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从函数单调区间求解谈高次方程解法在高考中的应用

更新时间:作者:小小条

一、例题求解:高次方程在导数应用中的两类核心问题

对于高次整式方程的求解,中学生是很欠功夫的。而在有些问题的求解过程中,这又是不可或缺的一步。让我们先例题。

例题

已知函数 ,求其单调区间。

从函数单调区间求解谈高次方程解法在高考中的应用

解答步骤

1. 确定定义域

1. 求导函数

根据求导公式 ,得:

1. 通分化简导函数

为分析导数符号,通分后整理为分式形式(分母 x>0,符号由分子决定):

令,

1. 解高次方程 (整系数三次方程)

此处需解整系数三次方程,核心方法为有理根定理:

· 有理根可能为(首项系数2的因数除常数项-2的因数)。

· 试根:当 x=2时,故 是根。

· 因式分解:用多项式除法或配方法,将 分解为。

· 分析二次因式:的判别式 ,无实根。

1. 分析导数符号,确定单调区间

2.

3. 当 单调递增。

结论: 的单调递减区间为 (0,2),单调递增区间为。

例题2

已知函数 ,求经过点 P(4, 5) 且与函数图像相切的切线方程。

解答步骤

1. 明确切线方程的基本形式

设切点坐标为。根据导数的几何意义,切线的斜率 k 等于函数在切点处的导数值,先求导函数:

因此,切线斜率。由点斜式可得切线方程为:

1. 利用外点条件建立方程

因为点 P(4, 5) 在切线上,将其代入切线方程:

1. 化简方程得到高次方程

展开并整理等式两边:

左边:

右边:

将所有项移至左边,合并同类项:

整理得:

令 ,即需求解高次方程 (整系数三次方程)。

1. 用有理根定理求解高次方程

根据有理根定理,方程 的可能有理根为 (首项系数2的因数除常数项-3的因数)。

试根验证:

·

·;

二、高次方程解法在高考中的地位

1. 高考核心考点的“隐形桥梁”

高次方程(主要是三次、四次)在高考中不直接以解答题形式考查解方程,但作为导数应用的关键步骤,贯穿于函数单调性、极值、最值、不等式证明等核心考点中。如本题,求单调区间的核心是解三次方程,若无法突破高次方程,后续分析将无法进行。

1. 考查数学核心素养的重要载体

高考对高次方程的考查,重点不是计算技巧,而是代数变形能力、逻辑推理能力、分类讨论思想,符合高考“数学抽象、数学运算、逻辑推理”的核心素养要求。

1. 区分度的重要体现

在导数综合题中,高次方程的求解是学生的“分水岭”。能否熟练运用有理根定理、因式分解等方法降次,直接决定学生能否解决后续问题,是高考选拔优秀学生的重要依据。

三、高次方程解法在高考中的作用

1. 连接导数与函数性质的“关键纽带”

导数的本质是研究函数的变化率,而导数的符号由其分子(高次多项式)的零点决定。高次方程的解法是“由导数符号推函数性质”的必经之路,是导数应用的核心工具。

1. 培养学生“降次化归”思想的重要途径

高次方程的核心解法是“降次”,即将三次方程转化为二次方程,二次方程转化为一次方程,这是数学中“化归与转化”思想的典型应用。高考通过此类问题,引导学生掌握“复杂问题简单化”的思维方法。

1. 衔接高中与大学数学的“过渡内容”

三次、四次方程的解法是大学数学分析、高等代数的基础。高考中对高次方程的考查,既是对高中知识的综合应用,也是对大学数学学*能力的提前考查。

四、整系数高次方程的常用解法(高考必备)

整系数高次方程的一般形式为

,高考中以为主,常用解法如下:

1. 有理根定理(核心方法)

定理内容

若整系数高次方程有有理根,则 是常数项的因数, 是首项系数 的因数。

应用步骤(口诀:首项尾项找因数,试根成功因式分)

· 列出常数项 的所有因数 ;

· 列出首项系数的所有因数 ;

· 生成所有可能的有理根;

· 代入方程试根,找到有理根后,用多项式除法或配方法因式分解,降次求解。

示例

如本题中,,可能的有理根为

2. 因式分解法(辅助方法)

适用场景

· 三次方程:找到一个有理根后,分解为 ;

· 四次方程(双二次方程):形如 ,转化为二次方程。

示例

双二次方程

3. 函数图像法(高考常用技巧)

适用场景

高次方程无有理根时,无法因式分解,需结合函数图像分析零点个数或范围。

应用步骤

· 构造函数

· 求的导数,分析其单调性、极值;

· 结合极值符号,确定零点个数或范围。

示例

方程,无有理根,

,结合极值符号

,可知方程有三个实根。

4. 配方法(特殊场景)

适用场景

示例

高考常用方法总结(表格形式)

方法

适用场景

核心步骤

易错点

有理根定理

整系数高次方程(有有理根)

找因数→试根→因式分解

漏查正负因数、未验证根的有效性

因式分解法

三次、双二次四次方程

降次转化为低次方程

双二次方程忘记验根(如无实根)

函数图像法

无有理根的高次方程

构造函数→分析单调性→确定零点

极值计算错误、图像趋势判断错误

配方法

缺二次项的三次方程

配方降次

配方时符号错误

五、高考备考建议

1. 重点掌握有理根定理

高考中整系数高次方程大多有有理根,熟练掌握有理根定理的应用步骤,能快速找到根并因式分解。

1. 强化“降次化归”思想

高次方程的核心是“降次”,无论用哪种方法,最终都要转化为一次或二次方程求解。

1. 结合导数综合训练

高次方程的解法通常与导数结合考查,建议多做导数综合题,熟练掌握“求导→化简→解高次方程→分析符号→确定函数性质”的解题流程。

1. 记忆口诀辅助解题

2. 有理根定理:首项尾项找因数,正负都要考虑到,试根成功因式分,高次降次逐步解;

3. 双二次方程:换元降次变二次,解完验根不能忘;

4. 无有理根方程:构造函数画图像,单调极值定零点。

六、总结

高次方程解法在高考中虽不直接考查,但作为导数应用的关键步骤,其地位至关重要。整系数高次方程的解法以有理根定理为核心,结合因式分解、函数图像法等,能有效解决高考中的相关问题。在备考中,学生应重点掌握有理根定理的应用,强化降次化归思想,结合导数综合训练,提高解题能力。

七、作业题

作业1(研究函数极值)

已知函数,试求函数 的所有极值点,并判断各极值点对应的是极大值还是极小值。

作业2(用导数研究不等关系)

作业要求

· 解题过程需规范书写定义域、求导、化简导函数等关键步骤;

· 遇到高次方程时,需运用有理根定理、因式分解等方法降次求解;

研究极值需明确判断导数符号变化,证明不等关系需合理构造函数并分析其单调性与最值。

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