徐影
复合函数是指由两个或两个以上的简单基本函 数构成的函数,如 y = g[ f (x)] .复合函数零点个数问题 的难度通常较大,对同学们的数学抽象、数学运算、逻 辑推理能力有较高的要求.这类问题主要考查简单基 本函数的单调性、图象,以及复合函数的单调性.
对于复合函数 y = g[ f (x)] ,一般将 f (x) 视为内层 函数,将 g(x) 视为外层函数.求解复合函数零点的个数 问题,首先要用换元法,将内层函数换元,如令 f (x)= t ;
再画出外层函数 y = g(t) 的图象,借助图象来 研究方程 g(t)= 0 的根 t 的取值或范围;
然后利用分类 讨论思想,讨论当 t 取不同值时,直线 y = t 与内层函 数 y = f (x) 图象的交点情况,就能求出复合函数零点的 个数.
例1
解:
一般地,若函数 y = f (x) 在定义域 I 上有 n 个零点 ? 方程 f (x)= 0 在 x ∈ I 上有 n 个解 ? 函数 y = f (x) 的 图象与 x 轴在 x ∈ I 上有 n 个交点.解答复合函数零点 问题,首先要依据题意确定复合函数的内、外层函数 分别是什么;
然后利用换元法,令内层函数 f (x)= t ;
再 解方程 g(t)= 0 ,得到 t 的值;
接著在同一个直角坐标 系中画出函数 y = f (x) 与函数 y = t 的图象,研究两个 图象的交点情况,即可确定复合函数零点的个数.
例2
解:
先换元,并令 g(t)= 0 ,即可将问题转化为求一元 二次方程的解的个数问题;
然后构造函数,将问题转 化为直线 y = t 与函数 y = f (x) 图象的交点个数问题;
再画出函数的图象,利用方程的判别式、求根公式、韦 达定理,确定根的取值和个数即可解题.
例3
解:
对于形如 y = f [ f (x)]+ h 的嵌套函数,需先构造函 数 y - f [ f (x)]、y = -h ;
然后用 t 去替换内层函数 f (x) , 将问题转化为求函数 y = f (t) 与直线 y = k 的交点的个 数,通过研究函数图象中交点的个数,从而确定 t 的取 值范围.
例4
解:
解答此题,需进行两次换元.先利用换元法“解 套”,即令内层函数 f (kx)+ 1 = t ,将问题转化为求 g(t)= f (t)+ 1 = 0 的解的个数问题;
然后利用图象,研究 内层函数 y = f (kx)+ 1的图象与直线 y = t 交点的个数.
总之,求解复合函数零点个数问题时,需注意:
(1)灵活运用换元法,通过换元来“解套”,从而降低问 题的难度;
(2)灵活运用方程思想,将问题转化为方程 的解的个数问题;
(3)灵活运用数形结合思想,通过研 究函数的图象,求得函数零点的个数;
(4)进行合理的 分类讨论,做到不重不漏任何情况,确保得到正确的 答案.
(作者单位:西华师范大学数学与信息学院)
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