常见题型:choice、fill、short
公式:
若函数 $f(x)$ 在 $[a,b]$ 上连续,且 $f(a)\cdot f(b)<0$,则存在 $c\in(a,b)$,使得 $f(c)=0$
适用条件:
$f(x)$ 在闭区间上连续,端点函数值异号
解释:
零点存在性定理,用于判断区间内至少有一个零点
公式:
$f'(x)=0$ 的解为 $f(x)$ 的驻点(可能极值点)
适用条件:
$f(x)$ 在定义域内可导
解释:
通过导数零点确定函数单调性变化的临界点,进而分析零点分布
公式:
若 $f'(x)>0$($<0$)在区间 $I$ 上恒成立,则 $f(x)$ 在 $I$ 上单调递增(递减)
适用条件:
$f(x)$ 在区间 $I$ 上可导且导数不变号
解释:
导数符号决定单调性,单调区间内至多一个零点
原因分析:
零点存在性定理要求函数在闭区间连续,若定义域不连续或包含间断点,则定理不适用
正确做法:
先确定函数的定义域,确保区间在定义域内且函数连续
错误做法:
忽略函数定义域,直接套用零点存在性定理
原因分析:
导数等于0是极值点的必要条件,但非充分条件(如 $f(x)=x^3$ 在 $x=0$ 处导数0但不是极值点)
正确做法:
需结合导数变号情况判断:若导数在驻点两侧异号,则为极值点;同号则不是
错误做法:
误认为导数等于0的点一定是极值点
原因分析:
参数取值边界往往对应函数单调性或极值变化的临界点,容易遗漏导致答案不完整
正确做法:
分类讨论时,将参数等于临界值单独列出验证,确保不重不漏
错误做法:
在参数讨论中遗漏边界情况
例题 1
已知函数 $f(x)=x^3-3x^2+ax+1$,$a\in\mathbb{R}$。若 $f(x)$ 有三个不同的零点,求实数 $a$ 的取值范围。
解答
解:$f'(x)=3x^2-6x+a=3(x-1)^2+a-3$。
$f(x)$ 在 $(-\infty,x_1)$ 增,$(x_1,x_2)$ 减,$(x_2,+\infty)$ 增。
极大值 $f(x_1)=x_1^3-3x_1^2+ax_1+1$,极小值 $f(x_2)=x_2^3-3x_2^2+ax_2+1$。
令 $f(x_1)>0$ 且 $f(x_2)<0$ 得 $a$ 的范围。
计算得 $f(x_1)=2(1-\sqrt{1-\frac{a}{3}})^3-3(1-\sqrt{1-\frac{a}{3}})^2+1$,$f(x_2)=2(1+\sqrt{1-\frac{a}{3}})^3-3(1+\sqrt{1-\frac{a}{3}})^2+1$。
化简得 $f(x_1)>0$ 且 $f(x_2)<0$ 等价于 $a>3$ 且 $a<3$?需仔细计算。
更简便方法:利用三次函数图象特征,极大值>0且极小值<0。
代入 $x_1=1-\sqrt{1-\frac{a}{3}}$,$x_2=1+\sqrt{1-\frac{a}{3}}$ 到 $f(x)$,得 $f(x_1)=1+\frac{2}{3}\sqrt{(3-a)^3}$,$f(x_2)=1-\frac{2}{3}\sqrt{(3-a)^3}$。
由 $f(x_1)>0$,$f(x_2)<0$ 得 $1+\frac{2}{3}\sqrt{(3-a)^3}>0$ 恒成立,$1-\frac{2}{3}\sqrt{(3-a)^3}<0$,即 $\sqrt{(3-a)^3}>\frac{3}{2}$,解得 $a<3-\sqrt[3]{\frac{27}{4}}$。
所以 $a$ 的取值范围是 $(-\infty,3-\sqrt[3]{\frac{27}{4}})$。
要点: