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2025届高中数学一轮复习讲义:第三章第8讲 函数与方程(含解析)_2.2025数学总复习_2025年新高考资料_一轮复习_2025届高中数学一轮复习知识梳理(课件+讲义+练习)(完结)

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第8讲 函数与方程
复习要点 1.结合学过的函数图象,了解函数零点与方程解的关系.2.结合具体连续函
数及其图象的特点,了解函数零点存在定理,并能简单应用.3.了解用二分法求方程的近似
解的步骤.
一 函数零点
1.定义:对于函数y=f(x)(x∈D),把满足 f ( x ) = 0 的实数x叫做函数y=f(x)(x∈D)的零
点.
2.三个等价关系
3.函数零点的判定(零点存在定理)
如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是一条连续不断的曲线,并且有 f ( a ) f ( b )<0 ,那
么函数y=f(x)在区间 ( a , b ) 内至少有一个零点,即存在c∈(a,b),使得 f ( c ) = 0 ,这个c 也
就是方程f(x)=0的根.
4.函数零点的性质
(1)若函数f(x)的图象在x=x 处与x轴相切,则零点x 通常称为不变号零点;
0 0
(2)若函数f(x)的图象在x=x 处与x轴相交,则零点x 通常称为变号零点.
0 0
5.求函数y=f(x)的零点的方法
(1)代数法:求方程f(x)=0的实数根(常用公式法、因式分解法或直接求解法等);
(2)几何法:对于不能用求根公式的方程,可以将它与函数y=f(x)的图象联系起来,并
利用函数的性质找出零点;
(3)二分法:主要用于求函数零点的近似值,所求零点都是指变号零点.
二 二分法
1.二分法的定义
对于在区间[a,b]上图象连续不断且f(a)·f(b)<0的函数y=f(x),通过不断地把函数f(x)
的零点所在的区间一分为二,使所得区间的两个端点逐步逼近零点,进而得到零点近似值
的方法叫做二分法.
2.给定精确度ε,用二分法求函数y=f(x)零点x 的近似值的步骤
0
(1)确定零点x 的初始区间[a,b],验证f(a)·f(b)<0.
0
(2)求区间(a,b)的中点x.
1
(3)计算f(x).
1
①若f(x)=0,则x 就是函数的零点.
1 1
②若f(a)·f(x)<0,则令b=x(此时零点x∈(a,x)).
1 1 0 1③若f(x)·f(b)<0,则令a=x(此时零点x∈(x,b)).
1 1 0 1
(4)判断是否达到精确度ε:若|a-b|<ε,则得到零点近似值a(或b);否则重复(2)~(4).
三 二次函数y=ax2+bx+c(a>0)的图象与零点的关系
Δ>0 Δ=0 Δ<0
二次函数y=ax2+bx+
c(a>0)的图象
与x轴的交点 ( x 0) , ( x 0) ( x 0)( 或 ( x 0)) 无交点
1, 2, 1, 2,
零点 x , x x ( 或 x ) 无
1 2 1 2
常/用/结/论
1.有关函数零点的结论
(1)若连续不断的函数f(x)在定义域上是单调函数,则f(x)至多有一个零点;
(2)连续不断的函数,其相邻两个零点之间的所有函数值保持同号;
(3)连续不断的函数图象通过零点时,函数值可能变号,也可能不变号.对于函数来说,
零点有与x轴相切的零点.
2.f(a)f(b)<0是y=f(x)在闭区间[a,b]上有零点的充分不必要条件.
1.判断下列结论是否正确.
(1)函数的零点就是函数的图象与x轴的交点.()
(2)连续函数y=f(x)在区间(a,b)内有零点,则f(a)f(b)<0.()
(3)函数y=f(x)为R上的单调函数,则f(x)有且仅有一个零点.()
(4)函数f(x)=x2-1的零点是(-1,0)和(1,0).()
2.(2024·天津南开中学模拟)函数y=ln x-的零点所在的大致区间是( )
A. B.(1,2)
C.(2,e) D.(e,+∞)
解析:y=f(x)=ln x-的定义域为(0,+∞),因为y=ln x与y=-在(0,+∞)上单调
递增,所以f(x)=ln x-在(0,+∞)上单调递增,又f(1)=ln 1-2=-2<0,f(2)=ln 2-
1<0,f(e)=ln e-=1->0,所以f(2)f(e)<0,所以f(x)在(2,e)上存在唯一的零点.故选C.
答案:C
3.函数f(x)=ln x+x2-3的零点个数为________.
解析:方法一:令f(x)=0,可得方程ln x+x2-3=0,即ln x=3-x2,故原函数的零
点个数即为函数y=ln x与y=3-x2的图象的交点个数.在同一平面直角坐标系中作出两个
函数的大致图象(如图).由图可知,函数y=3-x2与y=ln x的图象只有一个交点,故函数f(x)=ln x+x2-3只
有一个零点.
方法二:∵f(1)=ln 1+12-3=-2<0,f(2)=ln 2+22-3=ln 2+1>0,∴f(1)f(2)<0,又
f(x)=ln x+x2-3的图象在[1,2]上是不间断的,∴f(x)在(1,2)上必有零点,
又f(x)=ln x+x2-3在(0,+∞)上单调递增,∴函数f(x)的零点有且只有一个.
答案:1
4.已知函数f(x)=则f(x)的零点为________.
解析:由题意得或解得x=-2或x=e.
答案:-2,e
题型 零点所在区间的判断
典例1(1)(2024·广东广州模拟)函数 f ( x ) = x - lg - 2 的零点所在区间为
此类问题,必须先判断单调性,x和-lg 这两个函数都是增函数,则知f(x)单调递增,
验证选项中区间端点的符号.( )
A.(0,1) B.(1,2)
C.(2,3) D.(3,+∞)
(2)设函数f(x)=x-ln x,则函数y=f(x)( )
A.在区间,(1,e)内均有零点
B.在区间(1,e)内均无零点
C.在区间内有零点,在区间(1,e)内无零点
D.在区间内无零点,在区间(1,e)内有零点
解析:(1)方法一:令f(x)=x-lg -2=0,
可得lg x=2-x.令g(x)=lg x,h(x)=2-x,
在同一平面直角坐标系中画出函数g(x),h(x)的图象,如图所示,图象法判断零点很直观.
可知g(x)与h(x)图象的交点的横坐标在区间(1,2)内,从而函数f(x)的零点所在区间为
(1,2).
方法二:∵f(x) =x-lg -2,
∴f(1)=1-lg 1-2=-1<0,
f (2) = 2 - lg - 2 = lg 2>0 ,
本例中的端点值容易计算,而遇到其他函数时,常需要估算,如f(x)=x+ln x-5的
零点.
∴f(1)f(2)<0.又f(x)=x-lg -2=x+lg x-2在(0,+∞)上单调递增,
∴函数f(x)的零点所在区间为(1,2).故选B.
(2)方法一(图象法):令f(x)=0,得x=ln x.作出函数y=x和y=ln x的图象,如图,
显然y=f(x)在区间内无零点,在区间(1,e)内有零点.
方法二(函数零点存在定理法):当x∈时,函数图象是连续的, 且 f ′( x ) =-= <0 ,
从导数方法可知f(x)在(0,3)上单调递减,在(3,+∞)上单调递增. 以此为基础思考零点
问题.
所以函数f(x)在上单调递减.又f=+1>0,f(1)=>0,f(e)=e-1<0,所以函数在区间内
无零点,在区间(1,e)内有零点.故选D.
判断函数零点所在区间的常用方法
(1)定义法:利用函数零点存在定理,首先看函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是否连
续,再看是否有f(a)f(b)<0.若有,则函数y=f(x)在区间(a,b)内必有零点.
(2)解方程法:当对应方程易解时,可通过解方程确定方程是否有根落在给定区间上.
(3)数形结合法:画出相应的函数图象,通过观察图象与x轴在给定区间上是否有交点
来判断,或者转化为两个函数图象在给定区间上是否有交点来判断.
对点练1(1)(2024·山西临汾模拟)函数f(x)=log x-的零点所在的区间是( )
8
A.(0,1) B.(1,2) C.(2,3) D.(3,4)
(2)已知函数 f(x)=log x+x-b(a>0,且 a≠1).当 2<a<3<b<4 时,函数 f(x)的零点
a
x∈(n,n+1),n∈N*,则n=________.
0
解析:(1)∵f(1)=0-=-<0,f(2)=log 2-=->0,∴f(1)·f(2)<0,又知函数 f(x)=
8
log x-在(0,+∞)上单调递增,∴函数f(x)在(0,+∞)上只有一个零点,且零点所在的区
8
间是(1,2),故选B.
(2)对于函数y=log x,当x=2时,可得y<1,当x=3时,可得y>1,如图,在同一平
a
面直角坐标系中画出函数y=log x,y=-x+b的图象,由图可知两个函数图象的交点的横
a
坐标在(2,3)内,所以n=2.答案:(1)B (2)2
题型 二分法
典例2(1)如图是函数f(x)的图象,它与x轴有4个不同的公共点.给出的下列
四个区间之中,存在不能用二分法求出的零点,该零点所在的区间是( )
可用二分法求出的应是穿过x轴的零点. 与x轴相切的零点,则不适用二分法.
A.[-2.1,-1] B.[4.1,5]
C.[1.9,2.3] D.[5,6.1]
(2)在用二分法求方程x3-2x-1=0的一个近似解时,现在已经将根锁定在区间(1,2)内,
则下一步可断定该根所在的区间为________.
解析:(1)结合图象可得A,B,D选项每个区间的两个端点函数值异号,可以用二分
法求出零点,C选项区间两个端点函数值同号,不能用二分法求零点.故选C.
(2)取区间(1,2)的中点x=,令f(x)=x3-2x-1,则 f =- 4<0 , f (2) = 8 - 4 - 1>0 ,
1
判断两端点异号才行.
则根所在区间为.故答案为.
二分法流程
(1)确定零点初始区间.
(2)计算中点函数值,判断正负.
(3)根据精确度要求,继续缩小区间,确定新的零点范围.
对点练2人们很早以前就开始探索高次方程的数值求解问题,高次代数方程的一种数
值解法为牛顿法.这种求方程根的方法,在科学界已被广泛采用.例如求方程 2x3+3x2+x
+1=0的近似解,先用函数零点存在定理,令f(x)=2x3+3x2+x+1,f(-2)=-5<0,f(-
1)=1>0,得(-2,-1)上存在零点,取x =-1,牛顿用公式x =x -(其中f′(x )不为0)
0 n n-1 n-1
反复迭代,以x 作为f(x)=0的近似解,迭代两次后计算得到的近似解为________;以(-
n
2,-1)为初始区间,用二分法计算两次后,以最后一个区间的中点值作为方程的近似解,
则近似解为________.
解析:已知f(x)=2x3+3x2+x+1,则f′(x)=6x2+6x+1.迭代1次后,x=-1-=-1-=-2;
1
迭代2次后,x=-2-=-2-=-.
2
用二分法计算第1次,区间(-2,-1)的中点为-,f=-<0,f(-1)=1>0,所以
f·f(-1)<0,所以近似解在区间上;
用二分法计算第2次,区间的中点为-,f=,f·f<0,所以近似解在区间上,取其中点
值-,所以所求近似解为-.
答案:- -
题型 函数零点个数的探究
典例3(1)函数y=x3-x的零点的个数为________.
(2)(2024·陕西高新一中模拟)函数y=f(x)(x∈R)满足 f ( x + 1) =- f ( x ) ,且
若f(x+a)=-f(x),则f(x)的周期T=2a,代入a=1,周期性立马浮出水面.
当x∈[-1,1]时,f(x)=1-x2.已知函数g(x)=则函数 h ( x ) = f ( x ) - g ( x ) 在区间 [ - 6,6] 内的
零点个数为________.
数形结合法求零点个数.
解析:(1)根据题意,令x3-x=0,则x3=x,在同一平面直角坐标系内作出函数 y =x3
1
与y =x的图象,由图可知y =x3与y =x的图象只有一个交点,即方程x3=x只有一个解,
2 1 2
故函数y=x3-x的零点的个数为1.故答案为1.
图象法固然直观,而单调性法更可靠.x3和-x两函数都单调递增,在区间(0,1)之间必
有一个零点.
(2)函数y=f(x)的定义域为R,因为f(x+1)=-f(x),所以f(x)是周期为2的周期函数.
易知函数 g(x)在(-∞,0)上单调递增,且 0<g(x)<1;g(x)在(0,1]上单调递减,且
g(x)≥0;g(x)在[1,+∞)上单调递增,且g(x)≥0.
在同一平面直角坐标系内作出函数 y = f ( x ) , y = g ( x ) 的大致图象,如图所示 .
【数形结合】要求函数h(x)=f(x)-g(x)在区间[-6,6]内的零点个数,也就是求函数
f(x),g(x)的图象在区间[-6,6]内的交点个数,因此,准确作出两个函数的图象是解本题
的关键,准确作图的准备工作:研究函数图象的走势 ( 通过判断单调性、周期性等研究),
确定函数图象所过的关键点 ( 通过观察函数解析式确定)等.x<0时,交点个数要仔细观察.
由h(x)=0得f(x)=g(x),即函数h(x)在[-6,6]内的零点个数是函数y=f(x),y=g(x)的
图象在[-6,6]内的交点个数,观察图象知,函数y=f(x),y=g(x)的图象在[-6,6]内有12个
交点,
【敲黑板】函数g(x)是分段函数,作图时一定要注意分界点处图象是实心点还是空心
点,这个一旦出错,会影响最终的答案.
所以函数h(x)在[-6,6]内有12个零点.故答案为12.
判断函数零点个数的方法
(1)解方程法:令f(x)=0,如果能求出解,则有几个解就有几个零点.
(2)函数零点存在定理法:利用定理不仅要求函数f(x)的图象在区间[a,b]上是连续不断
的曲线,且f(a)f(b)<0,还必须结合函数的图象与性质(如单调性、奇偶性、周期性、对称
性)才能确定函数有多少个零点或零点值所满足的条件.
(3)数形结合法:转化为两个函数的图象的交点个数问题.先画出两个函数的图象,看
其交点的个数,其中交点的横坐标有几个不同的值,就有几个不同的零点.
对点练3(1)已知函数f(x)是定义在R上的偶函数,且f(4+x)=f(x),当x∈[0,2]时,f(x)
=2x-2,则f(x)在区间(0,8)上零点的个数为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
(2)方程ln x+cos x=在(0,1)上的实数根的个数为________.
解析:(1)因为f(4+x)=f(x),所以函数的周期为4,当x∈[0,2]时,令f(x)=2x-2=0,
得x=1,即f(1)=0.因为函数是偶函数且周期为4,所以有f(1)=f(-1)=f(3)=f(7)=f(5)=
0,所以f(x)在区间(0,8)上零点的个数为4.
(2)方法一:令f(x)=ln x+cos x-,则f′(x)=-sin x,显然在(0,1)上f′(x)>0,所以函数
f(x)在(0,1)上单调递增,又f=ln +cos -=-1-+cos <0,f(1)=ln 1+cos 1-=0+cos 1
->cos -=->0,∴在(0,1)上函数f(x)的图象和x轴有且只有一个交点,即方程ln x+cos
x=在(0,1)上的实数根的个数为1.
方法二:ln x+cos x=,即cos x-=-ln x,在同一平面直角坐标系中,分别作出函
数y=cos x-和y=-ln x的大致图象,如图所示,由图可知在(0,1)上两函数的图象只有一
个交点,即方程ln x+cos x=在(0,1)上的实数根的个数为1.
答案:(1)C (2)1
题型 零点性质的多维研讨
维度1 根据零点个数求参数典例4(2023·天津卷)若函数f(x)=ax2-2x-|x2-ax+1|有且仅有两个零点,则
a的取值范围为________.
解析:当a=1时,函数f(x)只有一个零点-1,不符合题意;当a=0时,函数f(x)只有
一个零点-1,不符合题意;当a=-1时,函数f(x)有两个零点,分别为-1和-,符合题
意.
若a≠0且a≠±1,分以下两种情况:
① 当 x 2 - ax + 1≥0 时, f ( x ) = ax 2 - 2 x - | x 2 - ax + 1 | = ax 2 - 2 x - ( x 2 - ax + 1) = ( a - 1)· x 2 + ( a
- 2) x - 1 = ( x + 1)[( a - 1)· x - 1] ,令本例关键在于分类讨论后恰好因式分解,两根迅速求解.
f(x)=0,由a≠0且a≠±1,得x=-1,x=,且x≠x.又x=-1时,ax2-2x-(x2-ax+
1 2 1 2 1
1)=a+2-(x2-ax+1)=0,所以a=(x2-ax+1)-2,则x2-ax+1≥0时,a≥-2且a≠0,
a≠±1;x =时, ax 2 - 2 x - ( x 2 - ax + 1) =-- ( x 2 - ax + 1) = 0 ,所以把这个根代入后,保证x2
2
-ax+1≥0,从而有≥0.
=x2-ax+1,则x2-ax+1≥0时,a≤2且a≠0,a≠±1.
② 当 x 2 - ax + 1<0 时, f ( x ) = ax 2 - 2 x - | x 2 - ax + 1 | = ax 2 - 2 x + ( x 2 - ax + 1) = ( a + 1)· x 2 - ( a
+ 2) x + 1 = ( x - 1)[( a + 1)· x - 1] ,
分类讨论后,也恰好因式分解.
令f(x)=0,由a≠0且a≠±1,得x =1,x =,且x≠x.同理,x =1时,x2-ax+1<0,
3 4 3 4 3
则a>2;x =时,x2-ax+1<0,则a<-2.综上,a的取值范围为(-∞,0)∪(0,1)∪(1,+
4
∞).
已知函数零点个数求参数范围的常用方法
(1)直接法:直接根据题设条件构建关于参数的不等式(组),再通过解不等式(组)确定参
数范围.
(2)分离参数法:先将参数分离,转化成求函数的值域问题加以解决.
(3)数形结合法:先对解析式变形,在同一平面直角坐标系中,作出函数的图象,然后
数形结合求解.
对点练4(1)(2024·安徽蚌埠模拟)已知函数f(x)=2|x|+x2+a有唯一的零点,则实数a的
值为( )
A.1 B.-1 C.0 D.-2
(2)函数 f(x)=若函数 g(x)=f(f(x))-a 有三个不同的零点,则实数 a 的取值范围是
________.
解析:(1)函数f(x)=2|x|+x2+a的定义域为R,函数f(-x)=2|-x|+(-x)2+a=f(x),即函
数f(x)为偶函数,当x≥0时,f(x)=2x+x2+a,则f(x)在[0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上
单调递减,则当x=0时,f(x) =a+1.因为函数f(x)=2|x|+x2+a有唯一的零点,于是得a+
min
1=0,解得a=-1,所以实数a的值为-1.故选B.
(2)设t=f(x),令g(x)=f(f(x))-a=0,则a=f(t).在同一平面直角坐标系内作y=a,y
=f(t)的图象(如图).易知当a<-1时只有一个零点,当a≥-1时,y=a与y=f(t)的图象有
两个交点.设交点的横坐标为t ,t(不妨设t>t),则t<-1,t≥-1,当t<-1时,t =f(x)
1 2 2 1 1 2 1 1有一解;当t≥-1时,t =f(x)有两解.综上,当a≥-1时,函数g(x)=f(f(x))-a有三个不
2 2
同的零点.
答案:(1)B (2)[-1,+∞)
维度2 根据零点范围求参数
典例5(1)若函数f(x)=2x--a的一个零点在区间(1,2)内,则实数a的取值范
围是( )
A.(1,3) B.(1,2)
C.(0,3) D.(0,2)
(2)(2024·江苏苏州质检)若函数 f ( x ) = x ·2 x - kx - 2 在区间 (1,2) 内有零点 ,则
存在零点,转化为k=2x-有解. k的取值为φ(x) =2x-的值域.
实数k的取值范围是________.
解析:(1)因为函数f(x)= 2 x -- a 在区间 (1,2) 上单调递增 ,且函数f(x)=2x--a的一个
2x和-分别在(1,2)上单调递增,从而知此函数在(1,2)上单调递增.
零点在区间(1,2)内,所以 f(1)·f(2)<0,所以-a(4-1-a)<0,即 a(a-3)<0,解得
0<a<3.故选C.
(2)令f(x)=0,∴x·2x-kx-2=0,即k=2x-,即y=k与φ(x)=2x-,x∈(1,2)的图象有
交点,又φ(x)=2x-在(1,2)上单调递增,且φ(1)=0,φ(2)=3,∴0<k<3.故答案为(0,3).
根据函数零点的范围求参数常用的方法有数形结合法(将函数的零点转化为函数图象在
指定范围与x轴交点的横坐标)、由函数零点存在定理求解不等式法.
对点练5(1)已知函数f(x)=log (x+1)-+m在区间(1,3]上有零点,则m的取值范围为(
2
)
A.
B.∪(0,+∞)
C.∪[0,+∞)
D.
(2)若函数f(x)=4x-2x-a,x∈[-1,1]有零点,则实数a的取值范围是________.
解析:(1)由于函数y=log (x+1),y=m-在区间(1,3]上单调递增,
2
所以函数f(x)在(1,3]上单调递增,
由于函数f(x)=log (x+1)-+m在区间(1,3]上有零点,
2
则即解得-≤m<0.
因此,实数m的取值范围是.
(2)∵函数f(x)=4x-2x-a,x∈[-1,1]有零点,
∴方程4x-2x-a=0在[-1,1]上有解,
即方程a=4x-2x在[-1,1]上有解.方程a=4x-2x可变形为a=2-,
∵x∈[-1,1],∴2x∈,
∴2-∈.
∴实数a的取值范围是.
答案:(1)D (2)
维度3 求函数零点的和与积的问题
典例6(2024·广东深圳模拟)已知函数f(x)= 若 f ( a ) = f ( b ) = f ( c ) ,
记f(a)=f(b)=f(c)=d,则本题的本质是求函数y=f(x)-d的零点的积的取值范围,解
题关键在于确定函数每个零点所在的区间.
且a,b,c均不相等,则abc的取值范围是( )
求零点的积、和的取值范围,必须先思考零点间的联系.
A.(1,10) B.(5,6)
C.(10,12) D.(20,24)
解析:作出函数的图象,如图所示.
从图形中可知c的范围是10<c<12.
不妨设a<b<c,则-lg a=lg b=-c+6∈(0,
由f(a)=f(b) ab=1. 若从另一方面讲,设f(a)=f(b)=f(c)=t,则有a=10-t,b=10t,c
=-2(t-6). 这里t∈(0,1),这样应用函数方法也可求解.
⇒
1),所以lg b+lg a=0,得ab=1.
由-c+6∈(0,1)得c∈(10,12),所以10<abc<12,故选C.
在同一平面直角坐标系中,作出函数图象,数形结合分析是解决此类题的关键.
对点练6(2024·甘肃兰州模拟)函数f(x)=有三个零点x ,x ,x ,且x<x<x ,则x +x
1 2 3 1 2 3 1 2
+x 的取值范围是________.
3
解析:函数f(x)=有三个零点x,x,x,且x<x<x,
1 2 3 1 2 3
设g(x)=则函数g(x)的图象与直线y=t的三个交点的横坐标分别为x ,x ,x ,且
1 2 3
x<x<x,作出函数g(x)和y=t的图象,如图所示.
1 2 3
由图可知1≤t<4,且x,x 是关于x的方程-x2-4x-t=0的两个不等实根,所以x+x
1 2 1 2
=-=-4,x 满足2x-t=0,即x=log t,因为1≤t<4,所以log 1≤logt<log 4,即0≤x<2.
3 3 3 2 2 2 2 3所以-4≤x+x+x<-2,即x+x+x 的取值范围是[-4,-2).
1 2 3 1 2 3
答案:[-4,-2)