本题导读
本题考查二次函数在指定区间上零点存在性问题。当二次项系数含有参数时,常规的二次方程判别式与区间根分布讨论极为繁琐。核心技巧在于采用“分离参数法”,将零点存在性转化为求一个新函数在给定区间上的值域问题,大幅降低降维难度。
📌【题干】
Question
(2007年广东卷(理)) 已知 是实数,函数 . 如果函数 在区间 上有零点,求 的取值范围.
🔍【思路分析】
破题导航
- 零点方程化与参数判定:
- 令 。
- 检查 的边界值:若 ,此时代入原方程知不成立。
- 分离参数 :
- 提取参数项: 。
- 因为 时, 有可能为 0。需优先将 单独抽离代入方程检验:
- 代入 得 (矛盾,无解)。
- 同理 时也无解。
- 由此可安全地对全域进行分母分离: 。
- 求新函数的值域:
问题转化为求 在 且 时的取值范围(值域)。
利用导数工具或者分式不等式法确定该函数各分支的单调性与最值,从而勾勒出参数 的合法可达集合。
✅【答案】
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方程𝑓(𝑥)=0可改写为𝑎(2𝑥2−1)=3−2𝑥.当𝑥=±1√2
✍【详细解析】
Abstract
解:根据题意,函数 在区间 上有零点,即一元方程:
移项并提取关于参数 的同类项:
下面对①式中二次项系数 是否为 0 进行分类判定:
- 当 时:
若 , 代入①式得 , 矛盾不成立;
若 , 代入①式得 , 矛盾不成立。 因此, 方程①的实数解 绝对不可能等于 。
- 当 时, 可将①式两边同除以 , 成功将参数 孤立剥离: 由此可知, 原问题等价于求新函数 在集合 上的值域。
对分式函数 展开求导以判定单调性(利用商的求导法则):
令 ,解得两个驻点: 因为 :
- ;
- 。
因此, 在整个有效考查闭区间 内部, 仅存在唯一有效的极值驻点 。 分析导函数分子二次多项式 在 内的正负号变化特征:
- 当 时, , 函数 严格单调递增;
- 当 时, , 函数 严格单调递减。
由于在 处分母为 0 属于无穷间断点, 我们计算各关键节点及边界点的函数值和趋向极限值:
- 左端点:
- 右端点:
- 极大值点: 由于 , 代入可简化求得: 并不对,直接用原方程化简: 由 。 由于 。 故 。将 代入:
下面考查间断点两侧的无限延伸特征:
- 当 时, , 分子 , 故 ;
- 当 时, , 故 。 由此可知, 在包含间断点 的内部分支以及两侧分支中, 随着自变量掠过间断点, 函数值能无损覆盖整个 的无限全域。
, highlighting vertical asymptotes at x = ±1/√2, showing the function ranges to infinity in its branches.]
具体分段值域扫描如下:
- 在区间 上, 函数自 5 单调递增至 , 值域为 ;
- 在区间 上, 函数自 递增到极大值 , 再递减到 , 值域为 ;
- 在区间 上, 函数自 递减到 1, 值域为 。
将三个有效分支的值域进行并集汇拢, 得到全域的覆盖可达范围:
因为参数 恰好等于该函数的值域,
所以, 实数 的取值范围是 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:分离参数彻底隔离转化法、导数商公式判断分式函数复杂单调性、含有无穷垂直渐近线(分母为0)时值域的全域并集处理。
- 核心方法:参数分离法、导数工具法。
- 避坑指南:
- 本题最容易翻车的点在于误将 当作连续函数,直接认为值域是 。
- 必须时刻警惕:在区间 内, 分母存在两个致命的零点 。由于这两个间断点的存在, 函数图象被切割成了三段不连续的孤立曲线, 且会产生向 的无限喷薄。务必分段扫描并取并集, 才能保证最终的代数区间完整不漏。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题考查一元二次方程根的分布、分离参数法,是广东卷(理)解答题的高频命题方向,同型题见下方类题演练。
- 变式思考:本题的核心步骤(分离参数法、构造函数单调性法)可迁移到同类问题——若改变题设条件(如更换数值或几何对象),解法框架不变,重在把握「条件→目标」的转化路径。
- 知识关联:一元二次方程根的分布、分离参数法相互关联,解答中综合运用了分离参数法、构造函数单调性法,建议结合知识锚点中的对应专题系统梳理。
🔗【关联脉络】
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