復合函數的零點


前言

典例剖析

【2021·昆明模擬】 已知函數 \(f(x)\)( \(x\)\(\in R\) )是奇函數,且當 \(x\)\(\in\)\((0,+\infty)\) 時是減函數,若 \(f(1)\)\(=\)\(0\),則函數 \(y\)\(=\)\(f\)\((x^{2}\)\(-\)\(2|x|)\) 的零點共有\(\qquad\)

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

法1:常規通用的解法,方便快捷不易出錯,

根據題意, 函數 \(y=f(x)\) 是定義域為 \(R\) 的奇函數, 則 \(f(0)=0\)

\(x \in(0,+\infty)\) 時是減函數, 且 \(f(1)=0\), 則函數在 \((0,+\infty)\) 上只有 一個零點,

又由於函數 \(y=f(x)\) 是奇函數且當 \(x \in(0,+\infty)\) 時是減函數, 則 \(f(x)\)\((-\) \(\infty, 0\) )上是減函數,

又由 \(f(1)=0\), 則 \(f(-1)\)\(=\)\(-f(1)\)\(=\)\(0\), 則函數在 \((-\infty,0)\)上只有一個零點.

故函數 \(y=f(x)\) 共有\(3\)個零點, 依次為 \(-1\)\(0\)\(1\).

則對於函數 \(y=f\left(x^{2}-2|x|\right)\)

\(x^{2}-2|x|=-1\) 時,解得\(x=\pm 1\)原方程等價於\(|x|^2\)\(-\)\(2|x|\)\(+\)\(1\)\(=\)\(0\),即\((\)\(|x|\)\(-\)\(1\)\()^2\)\(=\)\(0\),即\(|x|\)\(=\)\(1\),解得\(x\)\(=\)\(\pm 1\)

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

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

故函數 \(y=f\left(x^{2}-2|x|\right)\) 的零點共有 \(7\) 個.

〔解后反思〕對於求解復合函數\(f[g(x)]\)的零點而言,我們一般先求解外函數\(f(u)\)的零點\(u_0\)[注意\(f(u_0)\)\(=\)\(0\)],然后令\(g(x)\)\(=\)\(u_0\),通過解方程就可以求得復合函數\(f[g(x)]\)的零點。

法2:學生解法,[他們能想到做出復合函數的圖象,找出零點,思路是對的,但作圖中出了問題,又找不到錯誤的地方]

為便於做復合函數的圖像,我們分別作出內外兩層函數的圖象如下圖:

能看出來,內函數\(g(x)=x^2-2|x|\)為偶函數,外函數為奇函數,故復合函數\(f[g(x)]\)為偶函數,

復合函數的定義域為\(R\),我們重點做\([0,+\infty)\)上的圖象;

\(x=0\)時,\(g(0)=0\),則\(f[g(x)]=f(0)=0\),故函數圖象上有點\((0,0)\)

\(0<x<1\)時,內函數\(g(x)\)單調遞減,且\(g(x)\in (-1,0)\),此時外函數也單調遞減,故\(f[g(x)]\)單調遞增,此時我們作圖時將\(y\)軸視為漸近線,

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

\(1<x<2\)時,內函數\(g(x)\)單調遞增,且\(g(x)\in (-1,0)\),此時外函數也單調遞減,故\(f[g(x)]\)單調遞減,

\(x=2\)時,\(g(2)=0\),則\(f[g(2)]=f(0)=0\),故當\(x\in [1,2)\)時,\(f[g(x)]\)\(0\)減小到\(-\infty\);故此時我們作圖時將直線\(x=2\)視為漸近線,且函數圖象上有點\((2,0)\)

\(x^2-2|x|=1\),解得\(x=1+\sqrt{2}\),當\(2<x<1+\sqrt{2}\)時,內函數\(g(x)\)單調遞增,且\(g(x)\in (0,1)\),此時外函數也單調遞減,故\(f[g(x)]\)單調遞減,

\(x=1+\sqrt{2}\)時,\(f[g(1+\sqrt{2})]=f(1)=0\),故當\(x\in (2,1+\sqrt{2}]\)時,\(f[g(x)]\)\(+\infty\)減小到 \(0\),且直線\(x=2\)為漸近線,;

\(x>1+\sqrt{2}\)時,內函數\(g(x)\)單調遞增,且\(g(x)\in (1,+\infty)\),此時外函數單調遞減,故\(f[g(x)]\)單調遞減,故當\(x\in (1+\sqrt{2},+\infty)\)時,\(f[g(x)]\)\(0\)減小到 \(-\infty\)

然后利用偶函數,做出\(y\)軸左側部分的圖象,從圖象可以看出,函數 \(y=f\left(x^{2}-2|x|\right)\) 的零點共有 \(7\) 個.


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