題型一 數(shù)形結合法研究函數(shù)零點
例1 (2024·南昌模擬節(jié)選)已知函數(shù)f(x)=(x-a)2+bex(a,b∈R),若a=0時,函數(shù)y=f(x)有3個零點,求b的取值范圍.
解 函數(shù)y=f(x)有3個零點,即關于x的方程f(x)=0有3個根,
由g′(x)x+1.(1)求f(x)的單調區(qū)間;
解 ∵f(x)=(2a+1)x2-2x2ln x-4,∴f(x)的定義域為(0,+∞),f′(x)=4x(a-ln x).∵當0ea時,f′(x)ln 2.求證:p是q的充要條件.要求:先證充分性,再證必要性.
證明 先證充分性.由(1)知,當x=ea時,f(x)取得最大值,即f(x)的最大值為f(ea)=e2a-4.由f(x)有兩個零點,得e2a-4>0,解得a>ln 2.∴a>ln 2.再證必要性.∵a>ln 2,∴e2a>4.∴f(ea)=e2a-4>0.∵a>ln 2>0,?x>0,ex>x+1,∴e2a>2a+1>2a.
∴?x1∈(e-a,ea),使f(x1)=0;∵f(ea+1)=-e2a+2-4ln 2時,f(x)有兩個零點.
利用函數(shù)性質研究函數(shù)的零點,主要是根據(jù)函數(shù)單調性、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.
當x∈(0,1)時,f′(x)>0;當x∈(1,+∞)時,f′(x)<0,所以f(x)≤f(1)=-1<0,所以f(x)不存在零點;
當x∈(0,1)時,f′(x)>0,f(x)單調遞增;當x∈(1,+∞)時,f′(x)<0,f(x)單調遞減,所以f(x)max=f(1)=a-1<0,所以f(x)不存在零點;
(ⅰ)當a=1時,f′(x)≥0,f(x)在(0,+∞)上單調遞增,因為f(1)=a-1=0,所以函數(shù)f(x)恰有一個零點;
因為f(1)=a-1>0,
即0<a<1滿足條件.綜上,若f(x)恰有一個零點,則a的取值范圍為(0,+∞).
題型三 構造函數(shù)法研究函數(shù)零點
例3 已知函數(shù)f(x)=ex-1+ax(a∈R).(1)當x≥0時,f(x)≥0,求a的取值范圍;
解 由題意,得f′(x)=ex+a.若a≥-1,則當x∈[0,+∞)時,f′(x)≥0恒成立,∴f(x)在[0,+∞)上單調遞增,∴當x∈[0,+∞)時,f(x)≥f(0)=0,符合題意;若a1時,h(a)>h(1)=e-2>0,即g(ea)=ea-2a>0,∴g(x)在(1,ea)上有一個零點.∴當a>1時,a=x-ln x有兩個不同的實數(shù)解.綜上,a的取值范圍為(1,+∞).
得ex=ea(ln x+a),∴xex=xea(ln x+a),即xex=ea+ln x(ln x+a).令u(x)=xex,則有u(x)=u(a+ln x).當x>0時,u′(x)=(x+1)ex>0,∴u(x)=xex在(0,+∞)上單調遞增,∴x=a+ln x,即a=x-ln x.下同法一.
涉及函數(shù)的零點(方程的根)問題,主要利用導數(shù)確定函數(shù)的單調區(qū)間和極值點,根據(jù)函數(shù)零點的個數(shù)尋找函數(shù)在給定區(qū)間的極值以及區(qū)間端點的函數(shù)值與0的關系,從而求得參數(shù)的取值范圍.
解 曲線y=f(x)與直線y=1有且僅有兩個交點,
當0<x<e時,g′(x)>0,函數(shù)g(x)單調遞增;當x>e時,g′(x)<0,函數(shù)g(x)單調遞減,
故a的取值范圍為(1,e)∪(e,+∞).
微點突破  隱零點問題
在研究函數(shù)單調性時,常常會遇到f′(x)零點不可求的情形,此時可先論證f′(x)有零點,再虛設零點,最后運用零點代換,化簡函數(shù)極值的策略來解決問題,這是隱零點問題常用的處理方法.隱零點的零點代換處理策略被廣泛應用于零點討論、不等式證明、求最值等各種題型中,是零點不可求問題中一個必備的基本處理方法,真題中也十分常見.
例 (2024·青島質檢)設函數(shù)f(x)=e2x-aln x.(1)討論f(x)的導函數(shù)f′(x)的零點的個數(shù);
當a≤0時,f′(x)>0,f′(x)沒有零點;
所以f′(x)在(0,+∞)單調遞增,
故當a>0時,f′(x)存在唯一零點.
證明 由(1),可設f′(x)在(0,+∞)的唯一零點為x0,當x∈(0,x0)時,f′(x)0.故f(x)在(0,x0)上單調遞減,在(x0,+∞)上單調遞增,所以當x=x0時,f(x)取得最小值,最小值為f(x0).
記h(x)=g′(x)=ex-2x-1?h′(x)=ex-2,當x∈(0,ln 2)時,h′(x)0,故h(x)即g′(x)在(0,ln 2)上單調遞減,在(ln 2,+∞)上單調遞增,又g′(0)=0,g′(ln 2)=1-2ln 20恒成立,所以h(x)=ex+x在R上單調遞增,所以x+ln a=ln(x+1),x>-1,所以要使F(x)有兩個零點,只需ln a=ln(x+1)-x有兩個實根.
故函數(shù)M(x)的單調遞增區(qū)間為(-1,0),單調遞減區(qū)間為(0,+∞).故函數(shù)M(x)在x=0處取得極大值,也是最大值,且M(x)max=M(0)=0.易知當x→-1時,M(x)→-∞;當x→+∞時,M(x)→-∞.故要使ln a=ln(x+1)-x有兩個實根,只需ln a

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