、不等式之間的關(guān)系

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