前言
判别式法求值域,使用的频度不是很高,但是其原理需要注意,其常与分式型函数有关。
原理解析
分析:观察这个分式函数的结构特征,注意到函数的定义域为 \(R\),将函数转化为以 \(x\) 为未知数的一元二次方程[此时的因变量 \(y\) 看成系数方程的对应系数],
由于这个函数不是空函数,即这个方程一定是有解的,分类讨论如下:
1\(^{\circ}\). 当\(y=2\)时,此时方程变形为一次方程,简化为\(3x+1=0\),
解得\(x=-\cfrac{1}{3}\),故\(y=2\)的值是满足题意的,
2\(^{\circ}\). 当\(y\neq 2\)时,此时方程为二次方程,那么由定义域为\(R\)可知,
这个二次方程在实数范围内一定有解,故\(\Delta \ge 0\),
即\(\Delta =(y+1)^2-4(y-2)(y-1)\ge 0\)且\(y\neq 2\),
解得\(y\in[\cfrac{7-2\sqrt{7}}{3},2)\cup(2,[\cfrac{7+2\sqrt{7}}{3}]\)。
综上所述,函数的值域为\(y\in[\cfrac{7-2\sqrt{7}}{3},\cfrac{7+2\sqrt{7}}{3}]\)。
〔解后反思〕:
1、为什么判别式法要求函数的定义域要是\(R\)?由上述分类讨论中的第二步可知,二次方程在实数范围内一定有解才能得到\(\Delta \geqslant 0\),如果定义域不是\(R\)(比如是\(x\neq 2\)),那么这时候仅仅限制\(\Delta \ge 0\)是不够的,还需要限制\(x\neq 2\),反倒就体现不出来判别式法的简洁性了。
2、能顺利使用判别式法的分式函数,一般分母的\(\Delta <0\),这样就保证了定义域是\(R\),且都是形如这样的分式函数,如\(f(x)\)\(=\)\(\cfrac{ax^2+bx+c}{dx^2+ex+f}\),或者\(f(x)\)\(=\)\(\cfrac{ax+b}{dx^2+ex+f}\) 型;
3、这样的函数\(h(x)=\cfrac{x^2-4x+5}{x-2}\)能用判别式吗?一般怎么求解值域?
分析:大家能看到这个函数的定义域是\(x\neq 2\),所以我们一般不用判别式法,否则你仅仅利用条件\(\Delta \ge 0\)来限制是不够的,肯定要出错,那么我们一般怎么做呢,注意到分子分母的最高次是二倍的关系,故常常朝对勾函数转化,
到此可以看到,函数图像的左右平移变换不会影响值域,故所求函数\(h(x)\)的值域一定和函数\(g(t)=t+\cfrac{1}{t}\)的值域是一样的。用基本不等式法,我们知道这个函数的值域是\((-\infty,-2]\cup [2,+\infty)\)。故函数的值域为\(h(x)\in (-\infty,-2]\cup [2,+\infty)\)。
廓清认知
- 为什么定义域不是 \(R\) 的分式函数也能使用判别式法求值域呢?
解:当定义域不是 \(R\) [即分母函数的\(\Delta\geqslant 0\)]时,我们必须先研究函数的定义域,否则在算理上是有漏洞的,
由\(x^{2}+x-1\neq0\),解得\(x\neq\cfrac{-1\pm\sqrt{5}}{2}\),
即定义域为\((-\infty\)\(,\)\(\cfrac{-1-\sqrt{5}}{2})\)\(\cup\)\((\cfrac{-1-\sqrt{5}}{2}\)\(,\)\(\cfrac{-1+\sqrt{5}}{2})\)\(\cup\)\((\cfrac{-1+\sqrt{5}}{2}\)\(,\)\(+\infty)\),
由于函数解析式为 \(y=\cfrac{3x^{2}+3x+1}{x^{2}+x-1}\),将 \(y\) 视为系数,分式化为整式,
整理得到关于\(x\)的仿二次方程,即 \((y-3)x^{2}+(y-3)x-(y+1)=0\),分类讨论如下:
当 \(y=3\) 时, 上述方程即 \(0\times x^2+0\times0-4=0\),方程无解;
当 \(y \neq 3\) 时,要使方程有解时,需满足 \(\Delta=(y-3)^{2}+4(y-3)(y+1)\geqslant 0\) ,
且必须满足\(x\neq\cfrac{-1\pm\sqrt{5}}{2}\),否则原分式函数不存在为了验证\(y\)的取值能保证分母不为零,此时从正面验证不好做,可以这样考虑,若\(y\)的取值使得方程变为\(x^2\)\(+\)\(x\)\(-\)\(1\)\(=\)\(0\)的形式,会解得\(x\)\(=\)\(\cfrac{-1\pm\sqrt{5}}{2}\),而只有当\(\left\{\begin{array}{l}y-3=k\\y+1=k\end{array}\right.\)时[方程的系数可能成比例],方程\((y-3)\)\(x^{2}\)\(+\)\((y-3)\)\(x\)\(-\)\((y+1)\)\(=\)\(0\)才会变成\(x^2\)\(+\)\(x\)\(-\)\(1\)\(=\)\(0\),而现在的情形是满足\(\left\{\begin{array}{l}y-3=k\\y+1=k\end{array}\right.\) 的\(y\)值是不存在的,说明\(y\)的取值不会导致原函数分母为零,故此时仅利用\(\Delta\geqslant 0\)求解是不会出错的。那么是不是任意的系数都能保证这一点,没有经过严谨的证明我们不好说。,
即 \(5y^{2}-14y-3\geqslant 0\), 解得 \(y \leqslant-\cfrac{1}{5}\) 或 \(y>3\),
所以 \(y=\cfrac{3 x^{2}+3 x+1}{x^{2}+x-1}\) 的值域为 \(\left(-\infty,-\cfrac{1}{5}\right] \cup(3,+\infty)\).
对应练习
提示: \(y>0\) 或 \(y\leqslant-\cfrac{8}{9}\)