一、基础练习:二次与三次函数的交点
在同一坐标系中画出 \( y = x^2 - 4 \)(二次函数)和 \( y = x^3 - 3x \)(三次函数)的图像,然后:
a. 求两曲线交点的坐标
解答:
联立方程:\( x^3 - 3x = x^2 - 4 \)
移项:\( x^3 - 3x - x^2 + 4 = 0 \)
\( x^3 - x^2 - 3x + 4 = 0 \)
通过图像观察或求解可得交点:(-2, 0)、(-1, -4)、(2, 0)
交点坐标:(-2, 0)、(-1, -4)、(2, 0)
b. 写出方程 \( x^3 - 3x = x^2 - 4 \) 的实数解
解答:
根据交点坐标,方程的实数解为:x = -2, x = -1, x = 2
图像分析:两条曲线有3个交点,故方程有3个实数解。
二、提升练习:反比例与三次函数的交点分析
已知 \( a, b \) 为正的常数,完成以下任务:
a. 在同一坐标系中画出 \( y = x^2(x - a) \) 和 \( y = \frac{b}{x} \) 的图像
解答:
图像特征分析:
1. \( y = x^2(x - a) \):三次函数,根为x=0(二重根)、x=a;右升趋势;
2. \( y = \frac{b}{x} \):反比例函数,渐近线x=0、y=0;位于一、三象限;
3. 交点:结合参数正性,反比例函数与三次函数有两个交点。
b. 结合图像,说明方程 \( x^4 - ax^3 - b = 0 \) 的实数解个数,并给出理由
解答:
根据图像分析,方程 \( x^4 - ax^3 - b = 0 \) 有2个实数解。
理由:两条曲线有两个交点,故方程有两个实数解。
图像依据:三次函数与反比例函数的交点个数为2。
三、拓展练习:利用图像判断"无解"情况
a. 在同一坐标系中画出 \( y = \frac{1}{x} \) 和 \( y = -x(x - 1)^2 \) 的图像
解答:
图像特征分析:
1. \( y = \frac{1}{x} \):反比例函数,渐近线x=0、y=0;位于一、三象限;
2. \( y = -x(x - 1)^2 \):四次函数(含负号),根x=0(三重根)、x=1(单根);开口向下;
3. 交点分析:两条曲线在实数范围内没有交点。
b. 解释图像如何说明方程 \( 1 + x^2(x - 1)^2 = 0 \) 无实数解
解答:
方程 \( 1 + x^2(x - 1)^2 = 0 \) 等价于 \( \frac{1}{x} = -x(x - 1)^2 \),即两条曲线方程。
图像显示两条曲线没有交点,故原方程无实数解。
数学依据:左边 \( \frac{1}{x} > 0 \)(x>0时),右边 \( -x(x-1)^2 < 0 \),两者符号相反,无交点。
四、综合应用练习
1. 分析函数 \( y = x^2 - 2x \) 与 \( y = \frac{2}{x} \) 的交点情况
解答:
图像显示有两个交点,故方程 \( x^2 - 2x = \frac{2}{x} \) 有两个实数解。
图像分析:二次函数开口向上,反比例函数位于一、三象限,两者有两个交点。
2. 判断方程 \( x^3 + x = 1 \) 的实数解个数(基于图像分析)
解答:
方程 \( x^3 + x = 1 \) 等价于 \( x^3 + x - 1 = 0 \),即曲线 \( y = x^3 + x \) 与 \( y = 1 \) 的交点。
三次函数y = x^3 + x右升,与水平线y=1有1个交点,故有1个实数解。
图像依据:三次函数严格递增,与水平线恰好一个交点。