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2. 导数与方程

函数的性质、导数及其应用 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用导数研究函数单调性,进而判断方程实根个数或求解含参方程的方法。

从哪来 它建立在1. 集合的概念与表示之上。方程的解集本质上是集合,导数法通过界定函数值域(集合范围)来确定解集的非空性或元素个数。

为什么 方程 $f(x)=0$ 的根即函数 $y=f(x)$ 与 $x$ 轴交点的横坐标。导数 $f'(x)$ 的符号决定了 $f(x)$ 的单调性。通过单调性,我们可以精确描绘函数的“走势”(增、减、极值),从而确定函数值域是否覆盖 0,以及覆盖 0 的次数。这是将“代数方程求解”转化为“几何图像分析”的核心逻辑。

适合:形象思维强、喜欢直观理解的学生** **核心逻辑:画草图定个数** 1. **求导
算出 $f'(x)$。 2. 定调:令 $f'(x)>0$ 得增区间,$f'(x)<0$ 得减区间。 3. 找极值:计算极值点处的函数值 $f(x_{ext})$。 4. 画趋势:在坐标系中画出大致走势(注意渐近线、端点)。 5. 数交点:看 $x$ 轴穿过曲线几次。 *口诀:导数定方向,极值定高度,图像定个数。*
适合:逻辑严密、偏好代数推导的学生** **核心逻辑:单调性+零点存在定理** 1. **划分区间
根据 $f'(x)$ 的符号将定义域划分为单调区间。 2. 端点/极值判断:计算各单调区间端点及极值点的函数值。 3. 符号判定: * 若某单调区间两端函数值异号($f(a) \cdot f(b) < 0$),则该区间内有且仅有一个根。 * 若极值点函数值为 0,则该点为根。 * 若极值点函数值同号且不为 0,则该区间无根。 4. 汇总:累加各区间根的个数。 *强调:这是严格证明根个数的标准流程,不依赖画图精度。*
适合:基础薄弱、容易混淆概念的学生** **核心逻辑:分类讨论+特值验证** 1. **先试特殊值
代入 $x=0, 1, -1$ 等简单值,看是否满足方程,先找到确定的根。 2. 看导数符号: * 如果 $f'(x)$ 恒大于 0 或恒小于 0(单调函数),最多只有一个根。 * 如果 $f'(x)$ 有正有负(非单调),可能有多个根。 3. 结合图像常识: * 奇函数关于原点对称,根也对称。 * 偶函数关于 $y$ 轴对称,根也对称。 4. 结论:先确定“有没有”,再确定“有几个”。 *提醒:不要一上来就死算,先观察函数结构。*
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练一道
基础题
已知函数 $f(x) = x^3 - 3x + 1$,求方程 $f(x) = 0$ 实根的个数。
变式
若关于 $x$ 的方程 $e^x - ax = 0$ 有两个不同的实数根,求实数 $a$ 的取值范围。
试试手自己判
检测题
若函数 $f(x) = x^3 - 3x + a$ 有三个不同的零点,求实数 $a$ 的取值范围。
看答案和判分标准
答案:$(-2, 2)$
判对标准:
1. 学生需正确求出 $f'(x) = 3x^2 - 3$,并得出极值点 $x=\pm 1$。
2. 学生需正确计算极值:$f(1) = a - 2$(极小值),$f(-1) = a + 2$(极大值)。
3. 学生需根据“三个不同零点”的条件,列出正确不等式组:
* 极大值 $> 0 \Rightarrow a + 2 > 0 \Rightarrow a > -2$
* 极小值 $< 0 \Rightarrow a - 2 < 0 \Rightarrow a < 2$
4. 最终得出 $-2 < a < 2$。若写成 $[-2, 2]$ 或 $(-2, 2]$ 均判错,因为端点处会有重根(两个相同零点),不符合“三个不同”的要求。
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