证明:方程^5+3(x)^2-7x=2-|||-__有且只有一个大于1的实根。
证明:方程
有且只有一个大于1的实根。
题目解答
答案
要证方程
有且只有一个大于1的实数根,即证函数
在
1" data-width="50" data-height="20" data-size="626" data-format="png" style="max-width:100%">时有且仅有一个令
的解。
求导得
,
,在
1" data-width="50" data-height="20" data-size="626" data-format="png" style="max-width:100%">时
大于零,导数恒增。当
时,导数
为4,所以导数在
1" data-width="50" data-height="20" data-size="626" data-format="png" style="max-width:100%">时恒大于零,函数为增函数。
当
时,
,
当
时
,函数在
1" data-width="50" data-height="20" data-size="626" data-format="png" style="max-width:100%">时为增,所以函数仅穿过X轴1次,即函数
在
1" data-width="50" data-height="20" data-size="626" data-format="png" style="max-width:100%">时有且仅有一个令
的解,证得方程
有且只有一个大于1的实数根。
解析
考查要点:本题主要考查利用连续函数的中间值定理证明存在性,以及通过导数判断函数单调性证明唯一性。
解题核心思路:
- 构造函数:将方程转化为函数形式,便于分析零点。
- 存在性证明:计算函数在特定点的值,利用中间值定理说明至少存在一个零点。
- 唯一性证明:通过求导分析函数单调性,证明函数在区间内严格单调,从而唯一确定零点。
破题关键点:
- 选择合适的测试点(如$x=1$和$x=2$),计算函数值的符号变化。
- 导数的符号分析:通过一阶导数和二阶导数判断函数在区间内的单调性。
步骤1:构造函数并计算特定点的值
定义函数:
$f(x) = x^5 + 3x^2 - 7x - 2$
计算$x=1$和$x=2$处的函数值:
- 当$x=1$时:
$f(1) = 1^5 + 3 \cdot 1^2 - 7 \cdot 1 - 2 = 1 + 3 - 7 - 2 = -5$ - 当$x=2$时:
$f(2) = 2^5 + 3 \cdot 2^2 - 7 \cdot 2 - 2 = 32 + 12 - 14 - 2 = 28$
步骤2:利用中间值定理证明存在性
由于$f(x)$在闭区间$[1, 2]$上连续,且$f(1) = -5 < 0$,$f(2) = 28 > 0$,根据中间值定理,存在$c \in (1, 2)$,使得$f(c) = 0$,即方程在$(1, 2)$内至少有一个实根。
步骤3:求导分析函数单调性
计算一阶导数:
$f'(x) = 5x^4 + 6x - 7$
计算二阶导数:
$f''(x) = 20x^3 + 6$
步骤4:判断导数的符号
- 当$x > 1$时,$f''(x) = 20x^3 + 6 > 0$,说明$f'(x)$在$x > 1$时严格递增。
- 计算$x=1$处的导数:
$f'(1) = 5 \cdot 1^4 + 6 \cdot 1 - 7 = 5 + 6 - 7 = 4 > 0$ - 由于$f'(x)$在$x > 1$时递增且$f'(1) = 4 > 0$,因此对任意$x > 1$,有$f'(x) > 4 > 0$,即$f(x)$在$x > 1$时严格递增。
步骤5:唯一性证明
由于$f(x)$在$x > 1$时严格递增,且$f(1) < 0$,$f(2) > 0$,因此方程在$(1, 2)$内有且仅有一个零点,即唯一的大于1的实根。