题目
证明多项式f(x)=x^3-3x+a在[0,1]上不可能有两个零点。
证明多项式$$f(x)=x^3-3x+a$$在$$[0,1]$$上不可能有两个零点。
题目解答
答案
解:设$$f(x)=x^3-3x+a$$
则$$f(x)'=3x^2-3=3(x-1)(x+1)$$
当$$x\in [0,1]$$时,$$f'(x)<0$$,即函数$$f(x)$$单调递减
∴$$f(x)$$的图象与$$x$$轴至多一个交点
∵$$x^3-3x+a=0$$在区间$$[0,1]$$内不可能有两个相异实根
综上所述,方程$$f(x)=x^3-3x+a$$在$$[0,1]$$上不可能有两个零点
解析
考查要点:本题主要考查利用导数分析函数单调性,进而判断方程在特定区间内零点个数的能力。
解题核心思路:通过求导确定函数在区间$[0,1]$上的单调性。若函数严格单调,则其在该区间内至多有一个零点,从而不可能存在两个零点。
破题关键点:
- 求导分析单调性:计算$f(x)$的导数$f'(x)$,判断其在区间$[0,1]$上的符号。
- 严格单调性的结论:若函数在区间内严格单调,则方程$f(x)=0$在该区间内至多有一个实根。
步骤1:求导数并分析符号
函数$f(x)=x^3-3x+a$的导数为:
$f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x^2 - 1) = 3(x-1)(x+1)$
在区间$x \in [0,1]$时:
- $x-1 \leq 0$(当$x=1$时等于0,其余点为负)
- $x+1 > 0$(始终为正)
因此,$f'(x) = 3(x-1)(x+1) \leq 0$,且当$x \in [0,1)$时,$f'(x) < 0$。
步骤2:确定函数单调性
由于$f'(x) < 0$在区间$[0,1)$内恒成立,且仅在端点$x=1$处导数为0,因此$f(x)$在$[0,1]$上是严格递减的。
步骤3:推导零点个数
严格递减函数在区间内最多有一个零点。若存在两个零点$x_1 < x_2$,则函数需先增后减或先减后增,与严格单调性矛盾。因此,方程$f(x)=0$在$[0,1]$上不可能有两个零点。