论特殊点在函数解题中的作用

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yst598
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  特殊点的定义:在函数关系式中起特殊作用的点.一般说来,就是那些能使函数值为零的点,或者说能使函数值正负发生改变的点,亦即函数图像与横轴的交点;能使函数单调性发生改变的点,即极值点或最值点,亦即函数图像上最高点或最低点;区间或定义域的端点;两函数图像的交点.
  特殊点在解题中有重要的作用:①函数单调性的分界点.②函数值或代数式值的正负的分界点.③两函数值比大小的参照点.
  解题策略:结合函数图像和函数关系式,先找特殊点,再分析特殊点在问题中的作用,找到解题途径.
  例1 已知函数f(x)=sinx-cosx(x∈R).
  (1)若f(x)在x=x0处取得最大值,求f(x0)+f(2x0)+f(3x0)的值.
  (2)若g(x)=ex(x∈R),求证:f(x)=g(x)在区间[0,+∞)内没有实数解.(参考数据:ln2=0.69,π≈3.14)
  解 (1)略.
  (2)易知f(x)=2sinx-π4.
  从图像上可以看到,g(x)=ex在区间[0,+∞)内的图像上有最低点(0,1).f(x)=2sinx-π4在区间[0,+∞)上有特殊点最低点(0,-1),零点π4,0,最高点3π4,2.
  我们可以看出零点π4,0是一个非常重要的点,在它和原点之间,f(x)<0,g(x)>0,此时有f(x)  通过以上的分析可以看出该问题的证明分两步:先说明区间0,π4上f(x)<0,g(x)>0,此时方程f(x)=g(x)无实数解;再说明在区间π4,+∞上g(x)min=eπ4,f(x)max=2,其次要说明eπ4>2,就可以说明f(x)  从该解题过程中,我们可以看到特殊点的作用.①零点π4,0以前f(x)<0,g(x)>0;②零点π4,0以后f(x)  例2 函数f(x)=x3-3tx+m(x∈R,m,t均为常数)是奇函数.
  (1)求实数m的值和函数f(x)的图像与横轴的交点坐标.
  (2)设g(x)=|f(x)|,x∈[-1,1],求g(x)的最大值F(t).
  解 (1)解法从略.(m=0),f(x)=x3-3tx.
  (2)由于函数f(x)在区间[-1,1]上为奇函数,所以函数g(x)=|f(x)|为该区间[-1,1]上的偶函数,故只需考虑区间[0,1]上函数f(x)和g(x)的特性.求导,f′(x)=3x2-3t=3(x2-t).
  当t≤0时,f′(x)≥0,∴f(x)在区间[0,1]上单调递增.又∵f(0)=0,∴f(x)≥0.故f(x)max=f(1)=1-3t(在该步骤中,点(0,0)和(1,f(1))是特殊点,其中点(0,0)和单调递增决定了f(x)在[0,1]上大于等于零,其图像在x轴上方;点(1,f(1))是该段图像的最高点,故函数在区间[0,1]上的最大值为f(1)=1-3t.
  当t>0时,f′(x)=3x2-3t=3(x2-t)=3(x-t)(x+t),所以函数f(x)在区间[0,t]上单调递减,在区间[t,+∞]上单调递增.另外,在区间[0,+∞)上,函数f(x)=x3-3tx=x(x2-3t)=x(x+3t)(x-3t),此时f(x)的图像与横轴的交点坐标为(0,0),(3t,0).
  ①当0  ②当0  ③当t≥1,即t≥1时,F(x)=3t-1. 故得结论(略).
  在该步骤中,点(0,0),(1,0),(0,t),(3t,0)都是特殊点,其中点(0,0),(3t,0)是函数图像与x轴的交点,该两点可以改变函数值的正负;点(0,t)改变了函数的单调性;定点(1,0)是区间的端点;点(0,t)和(3t,0)是随t值改变而动的动点.它们可以都在区间[0,1]内,亦可以都在区间[0,1]外,也可以一个在区间[0,1]内,另一个在区间[0,1]外;这两个特殊点的变动,引起了函数单调区间长度的变化,同时引起了函数值正负的变化,及函数的图像在区间[0,1]上是否越过了x轴,从而为取绝对值做好了基础.当点(0,t)和(3t,0)都位于区间[0,1]内时,就要看点(t,f(t)),(3t,f(3t))哪一个到x轴距离远,即就要比较-f(t)和f(3t)的大小.
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