关于分离参数法在解决函数方程实根问题的研究

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  摘 要:分离参数法:众所周知,就是求谁的参数就把谁分离出来研究,我们知道这是在解决不等式问题时常用的方法。但是,其实利用它的原理,我们可以把它用来解决函数方程的实根问题。
  关键词:分离参数法;不等式问题;函数方程
  一、 应用举例
  让我们看一看以下例题:
  例1 (2017年山东省实验中学月考)是否存在实数m,使函数f(x)=x2-(m-1)x,f2m在区间[0,1]上有且只有一个零点?若存在,求出m的取值范围;若不存在,请说明理由。
  解析:对于这类问题,一般解法:
  (1) 当方程x2-(m-1)x 2m=0在[0,1]上有两个相等实根时,则
  (2) 当方程x2-(m-1)x 2m=0有两个不等实根时
  (a)有且只有一根在(0,1)上时,有f(0)f(1)<0即2m(m 2)<0,所以
  m<0m 2>0或m>0m 2>0解得-2  (b)当f(0)=0时,m=0,令f(x)=x2 x=0,解得x1=0,x2=-1符合题意。
  (c)当f(1)=0时,吗,令f(x)=x2 3x-4=0,解得x1=1,x2=-4,符合题意。
  综上所述,实数m的取值范围为[-2,0]。注:求解本题不仅应注意到函数的零点应用f(1)*f(0)<0,而且也应该注意问题其他形式:(1)在[0,1]上有二重根;(2)端点函数值可能为0.。因此,我们由上述过程,不难看出:讨论很复杂。尽管思路清晰,但仍避免不了大量的分类讨论,易出错。
  让我们看一下如下巧解:
  解:令f(x)=0得:x2-(m-1)x 2m=0
  所以m=x2 xx-2
  设y=x2 xx-2所以yx’=(x2 x)′(x-2)-(x2 x)(x-2)′(x-2)2
  =(x-2)2-6(x-2)2
  因為x∈[0,1]
  ∴1≤(x-2)2≤4
  ∴-5≤(x-2)2-6≤-2
  即(x-2)2-6<0
  ∴(x-2)2-6(x-2)2<0
  ∴y2x<0
  故函数y=x2 xx-2在
  [0,1]上单调递减,
  ∴当x=0时,ymax=0
  当x=1时,ymin=12 11-2=-2
  ∴y∈[-2,0]
  即此时,m∈[-2,0]
  我们不难从上例题看出,此做法十分简单,不管它如何,我们只把参数分离开,用x表示参数。因为题目已给出了x的取值,再利用单调性及函数相关知识即可求出。
  我们再来看一道例题:
  例2 已知方程x2 3ax 4=0,在(1,2)有实根,求a的取值?
  解析:方程在一个区间内有实根,我们知道可转化成其对应的方程的函数f(x)在这个区间有零点,这也就转化成零点问题。但是零点问题,由上我们已得出可以利用分离参数函数来解决,所以解题如下:
  解:∵x2 3ax 4=0,x∈(1,2)
  ∴-3a=x2 4x=x 4x
  设y=x 4x,∴yx′=1-4x2
  ∵x∈(1,2)
  ∴1  ∴12<1x2<1
  ∴2<4x2<4
  ∴4x2>1
  ∴1-4x2<0
  即yx′<0,故函数y=x 4x在区间[1,2]上单调递减
  ∴当x=1时,ymax=1 41=5
  当x=2时,ymin=2 42=4
  故函数y=x 4x在区间(1,2)上值为(4,5)
  ∴y∈(4,5)即-3a∈(4,5)
  故a∈(-53,-43)
  二、 总结
  其实,对于普遍的一个零点问题,方程实根问题,都可以利用分离参数法来思考。因为题目已给出了实根、有零点,势必分离出来的参数所对应的关于x的方程在一个区间上是恒成立的。它的最后解集是将所有取值并起来。因为并集本身是取值范围更大的子集,而分离参数法则省去了中间求解,参数取值集合子集的步骤,直接求出大的集合。即不论用x表示出的方程所对应的函数单调性如何,只要利用单调性求出值点,进而推出最值点,便得取值范围。
  参考文献:
  [1]张文鹏.初等数论[M].陕西师范大学出版社,2007.
  [2]李文林主编.王元论哥德巴赫猜想[M].山东教育出版社,1999.
  [3]潘承洞,潘承彪著.初等数论[M].北京大学出版社,1992.
  [4]潘承洞,潘承彪著.解析数论基础[M].科学出版社,1991.
  作者简介:
  刘书岳,广东省潮州市,饶平县第二中学。
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