原題
原題:已知函數f(x)=-x^3+3x^2+2,x≥0,f(x)=-x^2·e^x,x<0.若方程f(x)+a=0有兩個不相等實根,則實數a的取值範圍是?
這是一道函數方程的題,所謂的函數方程題就是將函數f(x)看成一個變量的形式放入一個方程當中。
這樣的題看著很難,實際上都有普遍的解法。
無論是將函數f(x)放入到一次函數中還是二次函數當中,都是將函數f(x)單獨表示出來,形成函數f(x)和另一個函數之間的關係的問題。
下面就在講解的過程中來詳細的說明該解法。
該題的普遍解法步驟
第一步,將函數f(x)表示出來。
因為方程f(x)+a=0,所以f(x)=-a——將f(x)看成自變量,將f(x)從方程中解出來,這裡是一次冪方程,有時候可能遇到兩次冪方程,甚至三次冪方程,都可以如法炮製。
這個時候就可以將f(x)=-a看成是函數f(x)與直線y=-a相交的問題了,即將上述的問題就轉化成函數f(x)與直線y=-a有兩個不同的交點,求實數a的取值範圍。
第二步,得出函數f(x)的大致圖像。
因為上述給出的是分段函數,所以就分別說明每一段函數的單調性以及端點的極值數或者端點值。
⒈判斷函數f(x)在x≥0上的圖形:
因為x≥0,所以函數f(x)=-x^3+3x^2+2,對函數f(x)求導得到一次導數f'(x)=-3x^2+6x=-3x(x-2)。
⑴函數f(x)的單調性。
當0≤x<2時,一次導數f'(x)=-3x(x-2)>0,則此時函數f(x)是單調遞增函數;
當x>2時,一次導數f'(x)=-3x(x-2)<0,則此時函數f(x)是單調遞減函數。
⑵函數f(x)的端點值或者趨近值。
由⑴知函數f(x)是先增後減,所以在x=2處存在極大值,也是最大值,即f(x)max=f(2)=6;
當x=0時,f(0)=2;
當x趨近+∞時,f(x)=-x^3+3x^2+2=-(x^3-3x^2+0·x+2)+4=-[(x-1)(x^2-2x-2)]+4=-[(x-1)((x-1)^2-3)]+4,f(x)趨近負無窮。
⒉判斷函數f(x)在x<0上的圖形:
因為x<0時,則函數f(x)=f(x)=-x^2·e^x,所有函數f(x)的一次導數f'(x)=-xe^x(x+2)。
⑴函數單調性。
當x<-2時,一次導數f'(x)=-xe^x(x+2)<0,此時函數f(x)是單調遞減的;
當x>-2時,一次導數f'(x)=-xe^x(x+2)>0,此時函數f(x)是單調遞增的。
⑵端點函數值或者極值。
由⑴知,函數f(x)是先減後增的,所以當x=-2處存在極小值,也是最小值,即f(x)min=f(-2)=-4/e^2;
當x趨近負無窮時,-x^2趨近負無窮,e^x趨近0,f(x)=-x^2·e^x趨近於0;
當x趨近0時,-x^2趨近0,e^x趨近1,則f(x)趨近於0.
第三步,綜上所述,畫出f(x)的整體圖形:
如圖三所示,就是函數f(x)的大致圖形。
所以當直線y=-a在區間[2,6)或者在y=-4e^2時,函數f(x)與直線y=-a有兩個不等的實根,即2≤-a<6或者-a=-4e^2,所以a的取值範圍就是{a|-6<a≤-2或者a=4e^2}。
總結
在高中階段,函數是一個比較大的模塊,對函數的要求也就是高中階段所學的函數的性質:單調性、最大值和最小值、極大值和極小值、周期性、奇偶性、凸凹性。
所以無論該題出現什麼樣的形式,一般都是在變相的考你這些性質。
例如,上述題目看著很難,但是實際就是要考你函數的單調性和極大值、極小值。
所以在做題的過程中要知道該題是哪種類型題,它能對應要轉化成我們學過的哪些知識點上來,轉化的形式和方法是什麼。
做出該題永遠不是目的,目的是通過這道題學會這一類題中存在的方法。
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