利用夹逼定理推论研究函数零点问题

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  摘 要:研究方程的根的个数问题亦或是研究函数零点个数问题,是近年来高考的热门问题。除了通过直接求解对应方程、研究函数的性质、分离变量之外,笔者还发现了一种研究函数零点问题的思路,这种思路能很有效地将复杂的函数零点问题简单化。
  关键词:函数;零点问题
  研究方程的根的个数问题亦或是研究函数零点个数问题,是近年来高考的热门问题。这类问题,考察了利用导数研究函数的图像与性质、零点存在性定理、方程的根的分布等一系列知识,具有较强的综合性,对学生的思维能力与计算能力有着较高的要求。
  研究这类问题,关键是要明确思考方向。不同的思路在思维量和运算量上存在着一定的差异,为了能在有限的时间内尽可能快速地解答题目,往往会选择通过对方程f(x)=0进行分拆变形减少计算量。
  解决这类问题有几种思路:第一种是对于方程D(x)=0,直接求出它的实根,计算实根个数。这个思路是最为直接的,但是对于方程本身有一定的要求,要能够被因式分解。而对于含有Inx、ex等式子的超越方程,往往是不可直接求解的;第二种是将其转化为研究对应的函数f(x)的零点个数问题,若是研究函数f(x)的单调性的过程中计算过于复杂,则可以选择通过将函数f(x)转换为它的等价形式g(x),研究函数g(x)的零点个数问题;第三种思路是将方程D(x)=0的实根个数问题转换为函数y=p(x)和函数y=q(x)的交点个数问题。
  解题反思:对于含参数求函数零点的问题,一种解题思路是直接求导,利用导函数的零点来对参数进行分类讨论,从而得出在不同情况下的函数零点个数;另一种即为数形结合,将函数的零点问题变为两个函数的交点问题,利用导函数研究函数的相关性质(包括但不限于函数的单调性、极值、最值),从而能对函数的图像有一个认识。
  数形结合一般是将函数y=f(x)的零点转化为方程f(x)=0的根,再将f(x)=0拆成p(x)=q(x)。其中p(x)与q(x)的函数图像应该比较简单,便于分辨,最好是一个函数和一个常函数的组合,从而通过讨论函数的图像和常函数的交点个数,得出原函数的零点个数;直接讨论两个函数的交点个数,若是遇到含有参数或者是无法求出具体值的情况。可以通过适当放缩的方式,利用夹逼定理的推论进行求证。
  解题反思:有些函数零点问题比较复杂,尤其是多函数混合的时候,无论是直接求解还是数形结合都不便于学生理解函数的曲线性质。先放缩再研究是一种很好的解题思路,通过让式子更简单的方法,让学生能更直观地感受函数曲线,让学生求解的思路更明确、减少学生的计算量。
  因此让学生掌握一些经典的放缩不等式是有必要的,可以让学生在处理问题的时候更轻松,例如ex≥x+1,ex≥ex,ex>x2,x-1≥Inx≥1-,>Inx等,通过利用代数式的正負性、放缩原理、局部最值放缩法等方法,将“超越函数”缩放为一次或二次函数,或者是能较为简单地判断单调性的超越函数。
  参考文献
  [1]孟胜奇,古伯纯.利用导数研究函数的零点问题[J].中学数学教学参考,2020,(1):138-141.
  [2]胡云浩.再谈“利用放缩法解函数零点存在问题”[J].中学数学教学,2020,(2):43-45.
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