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《高中函数万能解题套路》在一元二次方程根的分布中的应用
摘自《高中函数万能解题套路》(罗荷玉著)
例:已知函数,且在中存在,使得,求的取值范围。
说明:在很多参考书上,此种类型的题目被命名为一元二次方程根的分布问题,也叫一元二次函数零点分布问题,是高考和竞赛经常涉及到的内容。这类问题是指当方程(相当于)的根、呈某种分布时,如当时,函数的系数、、具有什么特征。一般的参考书将这种问题归结为10种类型,其中“0分布”4种,“分布”6种(有兴趣的读者可参阅有关资料)。
本质上,对这种问题最自然的想法是,用求根公式把、的值求出来,然后代入题目条件解不等式或不等式组,如当时,有不等式
2、组:
然而,求解这种无理不等式是很麻烦的。那么,如何才能化解这种困境呢?事实上,如果回顾本章所归纳的解题思想和方法,就可以知道,这是典型的“比较大小的问题”。
我们知道,对方程来说,不管其根、的值有多复杂,都必然分别分布在函数的两个不同单调区间上,且恒有。如按以上套路的转化思想,当时,必然有。这样,根据函数的单调性,五个量、、、、之间的关系就可以转化为、、、、之间的关系,又,即转化为、、与0的关系。
下一步就是如何确定函数的单调区间了。我们知道,一元二次函数的单调区间由其开口(二次项系数)和对称轴决定,而对称轴又与二次项系数有着关联,于是,按套路的基本操作步骤,我们在讨论该函数单调性
3、的基础上得出如下解题步骤:
步骤一:以原方程为基础,构造一元二次函数,如根据,构造函数;
步骤二:根据对称轴与参数、的位置关系列表,并求出相应的二次项系数的取值范围;
对称轴
二次项系数
步骤三:结合二次项系数与对称轴的位置情况对问题进行分类讨论(如果同样的对称轴位置,对应着的二次项系数却有着、两种情况,则按、分别讨论之);
步骤四:对每一种情况,根据参数、所处的单调区间,确定、、与0的关系式。
解:由已知有,要存在,使得
即要存在,使得
也即要存在,使得
令
当时
,满足题意。
当时
对称轴
二次项系数
或
⑴ 当时,,在上单调递减,此时要存在,使得
即要
∴满足题意
⑵ 当时,,在上单调递减,此时要存在,使得
即要(舍)
⑶ 当时,,在上单调递减,在上单调递增,此时要存在,使得
即要
∴满足题意
⑷ 当时,,在上单调递增,在上单调递减,此时要存在,使得
即要(舍)
综上所述,满足题意的的取值范围为。
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