由方程根的个数求参数范围

前言

类型列举

曲线静,直线动,一静一动型

例1已知函数(f(x)=x^2+cfrac{m}{x}-3)有三个不同的零点,求参数(m)的范围。

分析:由题目先转化为方程(x^2+cfrac{m}{x}-3=0)有三个不同的实根,

分离参数得到,方程(-m=x^3-3x(x eq 0))有三个不同的实根,

(g(x)=x^3-3x(x eq 0)),用导数方法求其单调区间,为作图做准备。

(g'(x)=3x^2-3>0),得到(x<-1)(x>1)

(g'(x)<0),得到(-1<x<1)(x eq 0)最后做处理。

则函数(g(x))((-infty,-1]) 上单调递增,

([-1,1])上单调递减,在([1,+infty))上单调递增;

(g(-1)=2)(g(1)=-2),手工作图如右,

在同一个坐标系中做(y=-m)(y=g(x))的图像,

由图像可得,(-2<-m<2),且(-m eq 0)

解得(m)的取值范围为((-2,0)cup(0,2))

感悟反思:
1、分离参数法,
2、数形结合思想。
3、形如函数(f(x)=g(x)-a)(n)个零点的问题,常常就转化为方程(a=g(x))(n)个解得问题。解法:用导数做出函数g(x)的大致图像,结合图像求解

曲线静,直线动,一静两动型〔两动同步型〕

例2已知函数(f(x)=x^2+ax+1(a>0))

(1).若(f(x))的值域为([0,+infty)),求关于(x)的方程(f(x)=4)的解;

分析:题目已知(f(x))的值域为([0,+infty)),其本质是为了告诉(a)的取值;

只有函数(f(x))(x)轴相切时,(f(x))的值域才能为([0,+infty))

(Delta=a^2-4=0),解得(a=2)(舍去负值),则需要求解方程(x^2+2x+1=4)

即求解(x^2+2x-3=0),解得(x=-3)(x=1),故其解集为({-3,1})

(2).当(a=2)时,函数(g(x)=[f(x)]^2-2mcdot f(x)+m^2-1)([-2,1])上有三个零点,求(m)的取值范围;

分析:函数(g(x))的零点,即方程([f(x)]^2-2mcdot f(x)+m^2-1=0)的根,

而方程可以分解为([f(x)-(m-1)][f(x)-(m+1)]=0)

故方程(f(x)=m-1)和方程(f(x)=m+1)(xin [-2,1])上共有三个解;

在同一个坐标系中做出函数(y=f(x)(xin [-2,1]))和直线(y=m-1)(y=m+1),如图所示,

(0<m-1leqslant 1)时,函数(y=f(x))与直线(y=m-1)有两个交点;

同时(m+1in [2,3]),此时函数(y=f(x))与直线(y=m+1)只有一个交点,满足题意;

故只需要由(0<m-1leqslant 1),解得(min (1,2]).

曲线静,直线动,一静两动型〔两动异步型〕

例3【2018广东中山期末】已知(cfrac{1}{3}leq k<1),函数(f(x)=|2^x-1|-k)的零点分别为(x_1)(x_2)((x_1<x_2)),函数(g(x)=|2^x-1|-cfrac{k}{2k+1})的零点分别为(x_3)(x_4)((x_3<x_4)),则(x_4+x_2-(x_3+x_1))的最小值为【】

$A.1$ $B.log_23$ $C.log_26$ $D.4$

分析:函数(f(x))的零点问题,转化为函数(y=|2^x-1|)(y=k)的图像交点的横坐标问题,

同理,函数(g(x))的零点问题,转化为函数(y=|2^x-1|)(y=cfrac{k}{2k+1})的图像交点的横坐标问题,

又由于(y=cfrac{k}{2k+1}=cfrac{1}{2+frac{1}{k}}),在(kin [cfrac{1}{3},1))上单调递增,

即当(k)的取值从(cfrac{1}{3})增大到(1)时,(cfrac{k}{2k+1})的取值对应的从(cfrac{1}{5})增大到(cfrac{1}{3})

做出如下的图像,从图像入手分析,当(y=k)向上平移时,(x_2-x_1)逐渐增大,同理对应的(x_4-x_3)逐渐增大,

所以要使得(x_4+x_2-(x_3+x_1))取到最小值,则需要(x_4-x_3)(x_2-x_1)同时取到最小值,此时(k=cfrac{1}{3})

同时对应的有(cfrac{k}{2k+1}=cfrac{1}{5})

此时,(|2^{x_2}-1|=cfrac{1}{3}),即(2^{x_2}-1=cfrac{1}{3}),解得(x_2=log_2cfrac{4}{3})

(|2^{x_1}-1|=cfrac{1}{3}),即(1-2^{x_1}=cfrac{1}{3}),解得(x_1=log_2cfrac{2}{3})

同理对应的有(|2^{x_4}-1|=cfrac{1}{5}),即(2^{x_4}-1=cfrac{1}{5}),解得(x_4=log_2cfrac{6}{5})

(|2^{x_3}-1|=cfrac{1}{5}),即(1-2^{x_3}=cfrac{1}{5}),解得(x_3=log_2cfrac{4}{5})

故此时([x_4+x_2-(x_3+x_1)]_{min}=(log_2cfrac{6}{5}-log_2cfrac{4}{5})+(log_2cfrac{4}{3}-log_2cfrac{2}{3})=log_23),故选(B)

解后反思:比如将条件更改为(cfrac{1}{3}leq kleq cfrac{4}{5}),那么用相应的思路和方法,可以求解(x_4+x_2-(x_3+x_1))的取值范围;

一曲线静,一曲线动,〔一静一动型〕

例4【2017(cdot) 西安模拟】已知函数(f(x)=kx^2-lnx)有两个零点,求参数(k)的取值范围。

$A.k > cfrac{e}{2}$ $B.0< k cfrac{sqrt{2}e}{2}$ $D.0< k

【法1】:不完全分离参数法,数形结合法,定义域为((0,+infty)),转化为方程(kx^2=lnx)有两个不同的实数根,

再转化为函数(y=kx^2)与函数(y=lnx)的图像有两个不同的交点,

如图设两个函数的图像相切于点为((x_0,y_0))

则有关系式(egin{cases}2kx_0=cfrac{1}{x_0}\kx_0^2=y_0\y_0=lnx_0end{cases})

解得(y_0=cfrac{1}{2},x_0=sqrt{e}),即切点为((sqrt{e},cfrac{1}{2}))

再代入函数(y=kx^2),求得此时的(k=cfrac{1}{2e})

再结合函数(y=kx^2)的系数(k)的作用,可得两个函数要有两个不同的交点,

(kin(0,cfrac{1}{2e}))。 故选(D).

【法2】:完全分离参数法,定义域为((0,+infty)),转化为方程(kx^2=lnx)有两个不同的实数根,

再转化为(k=cfrac{lnx}{x^2})有两个不同的实数根,

再转化为函数(y=k)和函数(y=g(x)=cfrac{lnx}{x^2})的图像有两个不同的交点,

用导数研究函数(g(x))的单调性,(g'(x)=cfrac{cfrac{1}{x}cdot x^2-lnxcdot 2x}{(x^2)^2}=cfrac{1-2lnx}{x^3})

(1-2lnx>0),得到(0< x<sqrt{e}),令(1-2lnx<0),得到(x >sqrt{e})

即函数(g(x))在区间((0,sqrt{e}])上单调递增,在([sqrt{e},+infty))上单调递减,

(g(x)_{max}=g(sqrt{e})=cfrac{1}{2e})

作出函数(g(x))和函数(y=k)的简图,由图像可得(k)的取值范围是(kin(0,cfrac{1}{2e}))。 故选(D).

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