复合函数的零点

前言

典例剖析

【2021·昆明模拟】 已知函数 (f(x))( (x)(in R) )是奇函数,且当 (x)(in)((0,+infty)) 时是减函数,若 (f(1))(=)(0),则函数 (y)(=)(f)((x^{2})(-)(2|x|)) 的零点共有(qquad)

$A.4$ $B.5$ $C.6$ $D.7$

法1:常规通用的解法,方便快捷不易出错,

根据题意, 函数 (y=f(x)) 是定义域为 (R) 的奇函数, 则 (f(0)=0)

(x in(0,+infty)) 时是减函数, 且 (f(1)=0), 则函数在 ((0,+infty)) 上只有 一个零点,

又由于函数 (y=f(x)) 是奇函数且当 (x in(0,+infty)) 时是减函数, 则 (f(x))((-) (infty, 0) )上是减函数,

又由 (f(1)=0), 则 (f(-1))(=)(-f(1))(=)(0), 则函数在 ((-infty,0))上只有一个零点.

故函数 (y=f(x)) 共有(3)个零点, 依次为 (-1)(0)(1).

则对于函数 (y=fleft(x^{2}-2|x| ight))

(x^{2}-2|x|=-1) 时,解得(x=pm 1)原方程等价于(|x|^2)(-)(2|x|)(+)(1)(=)(0),即(()(|x|)(-)(1)()^2)(=)(0),即(|x|)(=)(1),解得(x)(=)(pm 1)

(x^{2}-2|x|=0) 时,解得 (x=pm 2)(x=0)

(x^{2}-2|x|=1) 时,解得 (x=1+sqrt{2})(x=-1-sqrt{2})

故函数 (y=fleft(x^{2}-2|x| ight)) 的零点共有 (7) 个.

〔解后反思〕对于求解复合函数(f[g(x)])的零点而言,我们一般先求解外函数(f(u))的零点(u_0)[注意(f(u_0))(=)(0)],然后令(g(x))(=)(u_0),通过解方程就可以求得复合函数(f[g(x)])的零点。

法2:学生解法,[他们能想到做出复合函数的图象,找出零点,思路是对的,但作图中出了问题,又找不到错误的地方]

为便于做复合函数的图像,我们分别作出内外两层函数的图象如下图:

能看出来,内函数(g(x)=x^2-2|x|)为偶函数,外函数为奇函数,故复合函数(f[g(x)])为偶函数,

复合函数的定义域为(R),我们重点做([0,+infty))上的图象;

(x=0)时,(g(0)=0),则(f[g(x)]=f(0)=0),故函数图象上有点((0,0))

(0<x<1)时,内函数(g(x))单调递减,且(g(x)in (-1,0)),此时外函数也单调递减,故(f[g(x)])单调递增,此时我们作图时将(y)轴视为渐近线,

(x=1)时,(g(1)=0),故(f[g(1)]=f(0)=0),故当(xin (0,1])时,(f[g(x)])(-infty)增大到 (0)

(1<x<2)时,内函数(g(x))单调递增,且(g(x)in (-1,0)),此时外函数也单调递减,故(f[g(x)])单调递减,

(x=2)时,(g(2)=0),则(f[g(2)]=f(0)=0),故当(xin [1,2))时,(f[g(x)])(0)减小到(-infty);故此时我们作图时将直线(x=2)视为渐近线,且函数图象上有点((2,0))

(x^2-2|x|=1),解得(x=1+sqrt{2}),当(2<x<1+sqrt{2})时,内函数(g(x))单调递增,且(g(x)in (0,1)),此时外函数也单调递减,故(f[g(x)])单调递减,

(x=1+sqrt{2})时,(f[g(1+sqrt{2})]=f(1)=0),故当(xin (2,1+sqrt{2}])时,(f[g(x)])(+infty)减小到 (0),且直线(x=2)为渐近线,;

(x>1+sqrt{2})时,内函数(g(x))单调递增,且(g(x)in (1,+infty)),此时外函数单调递减,故(f[g(x)])单调递减,故当(xin (1+sqrt{2},+infty))时,(f[g(x)])(0)减小到 (-infty)

然后利用偶函数,做出(y)轴左侧部分的图象,从图象可以看出,函数 (y=fleft(x^{2}-2|x| ight)) 的零点共有 (7) 个.

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