第二课时 零点的存在性及其近似值的求法
某电视台有一个节目叫“价格猜猜猜”,就是主持人给大家展示一件新式产品,让竞猜者去猜物品的价格,主持人会提示价格“高了”还是“低了”,然后继续猜……
【问题】 怎样用最少的次数猜出物品的价格呢?
知识点一 函数零点存在定理
如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的,并且 (即在区间两个端点处的函数值异号),则函数y=f(x)在区间[a,b]中 零点,即 x0∈[a,b],f(x0)=0.
【想一想】
1.函数y=f(x)在区间(a,b)上有零点,是不是一定有f(a)f(b)<0?
2.函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线,f(a)f(b)<0时,能否判断函数在区间(a,b)上的零点个数?
知识点二 二分法
用二分法求函数零点近似值的步骤
在函数零点存在定理的条件满足时(即f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的,且f(a)f(b)<0),给定近似的精确度ε,用二分法求零点x0的近似值x1,使得|x1-x0|<ε的一般步骤如下:
第一步:检查|b-a|≤2ε是否成立,如果成立,取x1=,计算结束;如果不成立,转到第二步.
第二步:计算区间(a,b)的中点对应的函数值,若f=0,取x1=,计算结束;若f≠0,转到第三步.
第三步:若f(a)f<0,将的值赋给b,回到第一步;否则必有ff(b)<0,将的值赋给a,回到第一步.
【想一想】
是否所有的函数都可以用二分法求函数的零点?
1.方程x3-x-3=0的实数解所在的区间是( )
A.[-1,0] B.[0,1]
C.[1,2] D.[2,3]
2.观察下列函数的图象,判断能用二分法求其零点的是( )
3.用二分法研究函数f(x)=x3+3x-1的零点时,第一次经计算得f(0)<0,f(0.5)>0,可得其中一个零点x0∈ ,第二次应计算 .
题型一 判断函数零点个数或所在区间
【例1】 (1)已知函数y=f(x)的图象是连续不断的一条曲线,有如下的对应值表:
x 1 2 3 4 5 6
y 123.56 21.45 -7.82 11.45 -53.76 -128.88
则下列说法正确的是( )
A.函数y=f(x)在区间[1,6]上有3个零点
B.函数y=f(x)在区间[1,6]上至少有3个零点
C.函数y=f(x)在区间[1,6]上至多有3个零点
D.函数y=f(x)在区间[1,2]上无零点
(2)函数f(x)=x3+x-5的零点所在区间为( )
A.(0,1) B.(1,2)
C.(2,3) D.(3,4)
尝试解答
通性通法
1.判断函数零点所在区间的三个步骤
(1)代入:将区间端点值代入函数求出相应的函数值;
(2)判断:把所得的函数值相乘,并进行符号判断;
(3)结论:若符号为正且函数在该区间内是单调函数,则在该区间内无零点,若符号为负且函数连续,则在该区间内至少有一个零点.
2.判断函数存在零点的2种方法
(1)方程法:若方程f(x)=0的解可求或能判断解的个数.可通过方程的解来判断函数是否存在零点或判定零点的个数;
(2)图象法:由f(x)=g(x)-h(x)=0,得g(x)=h(x),在同一平面直角坐标系内作出y1=g(x)和y2=h(x)的图象,根据两个图象交点的个数来判定函数零点的个数.
【跟踪训练】
已知f(x),g(x)均为[-1,3]上连续不断的曲线,根据下表能判断方程f(x)=g(x)有实数解的区间是( )
x -1 0 1 2 3
f(x) -0.670 3.011 5.432 5.980 7.651
g(x) -0.530 3.451 4.890 5.241 6.892
A.(-1,0) B.(0,1)
C.(1,2) D.(2,3)
题型二 根据函数零点求参数
【例2】 已知a是实数,函数f(x)=2|x-1|+x-a,若函数y=f(x)有且仅有两个零点,求实数a的取值范围.
尝试解答
通性通法
根据函数零点个数求参数值(范围)的方法
已知函数有零点(方程有根)求参数取值范围的方法:
(1)直接法:直接根据题设条件构建关于参数的不等式,通过解不等式确定参数的取值范围;
(2)分离参数法:先将参数分离,然后转化成求函数值域问题加以解决;
(3)数形结合法:先对解析式变形,在同一平面直角坐标系中,画出函数的图象,然后数形结合求解.
【跟踪训练】
已知函数f(x)=2ax-a+3,若 x0∈(-1,1),f(x0)=0,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,-3)∪(1,+∞)
B.(-∞,-1)∪(3,+∞)
C.(-3,1)
D.(-1,3)
题型三 二分法
角度1 对二分法概念的理解
【例3】 下列图象与x轴均有交点,其中不能用二分法求函数零点的是( )
尝试解答
通性通法
二分法是求一般函数的零点的一种通法,使用二分法的前提条件是函数零点的存在性.对“函数在区间[a,b]上连续”的理解如下:不管函数在整个定义域内是否连续,只要找得到包含零点的区间上函数图象是连续的即可.
【跟踪训练】
如图,函数f(x)的图象与x轴交于M(x1,0),N(x2,0),P(x3,0),Q(x4,0)四点,则不能用二分法求出的f(x)的零点是( )
A.x1 B.x2
C.x3 D.x4
角度2 用二分法求方程的近似解
【例4】 用二分法求方程2x3+3x-3=0的一个正实数近似解.(精确度为0.1)
尝试解答
通性通法
用二分法求函数零点的近似值应遵循的原则
(1)需依据图象估计零点所在的初始区间[m,n](一般采用估计值的方法完成);
(2)取区间端点的中点c,计算f(c),确定有解区间是(m,c)还是(c,n),逐步缩小区间的“长度”,直到区间的两个端点符合精确度要求,终止计算,得到函数零点的近似值.
【跟踪训练】
用二分法求函数f(x)的一个正实数零点时,经计算f(0.54)<0,f(0.72)>0,f(0.68)<0,则函数的一个精确到0.1的正实数零点的近似值为( )
A.0.68 B.0.72
C.0.7 D.0.6
二分法实际应用举例
乒乓球是我国的国球,其地位是其他球类无法比拟的.乒乓球是两个半圆的球粘成的,好的乒乓球在黏合时是加热的,所以里面有塑料和胶水的气味.乒乓球虽小,但打时的速度快,变化多,技术要求高,特别是对判断力的锻炼,要求运动员眼疾手快,抓住稍纵即逝的机会,对培养顽强拼搏的精神很有好处.因此,乒乓球已经成为一项世界性、普遍性的体育运动.
现有a个乒乓球,从外观上看完全相同,除了1个乒乓球质量不符合标准外,其余的乒乓球质量均相同.用一架天平,限称b次,把这个“坏乒乓球”找出来,并说明此乒乓球是偏轻还是偏重.
【问题探究】
1.当a=12,b=3时,又该如何称?
提示:第一次,天平左右各放4个乒乓球,有两种情况:
(1)若平,则“坏乒乓球”在剩下的4个乒乓球中.第二次,取剩下的4个乒乓球中的3个乒乓球为一边,取3个好乒乓球为另一边,放在天平上.
①若仍平,则“坏乒乓球”为剩下的4个乒乓球中未取到的那个乒乓球,将此乒乓球与1个好乒乓球放到天平上一看,即知“坏乒乓球”是偏轻还是偏重;
②若不平,则“坏乒乓球”在取出的3个乒乓球之中,且知是轻还是重.任取其中2个乒乓球放在天平上,无论平还是不平,均可确定“坏乒乓球”.
(2)若不平,则“坏乒乓球”在天平上的8个乒乓球中,不妨设右边较重.从右边4个乒乓球中取出3个乒乓球置于一容器内,然后从左面4个乒乓球中取3个乒乓球移入右边,再从外面好乒乓球中取3个乒乓球补入左边.看天平,有三种可能.
①若平,则“坏乒乓球”是容器内3个乒乓球之一且偏重;
②若左边重,“坏乒乓球”已从一边换到另一边.因此,“坏乒乓球”只能是从左边移入右边的3个乒乓球之一,并且偏轻;
③若右边重,据此知“坏乒乓球”未变动位置,而未被移动过的乒乓球只有两个(左右各一),“坏乒乓球”是其中之一(暂不知是轻还是重).
显然对于以上三种情况的任一种,再用一次天平,即可找出“坏乒乓球”,且知其是轻还是重.
2.若“坏乒乓球偏轻”,当a=26时,又该如何称?
提示:将26枚乒乓球平均分成两份,分别放在天平两端,则“坏乒乓球”一定在质量小的那13个乒乓球里面;从这13个乒乓球中拿出1个,然后将剩下的12个乒乓球平均分成两份,分别放在天平两端,若天平平衡,则“坏乒乓球”一定是拿出的那一个,若天平不平衡,则“坏乒乓球”一定在质量小的那6个乒乓球里面;将这6个乒乓球平均分成两份,分别放在天平两端,则“坏乒乓球”一定在质量小的那3个乒乓球里面;从这3个乒乓球中任拿出2个,分别放在天平两端,若天平平衡,则剩下的那一个即是“坏乒乓球”,若天平不平衡,则质量小的那一枚即是“坏乒乓球”.
综上可知,最多称4次就可以发现这个“坏乒乓球”.
【迁移应用】
将“a个乒乓球”改为“从A地到B地的海底电缆有15个接点”,现某接点发生故障,需及时修理,为了尽快找出故障的发生点,则怎样检测最合理?
1.若函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象为连续不断的一条曲线,则下列说法中正确的是( )
A.若f(a)f(b)>0,则不存在实数c∈(a,b),使得f(c)=0
B.若f(a)f(b)<0,则存在且只存在一个实数c∈(a,b),使得f(c)=0
C.若f(a)f(b)>0,则有可能存在实数c∈(a,b),使得f(c)=0
D.若f(a)f(b)<0,则有可能不存在实数c∈(a,b),使得f(c)=0
2.函数f(x)的图象是连续不断的曲线,在用二分法求方程f(x)=0在(1,2)内近似解的过程可得f(1)<0,f(1.5)>0,f(1.25)<0,则方程的解所在区间为( )
A.(1.25,1.5) B.(1,1.25)
C.(1.5,2) D.不能确定
3.函数f(x)=x3-9的零点所在的大致区间是( )
A.(-1,0) B.(0,1)
C.(1,2) D.(2,3)
4.(多选)以下函数图象中,能用二分法求函数零点的是( )
5.已知函数f(x)=2x-b的零点为x0,且x0∈(-1,1),那么b的取值范围是 .
第二课时 零点的存在性及其近似值的求法
【基础知识·重落实】
知识点一
f(a)f(b)<0 至少有一个
想一想
1.提示:不一定,如f(x)=x2在区间(-1,1)上有零点0,但是f(-1)f(1)=1×1=1>0.
2.提示:不能.函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线,f(a)f(b)<0只能判断y=f(x)在[a,b]上有零点,并不能判断零点的个数,如图.
知识点二
想一想
提示:不是,只有满足函数图象在零点附近连续,且在该零点左右函数值异号时,才能应用“二分法”求函数零点.
自我诊断
1.C 令f(x)=x3-x-3,易知函数f(x)=x3-x-3在R上的图象是连续不断的,f(1)=-3<0,f(2)=8-2-3=3>0,f(-1)=-3<0,f(0)=-3<0,f(3)=21>0,结合选项知,f(1)·f(2)<0,
故函数f(x)=x3-x-3的零点所在的区间为[1,2],
即方程x3-x-3=0的实数解所在的区间为[1,2].
2.A
3.(0,0.5) f(0.25)
【典型例题·精研析】
【例1】 (1)B (2)B 解析:(1)由表可知,f(2)·f(3)<0,f(3)·f(4)<0,f(4)·f(5)<0.由函数零点存在定理知,函数y=f(x)在区间(2,3),(3,4),(4,5)上分别至少存在一个零点,所以函数y=f(x)在区间[1,6]上的零点至少有3个.虽然f(1)·f(2)>0,但函数y=f(x)在[1,2]上也有可能存在一个或多个零点.
(2)由函数f(x)=x3+x-5可得f(1)=1+1-5=-3<0,f(2)=8+2-5=5>0,
故有f(1)f(2)<0,
根据函数零点存在定理可得,函数f(x)的零点所在区间为(1,2),故选B.
跟踪训练
B 令h(x)=f(x)-g(x)可得:h(0)=f(0)-g(0)<0,h(1)=f(1)-g(1)>0,
由题意得h(x)连续,根据函数的零点存在定理可知:h(x)在(0,1)上有零点,故f(x)=g(x)在(0,1)上有解.故选B.
【例2】 解:函数f(x)=2|x-1|+x-a有且仅有两个零点,即函数y=2|x-1|+x与y=a有且仅有两个交点.
分别作出函数y=2|x-1|+x与y=a的图象,如图所示.
由图易知,当a>1时,两函数的图象有两个不同的交点,故实数a的取值范围是(1,+∞).
跟踪训练
A 函数f(x)=2ax-a+3,若 x0∈(-1,1),f(x0)=0,可得f(1)f(-1)=(-3a+3)(a+3)<0,解得a<-3或a>1,则实数a的取值范围是(-∞,-3)∪(1,+∞),故选A.
【例3】 B 利用二分法求函数的零点必须满足零点两侧函数值异号,在选项B中,不满足零点两侧函数值异号,不能用二分法求零点.由于A、C、D中零点的两侧函数值异号,故可采用二分法求零点.
跟踪训练
B 由图象可知,在x=x2附近,函数f(x)均大于0,故x2不能用二分法求出.其他零点附近函数值符号均变号,可以用二分法求解.故选B.
【例4】 解:令f(x)=2x3+3x-3,
经计算,f(0)=-3<0,f(1)=2>0,f(0)·f(1)<0,
所以函数f(x)在(0,1)内存在零点,
即方程2x3+3x=3在(0,1)内有解.
取(0,1)的中点0.5,经计算f(0.5)<0,
又f(1)>0,所以方程2x3+3x-3=0在(0.5,1)内有解.
如此继续下去,得到方程的正实数根所在的区间,如表:
(a,b) 中点c f(a) f(b) f
(0,1) 0.5 f(0)<0 f(1)>0 f(0.5)<0
(0.5,1) 0.75 f(0.5)<0 f(1)>0 f(0.75)>0
(0.5,0.75) 0.625 f(0.5)<0 f(0.75)>0 f(0.625)<0
(0.625,0.75) 0.687 5 f(0.625)<0 f(0.75)>0 f(0.687 5)<0
(0.687 5,0.75) |0.687 5-0.75|=0.062 5<0.1
由于|0.687 5-0.75|=0.062 5<0.1,所以0.75可作为方程的一个正实数近似解.
跟踪训练
C 由题意根据函数零点的判定定理可得,函数零点所在的区间为(0.68,0.72),由于|0.72-0.68|=0.04<0.1,则函数的一个精确度为0.1的正实数零点的近似值可以为0.7,故选C.
拓视野 二分法实际应用举例
迁移应用
解:如下图所示,把从A地到B地的海底电缆抽象成一条线段,图中的15个点代表电缆上的15个接点.按照从左到右的顺序将其编号为1,2,3,…,15.先检查最中间的接点,即第8号接点,若此时两端都是通路,则此接点即为故障点,检查完毕;若其中一端为断路,则故障点必在此端.假设此时左端断路,则检查1~7号中间的接点,即第4号接点,若此时两端都是通路,则此接点即为故障点,检查完毕;若其中一端为断路,则故障点必在此端.假设此时左端断路,则检查第2号接点,若此时两端都是通路,则此接点即为故障点;若左端断路,则故障点为第1号接点;若右端断路,则故障点为第3号接点,到此检查完毕.
随堂检测
1.C 对函数f(x)=x2,f(-1)·f(1)>0,但f(0)=0,故A错误;对于函数f(x)=x3-x,f(-2)·f(2)<0,但f(0)=f(-1)=f(1)=0,故B错误;函数f(x)=x2满足C,故C正确;由函数零点存在定理知D错误.
2.A 因为f(1.25)·f(1.5)<0,故方程f(x)=0的解所在区间为(1.25,1.5).故选A.
3.D 因为函数f(x)=x3-9在R上单调递增,
f(2)=8-9=-1<0,f(3)=27-9=18>0,
所以根据零点存在定理,可得函数f(x)=x3-9的零点所在的大致区间是(2,3).
故选D.
4.ABC D选项虽然有零点,但是在零点左右两侧函数值符号都相同,因此不能用二分法求零点,而A、B、C选项符合利用二分法求函数零点的条件.故选A、B、C.
5.(-2,2) 解析:因为函数f(x)=2x-b的零点为x0,且x0∈(-1,1),所以f(-1)·f(1)<0,即(-2-b)·(2-b)<0,解得-2<b<2,所以b的取值范围是(-2,2).
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第二课时 零点的存在性及其近似值的求法
目录
基础知识·重落实
01
典型例题·精研析
02
知能演练·扣课标
03
基础知识·重落实
01
课前预习 必备知识梳理
某电视台有一个节目叫“价格猜猜猜”,就是主持人给大家展示
一件新式产品,让竞猜者去猜物品的价格,主持人会提示价格“高
了”还是“低了”,然后继续猜……
【问题】 怎样用最少的次数猜出物品的价格呢?
知识点一 函数零点存在定理
如果函数 y = f ( x )在区间[ a , b ]上的图象是连续不断的,并且
(即在区间两个端点处的函数值异号),则函数 y
= f ( x )在区间[ a , b ]中 零点,即 x0∈[ a , b ], f
( x0)=0.
f
( a ) f ( b )<0
至少有一个
【想一想】
1. 函数 y = f ( x )在区间( a , b )上有零点,是不是一定有 f
( a )· f ( b )<0?
提示:不一定,如 f ( x )= x2在区间(-1,1)上有零点0,但是 f
(-1) f (1)=1×1=1>0.
2. 函数 y = f ( x )在区间[ a , b ]上的图象是连续不断的一条曲
线, f ( a ) f ( b )<0时,能否判断函数在区间( a , b )上
的零点个数?
提示:不能.函数 y = f ( x )在区间[ a , b ]上的图象是连续不断的一条曲线, f ( a ) f ( b )<0只能判断 y = f ( x )在[ a , b ]上有零点,并不能判断零点的个数,如图.
知识点二 二分法
用二分法求函数零点近似值的步骤
在函数零点存在定理的条件满足时(即 f ( x )在区间[ a , b ]上的图
象是连续不断的,且 f ( a ) f ( b )<0),给定近似的精确度ε,用
二分法求零点 x0的近似值 x1,使得| x1- x0|<ε的一般步骤如下:
第一步:检查| b - a |≤2ε是否成立,如果成立,取 x1= ,计
算结束;如果不成立,转到第二步.
第二步:计算区间( a , b )的中点 对应的函数值,若 f =
0,取 x1= ,计算结束;若 f ≠0,转到第三步.
第三步:若 f ( a ) f <0,将 的值赋给 b ,回到第一步;否则必有 f f ( b )<0,将
的值赋给 a ,回到第一步.
【想一想】
是否所有的函数都可以用二分法求函数的零点?
提示:不是,只有满足函数图象在零点附近连续,且在该零点左右函
数值异号时,才能应用“二分法”求函数零点.
1. 方程 x3- x -3=0的实数解所在的区间是( )
A. [-1,0] B. [0,1]
C. [1,2] D. [2,3]
解析: 令 f ( x )= x3- x -3,易知函数 f ( x )= x3- x -3在R
上的图象是连续不断的, f (1)=-3<0, f (2)=8-2-3=3>
0, f (-1)=-3<0, f (0)=-3<0, f (3)=21>0,结合选
项知, f (1)· f (2)<0,
故函数 f ( x )= x3- x -3的零点所在的区间为[1,2],
即方程 x3- x -3=0的实数解所在的区间为[1,2].
2. 观察下列函数的图象,判断能用二分法求其零点的是( )
3. 用二分法研究函数 f ( x )= x3+3 x -1的零点时,第一次经计算得 f
(0)<0, f (0.5)>0,可得其中一个零点 x0∈ ,第
二次应计算 .
(0,0.5)
f (0.25)
典型例题·精研析
02
课堂互动 关键能力提升
题型一 判断函数零点个数或所在区间
【例1】 (1)已知函数 y = f ( x )的图象是连续不断的一条曲线,
有如下的对应值表:
x 1 2 3 4 5 6
y 123.56 21.45 -7.82 11.45 -53.76 -128.88
则下列说法正确的是( B )
B
题型一 判断函数零点个数或所在区间
【例1】 (1)已知函数 y = f ( x )的图象是连续不断的一条曲线,
有如下的对应值表:
x 1 2 3 4 5 6
y 123.56 21.45 -7.82 11.45 -53.76 -128.88
则下列说法正确的是( B )
A. 函数 y = f ( x )在区间[1,6]上有3个零点
B. 函数 y = f ( x )在区间[1,6]上至少有3个零点
C. 函数 y = f ( x )在区间[1,6]上至多有3个零点
D. 函数 y = f ( x )在区间[1,2]上无零点
解析:由表可知, f (2)· f (3)<0, f (3)· f (4)<0, f (4)· f
(5)<0.由函数零点存在定理知,函数 y = f ( x )在区间(2,3),
(3,4),(4,5)上分别至少存在一个零点,所以函数 y = f ( x )
在区间[1,6]上的零点至少有3个.虽然 f (1)· f (2)>0,但函数 y =
f ( x )在[1,2]上也有可能存在一个或多个零点.
(2)函数 f ( x )= x3+ x -5的零点所在区间为( B )
A. (0,1) B. (1,2)
C. (2,3) D. (3,4)
解析:由函数 f ( x )= x3+ x -5可得 f (1)=1+1-5=-3<
0, f (2)=8+2-5=5>0,
故有 f (1) f (2)<0,
根据函数零点存在定理可得,函数 f ( x )的零点所在区间为
(1,2),故选B.
通性通法
1. 判断函数零点所在区间的三个步骤
(1)代入:将区间端点值代入函数求出相应的函数值;
(2)判断:把所得的函数值相乘,并进行符号判断;
(3)结论:若符号为正且函数在该区间内是单调函数,则在该区
间内无零点,若符号为负且函数连续,则在该区间内至少有
一个零点.
2. 判断函数存在零点的2种方法
(1)方程法:若方程 f ( x )=0的解可求或能判断解的个数.可通
过方程的解来判断函数是否存在零点或判定零点的个数;
(2)图象法:由 f ( x )= g ( x )- h ( x )=0,得 g ( x )
= h ( x ),在同一平面直角坐标系内作出 y1= g ( x )和
y2= h ( x )的图象,根据两个图象交点的个数来判定函数
零点的个数.
【跟踪训练】
已知 f ( x ), g ( x )均为[-1,3]上连续不断的曲线,根据下表能
判断方程 f ( x )= g ( x )有实数解的区间是( )
x -1 0 1 2 3
f ( x ) -0.670 3.011 5.432 5.980 7.651
g ( x ) -0.530 3.451 4.890 5.241 6.892
A. (-1,0) B. (0,1)
C. (1,2) D. (2,3)
解析: 令 h ( x )= f ( x )- g ( x )可得: h (0)= f (0)- g
(0)<0, h (1)= f (1)- g (1)>0,由题意得 h ( x )连续,
根据函数的零点存在定理可知: h ( x )在(0,1)上有零点,故 f
( x )= g ( x )在(0,1)上有解.故选B.
题型二 根据函数零点求参数
【例2】 已知 a 是实数,函数 f ( x )=2| x -1|+ x - a ,若函数 y
= f ( x )有且仅有两个零点,求实数 a 的取值范围.
解:函数 f ( x )=2| x -1|+ x - a 有且仅
有两个零点,即函数 y =2| x -1|+ x 与 y =
a 有且仅有两个交点.
分别作出函数 y =2| x -1|+ x 与 y = a 的图
象,如图所示.
由图易知,当 a >1时,两函数的图象有两个
不同的交点,故实数 a 的取值范围是(1,+∞).
通性通法
根据函数零点个数求参数值(范围)的方法
已知函数有零点(方程有根)求参数取值范围的方法:
(1)直接法:直接根据题设条件构建关于参数的不等式,通过解不
等式确定参数的取值范围;
(2)分离参数法:先将参数分离,然后转化成求函数值域问题加以
解决;
(3)数形结合法:先对解析式变形,在同一平面直角坐标系中,画
出函数的图象,然后数形结合求解.
【跟踪训练】
已知函数 f ( x )=2 ax - a +3,若 x0∈(-1,1), f ( x0)=0,
则实数 a 的取值范围是( )
A. (-∞,-3)∪(1,+∞)
B. (-∞,-1)∪(3,+∞)
C. (-3,1)
D. (-1,3)
解析: 函数 f ( x )=2 ax - a +3,若 x0∈(-1,1), f
( x0)=0,可得 f (1) f (-1)=(-3 a +3)( a +3)<0,
解得 a <-3或 a >1,则实数 a 的取值范围是(-∞,-3)∪
(1,+∞),故选A.
题型三 二分法
角度1 对二分法概念的理解
【例3】 下列图象与 x 轴均有交点,其中不能用二分法求函数零点的
是( )
解析: 利用二分法求函数的零点必须满足零点两侧函数值异号,
在选项B中,不满足零点两侧函数值异号,不能用二分法求零点.由于
A、C、D中零点的两侧函数值异号,故可采用二分法求零点.
通性通法
二分法是求一般函数的零点的一种通法,使用二分法的前提条件
是函数零点的存在性.对“函数在区间[ a , b ]上连续”的理解如下:
不管函数在整个定义域内是否连续,只要找得到包含零点的区间上函
数图象是连续的即可.
【跟踪训练】
如图,函数 f ( x )的图象与 x 轴交于 M ( x1,0), N ( x2,0), P
( x3,0), Q ( x4,0)四点,则不能用二分法求出的 f ( x )的零点
是( )
A. x1 B. x2
C. x3 D. x4
解析: 由图象可知,在 x = x2附近,函数 f ( x )均大于0,故 x2不
能用二分法求出.其他零点附近函数值符号均变号,可以用二分法求
解.故选B.
角度2 用二分法求方程的近似解
【例4】 用二分法求方程2 x3+3 x -3=0的一个正实数近似解.(精确
度为0.1)
解:令 f ( x )=2 x3+3 x -3,
经计算, f (0)=-3<0, f (1)=2>0, f (0)· f (1)<0,
所以函数 f ( x )在(0,1)内存在零点,
即方程2 x3+3 x =3在(0,1)内有解.
取(0,1)的中点0.5,经计算 f (0.5)<0,
又 f (1)>0,所以方程2 x3+3 x -3=0在(0.5,1)内有解.
如此继续下去,得到方程的正实数根所在的区间,如表:
( a , b ) 中点 c f ( a ) f ( b ) f
(0,1) 0.5 f (0)<0 f (1)>0 f (0.5)<0
(0.5,1) 0.75 f (0.5)<0 f (1)>0 f (0.75)>0
(0.5,
0.75) 0.625 f (0.5)<0 f (0.75)>0 f (0.625)<0
(0.625,0.75) 0.687
5 f (0.625)<
0 f (0.75)>0 f (0.687 5)<0
(0.687
5,0.75) |0.687 5-0.75|=0.062 5<0.1
由于|0.687 5-0.75|=0.062 5<0.1,所以0.75可作为方程的一个正
实数近似解.
通性通法
用二分法求函数零点的近似值应遵循的原则
(1)需依据图象估计零点所在的初始区间[ m , n ](一般采用估计值
的方法完成);
(2)取区间端点的中点 c ,计算 f ( c ),确定有解区间是( m , c )
还是( c , n ),逐步缩小区间的“长度”,直到区间的两个端
点符合精确度要求,终止计算,得到函数零点的近似值.
【跟踪训练】
用二分法求函数 f ( x )的一个正实数零点时,经计算 f (0.54)<0,
f (0.72)>0, f (0.68)<0,则函数的一个精确到0.1的正实数零点
的近似值为( )
A. 0.68 B. 0.72
C. 0.7 D. 0.6
解析: 由题意根据函数零点的判定定理可得,函数零点所在的区
间为(0.68,0.72),由于|0.72-0.68|=0.04<0.1,则函数的一个
精确度为0.1的正实数零点的近似值可以为0.7,故选C.
二分法实际应用举例
乒乓球是我国的国球,其地位是其他球类无法比拟的.乒乓球是两个半
圆的球粘成的,好的乒乓球在黏合时是加热的,所以里面有塑料和胶
水的气味.乒乓球虽小,但打时的速度快,变化多,技术要求高,特别
是对判断力的锻炼,要求运动员眼疾手快,抓住稍纵即逝的机会,对
培养顽强拼搏的精神很有好处.因此,乒乓球已经成为一项世界性、普
遍性的体育运动.
现有 a 个乒乓球,从外观上看完全相同,除了1个乒乓球质量不符合标
准外,其余的乒乓球质量均相同.用一架天平,限称 b 次,把这个“坏
乒乓球”找出来,并说明此乒乓球是偏轻还是偏重.
【问题探究】
1. 当 a =12, b =3时,又该如何称?
提示:第一次,天平左右各放4个乒乓球,有两种情况:
(1)若平,则“坏乒乓球”在剩下的4个乒乓球中.第二次,取剩下
的4个乒乓球中的3个乒乓球为一边,取3个好乒乓球为另一边,放
在天平上.
①若仍平,则“坏乒乓球”为剩下的4个乒乓球中未取到的那个乒
乓球,将此乒乓球与1个好乒乓球放到天平上一看,即知“坏乒乓
球”是偏轻还是偏重;
(2)若不平,则“坏乒乓球”在天平上的8个乒乓球中,不妨设右
边较重.从右边4个乒乓球中取出3个乒乓球置于一容器内,然后从左
面4个乒乓球中取3个乒乓球移入右边,再从外面好乒乓球中取3个
乒乓球补入左边.看天平,有三种可能.
②若不平,则“坏乒乓球”在取出的3个乒乓球之中,且知是轻还
是重.任取其中2个乒乓球放在天平上,无论平还是不平,均可确定
“坏乒乓球”.
①若平,则“坏乒乓球”是容器内3个乒乓球之一且偏重;
②若左边重,“坏乒乓球”已从一边换到另一边.因此,“坏乒乓
球”只能是从左边移入右边的3个乒乓球之一,并且偏轻;
③若右边重,据此知“坏乒乓球”未变动位置,而未被移动过的乒
乓球只有两个(左右各一),“坏乒乓球”是其中之一(暂不知是
轻还是重).
显然对于以上三种情况的任一种,再用一次天平,即可找出“坏乒
乓球”,且知其是轻还是重.
2. 若“坏乒乓球偏轻”,当 a =26时,又该如何称?
提示:将26枚乒乓球平均分成两份,分别放在天平两端,则“坏乒
乓球”一定在质量小的那13个乒乓球里面;从这13个乒乓球中拿出
1个,然后将剩下的12个乒乓球平均分成两份,分别放在天平两
端,若天平平衡,则“坏乒乓球”一定是拿出的那一个,若天平不
平衡,则“坏乒乓球”一定在质量小的那6个乒乓球里面;将这6个
乒乓球平均分成两份,分别放在天平两端,则“坏乒乓球”一定在
质量小的那3个乒乓球里面;从这3个乒乓球中任拿出2个,分别放
在天平两端,若天平平衡,则剩下的那一个即是“坏乒乓球”,若
天平不平衡,则质量小的那一枚即是“坏乒乓球”.
综上可知,最多称4次就可以发现这个“坏乒乓球”.
【迁移应用】
将“ a 个乒乓球”改为“从 A 地到 B 地的海底电缆有15个接点”,
现某接点发生故障,需及时修理,为了尽快找出故障的发生点,则怎
样检测最合理?
解:如下图所示,把从 A 地到 B地的海底电缆抽象成一条线段,图中的15个点代表电缆上的15个接点.按照从左到右的顺序将其编号为1,2,3,…,15.先检查最中间的接点,即第8号接点,若此时两端都是通路,则此接点即为故障点,检查完毕;若其中一端为断路,则故障点必在此端.假设此时左端断路,则检查1~7号中间的接点,即第4号接点,若此时两端都是通路,则此接点即为故障点,检查完毕;若其中一端为断路,则故障点必在此端.假设此时左端断路,则检查第2号接点,若此时两端都是通路,则此接点即为故障点;若左端断路,则故障点为第1号接点;若右端断路,则故障点为第3号接点,到此检查完毕.
1. 若函数 y = f ( x )在区间[ a , b ]上的图象为连续不断的一条曲
线,则下列说法中正确的是( )
A. 若 f ( a ) f ( b )>0,则不存在实数 c ∈( a , b ),使得 f ( c )
=0
B. 若 f ( a ) f ( b )<0,则存在且只存在一个实数 c ∈( a , b ),
使得 f ( c )=0
C. 若 f ( a ) f ( b )>0,则有可能存在实数 c ∈( a , b ),使得 f
( c )=0
D. 若 f ( a ) f ( b )<0,则有可能不存在实数 c ∈( a , b ),使得 f
( c )=0
解析: 对函数 f ( x )= x2, f (-1)· f (1)>0,但 f (0)=
0,故A错误;对于函数 f ( x )= x3- x , f (-2)· f (2)<0,但 f
(0)= f (-1)= f (1)=0,故B错误;函数 f ( x )= x2满足
C,故C正确;由函数零点存在定理知D错误.
2. 函数 f ( x )的图象是连续不断的曲线,在用二分法求方程 f ( x )
=0在(1,2)内近似解的过程可得 f (1)<0, f (1.5)>0, f
(1.25)<0,则方程的解所在区间为( )
A. (1.25,1.5) B. (1,1.25)
C. (1.5,2) D. 不能确定
解析: 因为 f (1.25)· f (1.5)<0,故方程 f ( x )=0的解所在
区间为(1.25,1.5).故选A.
3. 函数 f ( x )= x3-9的零点所在的大致区间是( )
A. (-1,0) B. (0,1)
C. (1,2) D. (2,3)
解析: 因为函数 f ( x )= x3-9在R上单调递增,
f (2)=8-9=-1<0, f (3)=27-9=18>0,
所以根据零点存在定理,可得函数 f ( x )= x3-9的零点所在的大
致区间是(2,3).故选D.
4. (多选)以下函数图象中,能用二分法求函数零点的是( )
解析: D选项虽然有零点,但是在零点左右两侧函数值符号都相同,因此不能用二分法求零点,而A、B、C选项符合利用二分法求函数零点的条件.故选A、B、C.
5. 已知函数 f ( x )=2 x - b 的零点为 x0,且 x0∈(-1,1),那么 b
的取值范围是 .
解析:因为函数 f ( x )=2 x - b 的零点为 x0,且 x0∈(-1,1),
所以 f (-1)· f (1)<0,即(-2- b )·(2- b )<0,解得-2
< b <2,所以 b 的取值范围是(-2,2).
(-2,2)
知能演练·扣课标
03
课后巩固 核心素养落地
1. 用二分法求如图所示函数 f ( x )的零点时,不可能求出的零点是
( )
A. x1 B. x2
C. x3 D. x4
解析: 观察图象可知:点 x3的附近两旁的函数值都为负值,
∴点 x3不能用二分法求,故选C.
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2. 函数 f ( x )= x2- 的零点所在的区间为( )
A. (-1,0) B. (0,1)
C. (1,2) D. (2,3)
解析: 当 x <0时, f ( x )>0恒成立,当 x >0时, f ( x )单调
递增. f (1)=-1<0, f (2)=3>0,根据函数零点存在定理, f
( x )的零点所在的区间是(1,2).故选C.
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3. 若函数 f ( x )的图象是一条连续不断的曲线,且 f (0)>0, f
(1)>0, f (2)<0,则 y = f ( x )有唯一零点需满足的一个必
要条件是( )
A. f (3)<0
B. 函数 f ( x )在定义域内是增函数
C. f (3)>0
D. 函数 f ( x )在定义域内是减函数
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解析: ∵ f (0)>0, f (1)>0, f
(2)<0,∴ f ( x )在(1,2)上一定
有零点 x0,且图象是一条连续不断的曲
线.若要保证只有一个零点,只需 x < x0上
f ( x )>0且 x > x0上 f ( x )<0,如图所
示,∴ f ( x )在定义域内不一定单调,
但 f (3)<0.故选A.
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4. 已知函数 f ( x )= ax2+2 x +2 a +1的两个零点分别在(0,1)和
(1,2)内,则实数 a 的取值范围是( )
A. B.
C. D.
解析: 因为函数 f ( x )= ax2+2 x +2 a +1的两个零点分别在
(0,1)和(1,2)内,所以 f (0) f (1)<0且 f (2) f (1)<
0,所以解得-1< a <- ,即 a ∈
.故选D.
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5. (多选)对于方程 x3+ x2-2 x -1=0,则下列判断中正确的有
( )
A. 在(-2,-1)内有实数根
B. 在(-1,0)内有实数根
C. 在(1,2)内有实数根
D. 在(-∞,+∞)内没有实数根
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解析: 设 f ( x )= x3+ x2-2 x -1,则 f (-2)=-1<0, f
(-1)=1>0, f (0)=-1<0, f (1)=-1<0, f (2)=7>
0,根据零点存在定理,则 f ( x )在(-2,-1),(-1,0),
(1,2)内均有零点.故选A、B、C.
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6. 函数 f ( x )= x2+ ax + b 有零点,但不能用二分法求出,则 a , b
的关系是 .
解析:∵函数 f ( x )= x2+ ax + b 有零点,但不能用二分法,∴函
数 f ( x )= x2+ ax + b 图象与 x 轴相切.∴Δ= a2-4 b =0.∴ a2=4 b .
a2=4 b
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7. 求函数 f ( x )= x3- x -1在区间(1,1.5)内的一个零点(精确度
ε=0.1),用“二分法”逐次计算列表如下:
端(中)点的值 中点函数值符号 零点所在区间 | an - bn |
(1,1.5) 0.5
1.25 f (1.25)<0 (1.25,1.5) 0.25
1.375 f (1.375)>0 (1.25,1.375) 0.125
1.312 5 f (1.312 5)<0 (1.312 5,
1.375) 0.062 5
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则函数零点的近似值为
.
解析:∵精确度ε=0.1,由表可知|1.375-1.312 5|=0.062 5<
0.1,∴此函数的零点 x0∈[1.312 5,1.375].
∴函数零点的近似值为1.312 5.
1.312 5(答案不唯一,取[1.312 5,1.375]
内的任一值均可)
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8. 已知函数 f ( x )= x2+ x + a 在区间(0,1)上有零点,则实数 a 的
取值范围是 .
解析:函数 f ( x )= x2+ x + a 的图象的对称轴方程为 x =- ,故
函数在区间(0,1)上单调递增,再根据函数 f ( x )在(0,1)上
有零点,可得解得-2< a <0.
(-2,0)
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9. 已知二次函数 f ( x )= x2-2 ax +4,求下列条件下实数 a 的取
值范围.
(1)零点均大于1;
解:由题可得方程 x2-2 ax +4=0的两根均大于1,结合
二次函数的单调性与零点存在定理,得
解得2≤ a < .
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(2)一个零点大于1,一个零点小于1;
解:由题可得方程 x2-2 ax +4=0的一个根大于1,一个
根小于1,结合二次函数的单调性与零点存在定理,得 f (1)
=5-2 a <0,解得 a > .
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(3)一个零点在(0,1)内,另一个零点在(6,8)内.
解:由题可得方程 x2-2 ax +4=0的一个根在(0,1)
内,另一个根在(6,8)内,结合二次函数的单调性与零点
存在性定理,得< a < .
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10. 方程| x |- =0( a >0)的零点有( )
A. 1个 B. 2个
C. 3个 D. 至少1个
解析: | x |- =0 | x |= ,令 f
( x )=| x |, g ( x )= ( a >0),作
出两个函数的图象,如图,从图象可以看
出,交点只有1个.故选A.
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11. 已知 f ( x )是定义在R上的奇函数,当 x ≥0时, f ( x )= x2-4
x ,则方程 f ( x )= x -2解的个数为 .
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解析:当 x <0时,- x >0,所以 f (- x )=(- x )2+4 x ,因为
f ( x )是定义在R上的奇函数,
所以- f ( x )= f (- x )= x2+4 x ,所以 f ( x )=- x2-4 x ,
所以 f ( x )=
令 g ( x )= f ( x )- x +2,
所以 g ( x )=
由 y = g ( x )的图象知, y = g ( x )有3个零点,所以方程 f
( x )= x -2解的个数为3.
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12. 已知函数 f ( x )= , g ( x )= x -1.若函数 h ( x )= f ( x )
-λ g ( x )在区间(2,3)上存在零点,求正实数λ的取值范围.
解:函数 h ( x )= f ( x )-λ g ( x )= -λ( x -1),
因为 y = 在区间(2,3)上单调递减,又λ>0,所以 y =-λ
( x -1)在区间(2,3)上单调递减,所以 h ( x )在区间(2,
3)上单调递减,若 h ( x )在区间(2,3)上存在零点,
则 <λ< .
故λ的取值范围是 .
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13. 用二分法求方程 x3-8=0在区间(2,3)内的近似解至少经
过 次“二分”后精确度能达到0.01.
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解析:∵区间(2,3)的长度为1,当6次二分后区间长度为 =
> =0.01,不满足精确度要求,当7次二分后区间长度为 =
< =0.01,满足精确度要求,故要至少经过7次二分后精确
度能达到0.01.
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14. 对于函数 f ( x ),若存在 x0,使 f ( x0)= x0成立,则称 x0为函数 f
( x )的不动点,已知 f ( x )= x2+ bx + c .
(1)若 f ( x )的两个不动点为-3,2,求函数 f ( x )的零点;
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解:由题意知 f ( x )= x 有两根,
即 x2+( b -1) x + c =0有两根,分别为-3,2.
∴∴
从而 f ( x )= x2+2 x -6.
由 f ( x )=0,得 x1=-1- , x2=-1+ .
故 f ( x )的零点为-1+ ,-1- .
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(2)当 c = b2时,函数 f ( x )没有不动点,求实数 b 的取值
范围.
解:若 c = ,则 f ( x )= x2+ bx + ,
又 f ( x )无不动点,即方程 x2+ bx + = x 无解,
化简得方程 x2+( b -1) x + =0无解,
∴Δ=( b -1)2- b2<0,即-2 b +1<0,∴ b > .
故 b 的取值范围是 .
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谢 谢 观 看!第二课时 零点的存在性及其近似值的求法
1.用二分法求如图所示函数f(x)的零点时,不可能求出的零点是( )
A.x1 B.x2
C.x3 D.x4
2.函数f(x)=x2-的零点所在的区间为( )
A.(-1,0) B.(0,1)
C.(1,2) D.(2,3)
3.若函数f(x)的图象是一条连续不断的曲线,且f(0)>0,f(1)>0,f(2)<0,则y=f(x)有唯一零点需满足的一个必要条件是( )
A.f(3)<0
B.函数f(x)在定义域内是增函数
C.f(3)>0
D.函数f(x)在定义域内是减函数
4.已知函数f(x)=ax2+2x+2a+1的两个零点分别在(0,1)和(1,2)内,则实数a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
5.(多选)对于方程x3+x2-2x-1=0,则下列判断中正确的有( )
A.在(-2,-1)内有实数根
B.在(-1,0)内有实数根
C.在(1,2)内有实数根
D.在(-∞,+∞)内没有实数根
6.函数f(x)=x2+ax+b有零点,但不能用二分法求出,则a,b的关系是 .
7.求函数f(x)=x3-x-1在区间(1,1.5)内的一个零点(精确度ε=0.1),用“二分法”逐次计算列表如下:
端(中)点的值 中点函数值符号 零点所在区间 |an-bn|
(1,1.5) 0.5
1.25 f(1.25)<0 (1.25,1.5) 0.25
1.375 f(1.375)>0 (1.25,1.375) 0.125
1.312 5 f(1.312 5)<0 (1.312 5,1.375) 0.062 5
则函数零点的近似值为 .
8.已知函数f(x)=x2+x+a在区间(0,1)上有零点,则实数a的取值范围是 .
9.已知二次函数f(x)=x2-2ax+4,求下列条件下实数a的取值范围.
(1)零点均大于1;
(2)一个零点大于1,一个零点小于1;
(3)一个零点在(0,1)内,另一个零点在(6,8)内.
10.方程|x|-=0(a>0)的零点有( )
A.1个 B.2个
C.3个 D.至少1个
11.已知f(x)是定义在R上的奇函数,当x≥0时,f(x)=x2-4x,则方程f(x)=x-2解的个数为 .
12.已知函数f(x)=,g(x)=x-1.若函数h(x)=f(x)-λg(x)在区间(2,3)上存在零点,求正实数λ的取值范围.
13.用二分法求方程x3-8=0在区间(2,3)内的近似解至少经过 次“二分”后精确度能达到0.01.
14.对于函数f(x),若存在x0,使f(x0)=x0成立,则称x0为函数f(x)的不动点,已知f(x)=x2+bx+c.
(1)若f(x)的两个不动点为-3,2,求函数f(x)的零点;
(2)当c=b2时,函数f(x)没有不动点,求实数b的取值范围.
第二课时 零点的存在性及其近似值的求法
1.C 观察图象可知:点x3的附近两旁的函数值都为负值,∴点x3不能用二分法求,故选C.
2.C 当x<0时,f(x)>0恒成立,当x>0时,f(x)单调递增.f(1)=-1<0,f(2)=3>0,根据函数零点存在定理,f(x)的零点所在的区间是(1,2).故选C.
3.A ∵f(0)>0,f(1)>0,f(2)<0,∴f(x)在(1,2)上一定有零点x0,且图象是一条连续不断的曲线.若要保证只有一个零点,只需x<x0上f(x)>0且x>x0上f(x)<0,如图所示,∴f(x)在定义域内不一定单调,但f(3)<0.故选A.
4.D 因为函数f(x)=ax2+2x+2a+1的两个零点分别在(0,1)和(1,2)内,所以f(0)f(1)<0且f(2)f(1)<0,所以解得-1<a<-,即a∈.故选D.
5.ABC 设f(x)=x3+x2-2x-1,则f(-2)=-1<0,f(-1)=1>0,f(0)=-1<0,f(1)=-1<0,f(2)=7>0,根据零点存在定理,则f(x)在(-2,-1),(-1,0),(1,2)内均有零点.故选A、B、C.
6.a2=4b 解析:∵函数f(x)=x2+ax+b有零点,但不能用二分法,∴函数f(x)=x2+ax+b图象与x轴相切.∴Δ=a2-4b=0.∴a2=4b.
7.1.312 5(答案不唯一,取[1.312 5,1.375]内的任一值均可)解析:∵精确度ε=0.1,由表可知|1.375-1.312 5|=0.062 5<0.1,∴此函数的零点x0∈[1.312 5,1.375].
∴函数零点的近似值为1.312 5.
8.(-2,0) 解析:函数f(x)=x2+x+a的图象的对称轴方程为x=-,故函数在区间(0,1)上单调递增,再根据函数f(x)在(0,1)上有零点,可得解得-2<a<0.
9.解:(1)由题可得方程x2-2ax+4=0的两根均大于1,结合二次函数的单调性与零点存在定理,得解得2≤a<.
(2)由题可得方程x2-2ax+4=0的一个根大于1,一个根小于1,结合二次函数的单调性与零点存在定理,得f(1)=5-2a<0,解得a>.
(3)由题可得方程x2-2ax+4=0的一个根在(0,1)内,另一个根在(6,8)内,结合二次函数的单调性与零点存在性定理,得解得<a<.
10.A |x|-=0 |x|=,令f(x)=|x|,g(x)=(a>0),作出两个函数的图象,如图,从图象可以看出,交点只有1个.故选A.
11.3 解析:当x<0时,-x>0,所以f(-x)=(-x)2+4x,因为f(x)是定义在R上的奇函数,
所以-f(x)=f(-x)=x2+4x,所以f(x)=-x2-4x,
所以f(x)=
令g(x)=f(x)-x+2,
所以g(x)=
由y=g(x)的图象知,y=g(x)有3个零点,所以方程f(x)=x-2解的个数为3.
12.解:函数h(x)=f(x)-λg(x)=-λ(x-1),
因为y=在区间(2,3)上单调递减,又λ>0,所以y=-λ(x-1)在区间(2,3)上单调递减,所以h(x)在区间(2,3)上单调递减,若h(x)在区间(2,3)上存在零点,则 <λ<.
故λ的取值范围是.
13.7 解析:∵区间(2,3)的长度为1,当6次二分后区间长度为=>=0.01,不满足精确度要求,当7次二分后区间长度为=<=0.01,满足精确度要求,故要至少经过7次二分后精确度能达到0.01.
14.解:(1)由题意知f(x)=x有两根,
即x2+(b-1)x+c=0有两根,分别为-3,2.
∴∴
从而f(x)=x2+2x-6.
由f(x)=0,得x1=-1-,x2=-1+.
故f(x)的零点为-1+,-1-.
(2)若c=,则f(x)=x2+bx+,
又f(x)无不动点,即方程x2+bx+=x无解,
化简得方程x2+(b-1)x+=0无解,
∴Δ=(b-1)2-b2<0,即-2b+1<0,∴b>.
故b的取值范围是.
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