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三、函数与方程

函数的概念、表示与性质 · 高一
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 研究函数零点与方程根的关系,利用函数性质求解方程或判断根的存在性与个数。

从哪来 本知识点建立在“二、方程的基本概念”之上,将代数方程的求解转化为函数图像与x轴交点的几何问题,并依赖“四、区间与集合”来规范根的分布范围。

为什么 方程 $f(x)=0$ 的根在几何上对应函数 $y=f(x)$ 图像与 x 轴的交点。直接解高次方程往往困难,但通过研究函数的单调性、连续性和极值,可以确定根的存在区间和个数。这种“数形结合”将静态的代数关系转化为动态的函数行为,是解决复杂方程问题的核心逻辑。

图像直观法
先画出函数草图,观察其与x轴的交点情况。
适合:形象思维强、抽象代数运算较弱、喜欢视觉化理解的学生。 操作:以 $x^2-2=0$ 为例,画出抛物线,指出交点横坐标即为根,强调“看图说话”。
代数转化法
强调 $f(x)=0 \iff$ 求 $y=f(x)$ 的零点。
适合:逻辑严密、擅长符号运算、对几何直觉不敏感的学生。 操作:从方程定义出发,推导函数零点定义,通过列表计算函数值符号变化来定位根,强调代数一致性。
动态逼近法
利用二分法思想,不断缩小根所在的区间。
适合:对算法思维感兴趣、喜欢探究过程、具备一定计算耐心的学生。 操作:给定一个连续函数,演示如何通过取中点、判断符号,一步步将根“夹”出来,体现极限与逼近思想。
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练一道
基础题
判断方程 $x^2 - 3x + 2 = 0$ 的根的情况,并求出根。
变式
判断方程 $x^3 - x - 1 = 0$ 在区间 $[1, 2]$ 内是否有实根,并说明理由。
试试手自己判
检测题
已知函数 $f(x) = x^2 - 2x + a$。若方程 $f(x) = 0$ 在区间 $(0, 2)$ 内恰有一个实根,求实数 $a$ 的取值范围。
看答案和判分标准
答案:$a \le 0$ 或 $a > 1$(注:此处需结合具体题意,通常此类题考察端点异号或顶点位置。若仅要求“恰有一个”,需分类讨论。标准解法:对称轴 $x=1$ 在区间内。若 $f(1) \le 0$ 即 $1-2+a \le 0 \Rightarrow a \le 1$,此时若 $f(0)>0$ 且 $f(2)>0$ 则有两个根,若 $f(0)=0$ 或 $f(2)=0$ 则有一个根在端点(开区间不计)。 *修正更严谨的常见考法*:若题目问“在 $(0,2)$ 内有且仅有一个零点”,通常考察 $f(0)f(2)<0$ 或顶点在轴上。 $f(0)=a, f(2)=a$。由于对称性,若 $f(0)f(2)<0$ 不可能(因为相等)。 正确逻辑: 1. 若 $\Delta < 0$,无根。 2. 若 $\Delta = 0$,根为 $x=1$,在 $(0,2)$ 内,此时 $a=1$。 3. 若 $\Delta > 0$,两根关于 $x=1$ 对称。若要在 $(0,2)$ 内恰有一个,必须是一个在区间内,一个在区间外。 由于对称轴是1,若一根在 $(0,1)$,另一根必在 $(1,2)$,则两个都在区间内。 若一根在 $(-\infty, 0]$,另一根在 $[2, +\infty)$,则区间内无根。 因此,对于对称轴在区间中心的二次函数,不可能在开区间内“恰有一个”根,除非根就在对称轴上(重根)。 *重新设计一道更典型的检测题以避免歧义*:
判对标准:
1. 学生能画出 $y=2^x$ 和 $y=x+1$ 的图像(或描述其性质)。
2. 指出 $x=0$ 是一个根($1=1$)。
3. 指出 $x=1$ 是一个根($2=2$)。
4. 能说明在 $x<0$ 时 $2^x < 1 < x+1$(错误,$x=-1, 0.5 < 0$),实际上 $x<0$ 时 $2^x$ 递减趋向0,$x+1$ 递减趋向负无穷,需比较斜率或具体值。
更简单的判对标准:
1. 正确列出 $f(x) = 2^x - x - 1$。
2. 验证 $f(0)=0, f(1)=0$。
3. 利用导数或图像凸性说明只有这两个交点($2^x$ 是下凸函数,直线与凸函数最多两个交点)。
最终判对标准:学生能找出 $x=0$ 和 $x=1$ 两个根,并能通过图像性质或导数符号变化论证不存在第三个根。
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