STEP微积分:用极值判断三次方程有几个不同实根

带参数的方程不一定要先求出每个根。利用导数确定单调区间,再比较极值与横轴的位置,就可以得到实根个数。关键是把临界参数单独处理。

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先找到单调区间

设f(x)=x³-3x+c。导数f′(x)=3x²-3,在x=-1和x=1处为零。函数在(-∞,-1)递增,在(-1,1)递减,在(1,+∞)递增。

同时,当x趋于负无穷时f趋于负无穷,x趋于正无穷时f趋于正无穷。这些端点行为与单调性共同限制交点数。

比较局部极值与零

局部极大值f(-1)=2+c,局部极小值f(1)=c-2。要有三个不同实根,需要极大值大于0且极小值小于0,即-2<c<2。

在这个范围内,三个单调区间各有一个过零点。连续性保证存在,严格单调保证每个区间内不会有多个根。

临界值要单独讨论

c=2时,f(x)=(x-1)²(x+2),不同实根为1与-2,其中1是二重根。c=-2时,f(x)=(x+1)²(x-2),不同实根为-1与2。

因此临界情形有两个不同实根,不能与三个不同实根混写。若c>2或c<-2,结合极值位置与端点行为可知只有一个实根。

把图像直觉写成论证

草图有助于发现结论,但完整解释还要包含导数符号、极值符号和各区间的过零情况。不要只画三条示意曲线,却没有说明参数范围从何而来。

这是一道原创方法练习。准备STEP时,可以用c=0、c=2和c=3作数值检查,再回到一般参数证明,训练边界意识而不是背诵某张图。

延伸阅读:STEP参数题怎样避免漏解?分类讨论、判别式与边界检查训练。

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