复合函数的零点


前言

典例剖析

【2021·昆明模拟】 已知函数 \(f(x)\)( \(x\)\(\in R\) )是奇函数,且当 \(x\)\(\in\)\((0,+\infty)\) 时是减函数,若 \(f(1)\)\(=\)\(0\),则函数 \(y\)\(=\)\(f\)\((x^{2}\)\(-\)\(2|x|)\) 的零点共有\(\qquad\)

$A.4$ $B.5$ $C.6$ $D.7$

法1:常规通用的解法,方便快捷不易出错,

根据题意, 函数 \(y=f(x)\) 是定义域为 \(R\) 的奇函数, 则 \(f(0)=0\)

\(x \in(0,+\infty)\) 时是减函数, 且 \(f(1)=0\), 则函数在 \((0,+\infty)\) 上只有 一个零点,

又由于函数 \(y=f(x)\) 是奇函数且当 \(x \in(0,+\infty)\) 时是减函数, 则 \(f(x)\)\((-\) \(\infty, 0\) )上是减函数,

又由 \(f(1)=0\), 则 \(f(-1)\)\(=\)\(-f(1)\)\(=\)\(0\), 则函数在 \((-\infty,0)\)上只有一个零点.

故函数 \(y=f(x)\) 共有\(3\)个零点, 依次为 \(-1\)\(0\)\(1\).

则对于函数 \(y=f\left(x^{2}-2|x|\right)\)

\(x^{2}-2|x|=-1\) 时,解得\(x=\pm 1\)原方程等价于\(|x|^2\)\(-\)\(2|x|\)\(+\)\(1\)\(=\)\(0\),即\((\)\(|x|\)\(-\)\(1\)\()^2\)\(=\)\(0\),即\(|x|\)\(=\)\(1\),解得\(x\)\(=\)\(\pm 1\)

\(x^{2}-2|x|=0\) 时,解得 \(x=\pm 2\)\(x=0\)

\(x^{2}-2|x|=1\) 时,解得 \(x=1+\sqrt{2}\)\(x=-1-\sqrt{2}\)

故函数 \(y=f\left(x^{2}-2|x|\right)\) 的零点共有 \(7\) 个.

〔解后反思〕对于求解复合函数\(f[g(x)]\)的零点而言,我们一般先求解外函数\(f(u)\)的零点\(u_0\)[注意\(f(u_0)\)\(=\)\(0\)],然后令\(g(x)\)\(=\)\(u_0\),通过解方程就可以求得复合函数\(f[g(x)]\)的零点。

法2:学生解法,[他们能想到做出复合函数的图象,找出零点,思路是对的,但作图中出了问题,又找不到错误的地方]

为便于做复合函数的图像,我们分别作出内外两层函数的图象如下图:

能看出来,内函数\(g(x)=x^2-2|x|\)为偶函数,外函数为奇函数,故复合函数\(f[g(x)]\)为偶函数,

复合函数的定义域为\(R\),我们重点做\([0,+\infty)\)上的图象;

\(x=0\)时,\(g(0)=0\),则\(f[g(x)]=f(0)=0\),故函数图象上有点\((0,0)\)

\(0<x<1\)时,内函数\(g(x)\)单调递减,且\(g(x)\in (-1,0)\),此时外函数也单调递减,故\(f[g(x)]\)单调递增,此时我们作图时将\(y\)轴视为渐近线,

\(x=1\)时,\(g(1)=0\),故\(f[g(1)]=f(0)=0\),故当\(x\in (0,1]\)时,\(f[g(x)]\)\(-\infty\)增大到 \(0\)

\(1<x<2\)时,内函数\(g(x)\)单调递增,且\(g(x)\in (-1,0)\),此时外函数也单调递减,故\(f[g(x)]\)单调递减,

\(x=2\)时,\(g(2)=0\),则\(f[g(2)]=f(0)=0\),故当\(x\in [1,2)\)时,\(f[g(x)]\)\(0\)减小到\(-\infty\);故此时我们作图时将直线\(x=2\)视为渐近线,且函数图象上有点\((2,0)\)

\(x^2-2|x|=1\),解得\(x=1+\sqrt{2}\),当\(2<x<1+\sqrt{2}\)时,内函数\(g(x)\)单调递增,且\(g(x)\in (0,1)\),此时外函数也单调递减,故\(f[g(x)]\)单调递减,

\(x=1+\sqrt{2}\)时,\(f[g(1+\sqrt{2})]=f(1)=0\),故当\(x\in (2,1+\sqrt{2}]\)时,\(f[g(x)]\)\(+\infty\)减小到 \(0\),且直线\(x=2\)为渐近线,;

\(x>1+\sqrt{2}\)时,内函数\(g(x)\)单调递增,且\(g(x)\in (1,+\infty)\),此时外函数单调递减,故\(f[g(x)]\)单调递减,故当\(x\in (1+\sqrt{2},+\infty)\)时,\(f[g(x)]\)\(0\)减小到 \(-\infty\)

然后利用偶函数,做出\(y\)轴左侧部分的图象,从图象可以看出,函数 \(y=f\left(x^{2}-2|x|\right)\) 的零点共有 \(7\) 个.


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