分式求二階導數 一道與三角零點距離有關的導數問題

2021-10-12 19:43:07 字數 1687 閱讀 1214

最近有同學問了下面的一道題目:

第一問很簡單,第二問的這種形式自己可以回憶一下在**見過類似的題目,先看下面的幾道題目:

上述題目均為函式與零點相關的問題,求兩個或多個零點之間運算的取值範圍,這種題目較為常用的解法是消元和轉化,即當有多個零點參與運算時,可通過函式的對稱性減少未知量的個數,若只存在兩個變數,可試圖找變數之間的轉化關係,轉化為只含有乙個變數且能確定出變數範圍的函式問題,若兩個變數之間不存在明顯的轉化關係,可分別求出各自的範圍,再求整體的範圍,再或者利用幾何關係找到取得最值時的條件。

在一開始給出的題目中,極值點可看做導函式正負分界的零點,求導如下:

若此時設g(x)=xsinx+xcosx-sinx,顯然g(x)不是週期函式,零點單調性均無法直接判斷,求導之後g'(x)=sinx+xcosx-xsinx也無法求根或判斷單調性,即便再求二階導也無濟於事,單調性無法判斷,零點所在區間也無法判斷,問題在於設的函式有問題,如果發現g(x)+g'(x)是乙個能求根和判斷正負的式子之後,就知道所設的g(x)應該為g(x)=e^x*(xsinx+xcosx-sinx),題目做不出來很可能就卡住這裡了。

判斷出g(x)的單調區間後根據單調性就可以分別確定出x1,x2的取值範圍了。

若設x1

這個題目有迷惑性,在常見的二階導數中,我們習慣把分式中不能確定正負的部分單獨設為乙個函式,例如本題目中很容易把g(x)設成xsinx+xcosx-sinx,而二階導的目的是能得到乙個可求零點或者判斷正負的函式,希望本題目給提乙個醒吧。

另外若把零點看做是兩函式影象的交點,零點可轉化為方程sinx+cosx=sinx/x的交點,若分別作出y=sinx+cosx和y=sinx/x的影象,y=sinx+cosx為常見的三角函式,y=sinx/x在x>0時是乙個收斂函式,當x→+∞時,函式值趨近於0,所以當x逐漸變大時,相鄰兩個零點之間的距離越接近於y=sinx+cosx週期的一般,即π,若研究y=sinx+cosx-sinx/x的影象,會發現當x大於某數值後,sinx/x→0,函式基本上可看做是週期函式y=sinx+cosx,影象如下:

上面為題目的一些擴充套件,不可用來解題,函式y=sinx+cosx-sinx/x雖不是週期函式,但有週期函式的某些特徵,這讓人聯想到2023年全國2理科的第12題中類週期函式的問題,有關類週期函式的題目,在資料整理足夠的時候會專門寫一篇。

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