题目
讨论方程(x)^2-1=cos x的根的个数.
讨论方程
的根的个数.
题目解答
答案
【答案】
2
【解析】
方程
的根的个数,就是函数
与
的图象的公共点的个数,
作出函数
与
的图象,如图所示,

由图可得:方程
的根的个数为2.
解析
考查要点:本题主要考查利用函数图像交点判断方程根的个数,涉及二次函数与余弦函数的性质分析。
解题核心思路:将方程转化为两个函数$y=3x^2-1$与$y=\cos x$的交点问题,通过分析两者的图像形状、单调性及关键点,确定交点数量。
破题关键点:
- 二次函数与余弦函数的增长性差异:二次函数$3x^2-1$开口向上,随$|x|$增大迅速上升;而$\cos x$在$[-1,1]$间周期振荡。
- 关键点分析:比较$x=0$、$x=\pm 1$等处的函数值,判断两侧函数的相对位置。
- 导数分析单调性:通过求导确定$3x^2-1-\cos x$的单调性,验证交点唯一性。
步骤1:构造函数分析交点
将方程$3x^2-1=\cos x$转化为函数$f(x)=3x^2-1$与$g(x)=\cos x$的交点问题。
步骤2:分析函数图像特征
- 二次函数$f(x)=3x^2-1$:开口向上,顶点在$(0,-1)$,随$|x|$增大迅速上升。
- 余弦函数$g(x)=\cos x$:周期为$2\pi$,最大值$1$,最小值$-1$。
步骤3:关键点比较
- 当$x=0$时:$f(0)=-1$,$g(0)=1$,此时$f(x)
- 当$x=1$时:$f(1)=2$,$g(1)\approx0.54$,此时$f(x)>g(x)$。
- 当$x=-1$时:$f(-1)=2$,$g(-1)=g(1)\approx0.54$,此时$f(x)>g(x)$。
步骤4:单调性分析
- 定义$h(x)=3x^2-1-\cos x$,求导得$h'(x)=6x+\sin x$。
- 当$x>0$时:$6x>0$且$\sin x \geq -1$,故$h'(x)>0$,$h(x)$单调递增。
- 当$x<0$时:$6x<0$且$\sin x \leq 1$,故$h'(x)<0$,$h(x)$单调递减。
步骤5:零点存在性
- 在$x>0$区间:$h(0)=-2<0$,当$x\to+\infty$时$h(x)\to+\infty$,由单调性知存在唯一零点。
- 在$x<0$区间:$h(0)=-2<0$,当$x\to-\infty$时$h(x)\to+\infty$,由单调性知存在唯一零点。
结论:方程共有2个实根。