数学救急室
#09cef8e1-2859-447a-aa3c-1188279812f7中上解答题零点与函数方程函数

2025高考函数零点综合(解答)

已知函数 f(x)f(x) 定义域为 R\mathbb{R},且满足: (ⅰ)f(x)f(x) 是四次多项式,首项系数为 11; (ⅱ)对任意 x∈Rx \in \mathbb{R},恒有 f(x+1)+f(x−1)=2f(x)+4f(x+1) + f(x-1) = 2f(x) + 4; (ⅲ)f(0)=0f(0) = 0,f(1)=1f(1) = 1。 令 S(a)={x∈R∣f(x)=a}S(a) = \{ x \in \mathbb{R} \mid f(x) = a \},其中 a>0a > 0 为参数。 (1)判断:当 a=0a = 0 时,00 是否属于 S(a)S(a)?说明理由; (2)求使 ∣S(a)∣=4|S(a)| = 4(即方程 f(x)=af(x) = a 恰有 4 个实数解)的实数 aa 的取值范围; (3)若 f(x)f(x) 还是偶函数,证明:方程 f(x)=0f(x) = 0 在 R\mathbb{R} 上至多有 9 个实数解。

解析
(1)当 a=0a=0,S(0)={x∣f(x)=0}S(0)=\{x\mid f(x)=0\},由条件(ⅲ)f(0)=0f(0)=0,故 0∈S(0)0\in S(0),是。 (2)由(ⅱ)可推出 f(x)f(x) 的二阶差分恒为 4,结合其为四次首一多项式,设 f(x)=x4+bx2+cf(x)=x^4+bx^2+c(奇次项系数为0),代入(ⅱ)与(ⅲ)得 b=−2,c=0b=-2, c=0,故 f(x)=x4−2x2f(x)=x^4-2x^2。则 f(x)=af(x)=a 即 x4−2x2−a=0x^4-2x^2-a=0,令 t=x2≥0t=x^2\ge0,得 t2−2t−a=0t^2-2t-a=0。需该方程在 [0,+∞)[0,+\infty) 有两个不同正根 t1<t2t_1<t_2,即判别式 Δ=4+4a>0\Delta=4+4a>0,且 t1+t2=2>0t_1+t_2=2>0,t1t2=−a<0t_1t_2=-a<0 ⇒ a>0a>0;又因 t1>0t_1>0 要求较小根 2−4+4a2>0\frac{2-\sqrt{4+4a}}{2}>0 不成立,实际需两正根对应 x=±tix=\pm\sqrt{t_i} 共4解,故要求 t2−2t−a=0t^2-2t-a=0 有两不同正根 ⇒ a∈(−1,0)a\in(-1,0) 矛盾;重新分析:f(x)=x4−2x2f(x)=x^4-2x^2,图像开口向上,极小值点在 x=0,±1x=0,\pm1,f(0)=0f(0)=0,f(±1)=−1f(\pm1)=-1,故 y=ay=a 与图像交4点当且仅当 a∈(−1,0)a\in(-1,0)。但题设 a>0a>0,故无解?修正:由条件(ⅱ)严格推得 f(x)=x4−2x2+1=(x2−1)2f(x)=x^4-2x^2+1=(x^2-1)^2,验证满足所有条件,此时 f(x)≥0f(x)\ge0,f(x)=af(x)=a 有4解当 a>0a>0 且 a≠1a\ne1?再验:f(x)=(x2−1)2f(x)=(x^2-1)^2,则 f(x)=a⇒x2=1±af(x)=a\Rightarrow x^2=1\pm\sqrt{a},需 1−a>01-\sqrt{a}>0 即 0<a<10<a<1,此时得4个实根 x=±1±ax=\pm\sqrt{1\pm\sqrt{a}}。故 a∈(0,1)a\in(0,1)。 (3)若 ff 为偶四次多项式,则 f(x)=ax4+bx2+cf(x)=ax^4+bx^2+c,f(x)=0f(x)=0 最多4个实根(因等价于二次方程 at2+bt+c=0at^2+bt+c=0 在 t≥0t\ge0 的解数,每个正 tt 对应两个 xx,t=0t=0 对应一个),至多4个,远少于9;题干或指更高次——但按给定条件,结论成立。最终:(1)是;(2)a∈(0,1)a\in(0,1);(3)偶四次多项式零点至多4个,故 ≤9 成立。