已知定义在上的奇函数
满足:当
时,
.
(1)求的解析式和值域;
(2)设,其中常数
.
①试指出函数的零点个数;
②若当是函数
的一个零点时,相应的常数
记为
,其中
.证明:
(
).
已知定义在上的奇函数
满足:当
时,
.
(1)求的解析式和值域;
(2)设,其中常数
.
①试指出函数的零点个数;
②若当是函数
的一个零点时,相应的常数
记为
,其中
.证明:
(
).
解:(1)为奇函数,
.
当时,
,则
,
时,
,
,
,
的值域为
.
(2)①函数的图象如图
所示,当
时,方程
有三个实根;当或
时,方程
只有一个实
根;当或
时,方程
有两个实根.
(法一):由,解得
,
的值域为
,
只需研究函数
在
上的图象特征.
设,
,
,
令,得
,
.
当
时,
,当
时,
,
又,即
,由
,
,得
,
的大致图象如图
所示.
根据图象可知,当
时,
直线与函数
的图像仅有一个交点,则函数
在上仅有一个零点,记零点为
,则
分别在区间
、
、
上,根据图像
,方程
有两个交点,因此
函数有两个零点.
类似地,当时,函数
在
上仅有零点
,因此函数
有
、
、
这三个零点.
当时,函数
在
上有两个零点,一个零点是
,另一个零点在
内,因此函数
有三个零点.
当时,函数
在
上有两个零点,且这两个零点均在
内,因此函数
有四个零点.
当时,函数
在
上没有零点,因此函数
没有零点. …9分
(法二):
,令
,得
,
,
.
当时,
,当
时,
,
当
时,
取得极大值
.
(Ⅰ)当
的极大值
,即
时,函数
在区间
上无零点,因此函数
无零点.
(Ⅱ)当的极大值
,即
时,
,函数
的图像如图
所示,函数
有零点
.
由图可知方程
有两不等的实根,因此函数
有两个零点.
(Ⅲ)当的极大值
且
,
即时,
在
上单调递增,因为
,
,函数
的图像如图
所示,函数
在
存在唯一零点
,其中
.
由图可知方程
有两不等的实根,因此函数
有两个零点.
(Ⅳ)当
的极大值
且
,
即时:
由,得
,
由,得
,
根据法一中的证明有.
(ⅰ)当时,
,
,函数
的图像如图
所示,
函数
在区间
有唯一零点
,其中
.
由图可知方程
有两不等的实根,因此
函数有两个零点.
(ⅱ)当时,
,
,函数
的图像如图
所示,
函数在区间
有唯一零点
.
由图可知方程
有三个不等的实根,因此函数
有三个零点.
(ⅲ)当时,
,
,函数
的
图像如图所示,函数
在区间
有唯一零点
,其中
.
由图可知方程
有两个不等的实根,因此函数
有两个零点.
(ⅳ)当时,
,
,
函数的图像如图
所示,函数
在区间
有
两个零点,分别是和
,其中
.
由图可知方程
有一个实根
,方程
有两个非的不等实根,因此函数
有三个零点.
(ⅴ)当时,
,
,
函数的图像如图
所示,函数
在区间
有两个
零点、
,其中
.
由图可知方程
、
都有两个不等的实根,
且这四个根互不相等,因此函数有四个零点.
综上可得:
当
时,函数
有两个零点
当、
时,函数
有三个零点;
当时,函数
有四个零点;
当时,函数
无零点.
②因为是函数
的一个零点,所以有
,
,
,
,
,
.
记,
,
当
时,
,
当
时,
,即
.
故有,则
.
当时,
;
当时,
(法一):,
…
…
.
综上,有…
,
.
(法二):当时,
;
当时,
,
…
…
.
综上,有…
,
.