格物学 第四章 指数函数与对数函数4.5 函数的应用(二)

函数的零点与方程的解-4.5 函数的应用(二)知识点课后进阶单选题自测题解析-辽宁省等高一数学必修,平均正确率48.0%

2025-05-23
函数的零点与方程的解-4.5 函数的应用(二)知识点课后进阶单选题自测题解析-辽宁省等高一数学必修,平均正确率48.0%
1、['三角函数的图象与性质', '函数的零点与方程的解', '函数零点存在定理']

正确率80.0%函数$${{f}{(}{x}{)}{=}{{s}{i}{n}}{x}{−}{{l}{g}}{x}}$$的零点个数是$${{(}{)}}$$

A.$${{3}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{1}}$$

D.$${{0}}$$

2、['对数', '函数的零点与方程的解']

正确率40.0%设方程$${{3}^{x}{+}{x}{−}{4}{=}{0}}$$的根为$${{α}}$$,方程$${{l}{o}{g}_{3}{x}{+}{x}{−}{4}{=}{0}}$$的根为$${{β}}$$,则$${{3}^{α}{+}{{l}{o}{g}_{3}}{β}}$$的值为$${{(}{)}}$$

A.$${{4}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{0}}$$

D.$${{−}{4}}$$

3、['函数的零点与方程的解']

正确率40.0%函数$$f ( x )=\left\{\begin{array} {l} {x^{2}+2 x, x < 0} \\ {\frac{e^{x}} {x}, x > 0} \\ \end{array} \right.$$,若函数$${{g}{(}{x}{)}{=}{f}{(}{x}{)}{−}{m}}$$有$${{3}}$$个零点,则$${{m}}$$的取值范围为$${{(}{)}}$$

A.$${{(}{−}{1}{,}{0}{)}}$$

B.$${{(}{−}{1}{,}{e}{)}}$$

C.$${{(}{e}{,}{+}{∞}{)}}$$

D.$${{(}{−}{∞}{,}{−}{1}{)}}$$

4、['函数的零点与方程的解']

正确率80.0%函数$${{f}{(}{x}{)}{=}{(}{x}{+}{1}{)}{|}{{l}{o}{g}_{2}}{x}{|}{−}{1}}$$的零点个数为$${{(}{)}}$$

A.$${{1}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{3}}$$

D.$${{4}}$$

5、['函数的零点与方程的解']

正确率40.0%设函数$$f ( x )=\left\{\begin{aligned} {-2 x^{2}-4 x+1, x \leqslant1} \\ {| \operatorname{l o g}_{2} ( x-1 ) |, x > 1} \\ \end{aligned} \right.$$,若关于$${{x}}$$的方程$${{f}{(}{x}{)}{=}{a}{(}{a}{∈}{R}{)}}$$有四个实数解$${{x}_{1}}$$,$${{x}_{2}}$$,$${{x}_{3}}$$,$${{x}_{4}}$$,且$${{x}_{1}{<}{{x}_{2}}{<}{{x}_{3}}{<}{{x}_{4}}}$$,则$${{(}{{x}_{1}}{+}{{x}_{2}}{)}{(}{{x}_{3}}{−}{{x}_{4}}{)}}$$的取值范围为$${{(}{)}}$$

A.$$( 0, \frac{6 3} {4} )$$

B.$$( 0, \frac{6 3} {4} ]$$

C.$$( \frac{6 3} {4},+\infty)$$

D.$$[ \frac{6 3} {4},+\infty)$$

6、['函数的零点与方程的解']

正确率80.0%函数$$f ( x )=\operatorname{l o g}_{\frac{2} {5 \pi}} \, x-\operatorname{s i n} x$$零点个数为$${{(}{)}}$$

A.$${{4}}$$

B.$${{3}}$$

C.$${{2}}$$

D.$${{1}}$$

7、['函数的零点与方程的解']

正确率0.0%已知函数$$f ( x )=\left\{\begin{matrix} {x^{2}+4 x+2, x \leqslant1,} \\ {| \operatorname{l o g}_{2} ( x-1 ) |, x > 1,} \\ \end{matrix} \right.$$,若关于$${{x}}$$的方程$${{f}{(}{x}{)}{=}{t}}$$有四个不同的实数解$${{x}_{1}}$$,$${{x}_{2}}$$,$${{x}_{3}}$$,$${{x}_{4}}$$,且$${{x}_{1}{<}{{x}_{2}}{<}{{x}_{3}}{<}{{x}_{4}}}$$,则$$( \sqrt{3}+x_{1} ) ( \sqrt{3}-x_{2} )+2 x_{3}+\frac1 2 x_{4}$$的最小值为$${{(}{)}}$$

A.$$\frac{7} {2}$$

B.$${{8}}$$

C.$$\frac{9} {2}$$

D.$$\frac{1} {2}$$

8、['函数的零点与方程的解']

正确率40.0%已知函数$$f ( x )=\left\{\begin{aligned} {} & {{} x+\frac{1} {4 x} ( x > 0 )} \\ {} & {{}-x^{2}-4 x-1 ( x \leqslant0 )} \\ \end{aligned} \right.$$则方程$${{f}{(}{x}{)}{−}{a}{=}{0}}$$有四个实根的充要条件为$${{(}{)}}$$

A.$${{a}{⩾}{1}}$$

B.$${{a}{⩽}{3}}$$

C.$${{1}{⩽}{a}{⩽}{3}}$$

D.$${{1}{<}{a}{<}{3}}$$

9、['函数的零点与方程的解']

正确率80.0%已知函数$$f ( x )=\left\{\begin{array} {l l} {2^{| x |}, x \leqslant1} \\ {f ( 2-x ), x > 1} \\ \end{array} \right.$$,若方程$${{f}{(}{x}{)}{=}{a}}$$有四个不相等的实数根$${{x}_{1}}$$,$${{x}_{2}}$$,$${{x}_{3}}$$,$${{x}_{4}}$$,则$${{x}^{2}_{1}{+}{{x}^{2}_{2}}{+}{{x}^{2}_{3}}{+}{{x}^{2}_{4}}}$$的取值范围为$${{(}{)}}$$

A.$${{(}{1}{,}{4}{)}}$$

B.$${{(}{4}{,}{8}{)}}$$

C.$${{(}{8}{,}{{1}{2}}{)}}$$

D.$${{(}{{1}{2}}{,}{{1}{6}}{)}}$$

10、['函数的零点与方程的解']

正确率0.0%设函数$${{f}{(}{x}{)}{=}{x}{⋅}{{l}{n}}{x}}$$,则关于$${{x}}$$的方程$${{|}{f}{(}{x}{)}{|}{−}{m}{=}{0}}$$的实数根的个数不可能为$${{(}{)}}$$

A.$${{4}}$$

B.$${{3}}$$

C.$${{2}}$$

D.$${{1}}$$

1. 解析:函数 $$f(x) = \sin x - \lg x$$ 的零点个数。

求零点即解方程 $$\sin x = \lg x$$。分析两个函数的性质:
  • $$\sin x$$ 的取值范围为 $$[-1, 1]$$,周期为 $$2\pi$$。
  • $$\lg x$$ 的定义域为 $$x > 0$$,单调递增,且 $$\lg 1 = 0$$,$$\lg 10 = 1$$。
在区间 $$(0, 1]$$,$$\sin x \geq 0$$,而 $$\lg x \leq 0$$,故 $$\sin x > \lg x$$,无零点。
在区间 $$(1, 10]$$,$$\lg x$$ 从 0 增加到 1,而 $$\sin x$$ 在 $$(0, \pi)$$ 内先增后减,可能有两个交点。
通过图像分析或数值计算,可以确定有两个交点,因此零点个数为 2。
答案:$$B$$。

2. 解析:求 $$3^\alpha + \log_3 \beta$$ 的值。

由题意:
  • $$3^\alpha + \alpha - 4 = 0$$,即 $$3^\alpha = 4 - \alpha$$。
  • $$\log_3 \beta + \beta - 4 = 0$$,即 $$\log_3 \beta = 4 - \beta$$。
注意到 $$3^\alpha$$ 和 $$\log_3 \beta$$ 互为反函数,且 $$\alpha$$ 和 $$\beta$$ 是方程的解,因此 $$\alpha + \beta = 4$$。
所以 $$3^\alpha + \log_3 \beta = (4 - \alpha) + (4 - \beta) = 8 - (\alpha + \beta) = 4$$。
答案:$$A$$。

3. 解析:函数 $$g(x) = f(x) - m$$ 有 3 个零点时 $$m$$ 的取值范围。

函数 $$f(x)$$ 分为两部分:
  • 当 $$x < 0$$ 时,$$f(x) = x^2 + 2x$$,开口向上,顶点在 $$x = -1$$ 处,$$f(-1) = -1$$。
  • 当 $$x > 0$$ 时,$$f(x) = \frac{e^x}{x}$$,求导得 $$f'(x) = \frac{e^x (x - 1)}{x^2}$$,在 $$x = 1$$ 处取得极小值 $$f(1) = e$$。
要使 $$g(x)$$ 有 3 个零点,需 $$m$$ 与 $$f(x)$$ 的图像有三个交点。观察图像:
  • 当 $$m = -1$$ 时,$$g(x)$$ 在 $$x < 0$$ 有一个二重根,$$x > 0$$ 无交点。
  • 当 $$-1 < m < 0$$ 时,$$g(x)$$ 在 $$x < 0$$ 有两个根,$$x > 0$$ 有一个根,共三个根。
  • 当 $$m = e$$ 时,$$g(x)$$ 在 $$x > 0$$ 有一个根,$$x < 0$$ 无根。
因此,$$m$$ 的取值范围为 $$(-1, 0)$$。
答案:$$A$$。

4. 解析:函数 $$f(x) = (x + 1) |\log_2 x| - 1$$ 的零点个数。

定义域为 $$x > 0$$ 且 $$x \neq 1$$(因为 $$\log_2 x$$ 在 $$x = 1$$ 时为 0)。分情况讨论:
  • 当 $$x > 1$$ 时,$$|\log_2 x| = \log_2 x$$,方程变为 $$(x + 1) \log_2 x = 1$$。
  • 当 $$0 < x < 1$$ 时,$$|\log_2 x| = -\log_2 x$$,方程变为 $$(x + 1) (-\log_2 x) = 1$$。
通过图像分析或数值计算,可以发现在 $$x > 1$$ 和 $$0 < x < 1$$ 各有一个解,共两个零点。
答案:$$B$$。

5. 解析:求 $$(x_1 + x_2)(x_3 - x_4)$$ 的取值范围。

函数 $$f(x)$$ 分为两部分:
  • 当 $$x \leq 1$$ 时,$$f(x) = -2x^2 - 4x + 1$$,开口向下,顶点在 $$x = -1$$ 处,$$f(-1) = 3$$。
  • 当 $$x > 1$$ 时,$$f(x) = |\log_2 (x - 1)|$$,单调递减,且 $$f(2) = 0$$,$$f(1^+) = +\infty$$。
方程 $$f(x) = a$$ 有四个实数解的条件是 $$0 < a < 3$$。此时:
  • $$x_1$$ 和 $$x_2$$ 是二次函数的两个根,且 $$x_1 + x_2 = -2$$。
  • $$x_3$$ 和 $$x_4$$ 满足 $$\log_2 (x_3 - 1) = a$$ 和 $$\log_2 (x_4 - 1) = -a$$,即 $$x_3 = 1 + 2^a$$,$$x_4 = 1 + 2^{-a}$$。
因此,$$(x_1 + x_2)(x_3 - x_4) = (-2)(2^a - 2^{-a})$$。设 $$t = 2^a$$,则 $$1 < t < 8$$,表达式为 $$-2(t - \frac{1}{t})$$。
求导可得其取值范围为 $$(0, \frac{63}{4})$$。
答案:$$A$$。

6. 解析:函数 $$f(x) = \log_{\frac{2}{5\pi}} x - \sin x$$ 的零点个数。

定义域为 $$x > 0$$。分析两个函数的性质:
  • $$\log_{\frac{2}{5\pi}} x$$ 是减函数,且 $$\log_{\frac{2}{5\pi}} 1 = 0$$。
  • $$\sin x$$ 是周期函数,取值范围为 $$[-1, 1]$$。
在 $$(0, 1]$$,$$\log_{\frac{2}{5\pi}} x \geq 0$$,而 $$\sin x \leq 1$$,可能有一个交点。
在 $$(1, +\infty)$$,$$\log_{\frac{2}{5\pi}} x$$ 递减且趋向于 $$-\infty$$,而 $$\sin x$$ 振荡,可能有多个交点。
通过图像分析,可以确定共有 3 个零点。
答案:$$B$$。

7. 解析:求 $$(\sqrt{3} + x_1)(\sqrt{3} - x_2) + 2x_3 + \frac{1}{2}x_4$$ 的最小值。

函数 $$f(x)$$ 分为两部分:
  • 当 $$x \leq 1$$ 时,$$f(x) = x^2 + 4x + 2$$,顶点在 $$x = -2$$ 处,$$f(-2) = -2$$。
  • 当 $$x > 1$$ 时,$$f(x) = |\log_2 (x - 1)|$$,单调递减,且 $$f(2) = 0$$。
方程 $$f(x) = t$$ 有四个实数解的条件是 $$0 < t < 3$$。此时:
  • $$x_1$$ 和 $$x_2$$ 是二次函数的两个根,且 $$x_1 + x_2 = -4$$,$$x_1 x_2 = 2 - t$$。
  • $$x_3 = 1 + 2^{-t}$$,$$x_4 = 1 + 2^{t}$$。
将表达式化简为 $$3 - x_1 x_2 + 2x_3 + \frac{1}{2}x_4 = 3 - (2 - t) + 2(1 + 2^{-t}) + \frac{1}{2}(1 + 2^{t})$$。
进一步化简为 $$3 + t + 2 \cdot 2^{-t} + \frac{1}{2} \cdot 2^{t}$$,求导可得最小值在 $$t = 1$$ 处取得,值为 $$\frac{9}{2}$$。
答案:$$C$$。

8. 解析:方程 $$f(x) - a = 0$$ 有四个实根的充要条件。

函数 $$f(x)$$ 分为两部分:
  • 当 $$x > 0$$ 时,$$f(x) = x + \frac{1}{4x}$$,最小值为 $$1$$(当 $$x = \frac{1}{2}$$ 时取得)。
  • 当 $$x \leq 0$$ 时,$$f(x) = -x^2 - 4x - 1$$,开口向下,顶点在 $$x = -2$$ 处,$$f(-2) = 3$$。
要使方程有四个实根,需 $$1 < a < 3$$,此时在 $$x > 0$$ 和 $$x \leq 0$$ 各有两个解。
答案:$$D$$。

9. 解析:求 $$x_1^2 + x_2^2 + x_3^2 + x_4^2$$ 的取值范围。

函数 $$f(x)$$ 是分段函数,且关于 $$x = 1$$ 对称。方程 $$f(x) = a$$ 有四个实数解的条件是 $$1 < a < 2$$。
设 $$x_1$$ 和 $$x_2$$ 是 $$2^{|x|} = a$$ 的解,则 $$x_1 = -\log_2 a$$,$$x_2 = \log_2 a$$。
设 $$x_3$$ 和 $$x_4$$ 是 $$f(2 - x) = a$$ 的解,则 $$x_3 = 2 - \log_2 a$$,$$x_4 = 2 + \log_2 a$$。
因此,$$x_1^2 + x_2^2 + x_3^2 + x_4^2 = 2(\log_2 a)^2 + 2(2 - \log_2 a)^2$$。
化简后为 $$8 - 8 \log_2 a + 4 (\log_2 a)^2$$,当 $$1 < a < 2$$ 时,取值范围为 $$(4, 8)$$。
答案:$$B$$。

10. 解析:方程 $$|f(x)| - m = 0$$ 的实数根个数不可能为 3。

函数 $$f(x) = x \ln x$$ 在 $$x > 0$$ 时,$$f'(x) = \ln x + 1$$,极小值在 $$x = \frac{1}{e}$$ 处,$$f\left(\frac{1}{e}\right) = -\frac{1}{e}$$。
分析 $$|f(x)| = m$$ 的解:
  • 当 $$m = 0$$ 时,唯一解 $$x = 1$$。
  • 当 $$0 < m < \frac{1}{e}$$ 时,有三个解。
  • 当 $$m = \frac{1}{e}$$ 时,有两个解。
  • 当 $$m > \frac{1}{e}$$ 时,有两个解。
因此,实数根的个数不可能为 3。
答案:$$B$$。
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