• 判别式法求值域


    前言

    判别式法求值域,使用的频度不是很高,但是其原理需要注意,其常与分式型函数有关。

    原理解析

    求函数(f(x)=cfrac{2x^2-x+1}{x^2+x+1})的值域。

    分析:观察这个分式函数的结构特征,注意到函数的定义域为 (R),将函数转化为以 (x) 为未知数的一元二次方程[此时的因变量 (y) 看成系数方程的对应系数],

    [(y-2)x^2+(y+1)x+y-1=0 ]

    由于这个函数不是空函数,即这个方程一定是有解的,分类讨论如下:

    1(^{circ}). 当(y=2)时,此时方程变形为一次方程,简化为(3x+1=0)

    解得(x=-cfrac{1}{3}),故(y=2)的值是满足题意的,

    2(^{circ}). 当(y eq 2)时,此时方程为二次方程,那么由定义域为(R)可知,

    这个二次方程在实数范围内一定有解,故(Delta ge 0)

    (Delta =(y+1)^2-4(y-2)(y-1)ge 0)(y eq 2)

    解得(yin[cfrac{7-2sqrt{7}}{3},2)cup(2,[cfrac{7+2sqrt{7}}{3}])

    综上所述,函数的值域为(yin[cfrac{7-2sqrt{7}}{3},cfrac{7+2sqrt{7}}{3}])

    〔解后反思〕:

    1、为什么判别式法要求函数的定义域要是(R)?由上述分类讨论中的第二步可知,二次方程在实数范围内一定有解才能得到(Delta geqslant 0),如果定义域不是(R)(比如是(x eq 2)),那么这时候仅仅限制(Delta ge 0)是不够的,还需要限制(x eq 2),反倒就体现不出来判别式法的简洁性了。

    2、能顺利使用判别式法的分式函数,一般分母的(Delta <0),这样就保证了定义域是(R),且都是形如这样的分式函数,如(f(x))(=)(cfrac{ax^2+bx+c}{dx^2+ex+f}),或者(f(x))(=)(cfrac{ax+b}{dx^2+ex+f}) 型;

    3、这样的函数(h(x)=cfrac{x^2-4x+5}{x-2})能用判别式吗?一般怎么求解值域?

    分析:大家能看到这个函数的定义域是(x eq 2),所以我们一般不用判别式法,否则你仅仅利用条件(Delta ge 0)来限制是不够的,肯定要出错,那么我们一般怎么做呢,注意到分子分母的最高次是二倍的关系,故常常朝对勾函数转化,

    [h(x)=cfrac{x^2-4x+5}{x-2}=cfrac{(x-2)^2+1}{x-2}=(x-2)+cfrac{1}{x-2}xrightarrow{x-2=t}t+cfrac{1}{t} ]

    到此可以看到,函数图像的左右平移变换不会影响值域,故所求函数(h(x))的值域一定和函数(g(t)=t+cfrac{1}{t})的值域是一样的。用基本不等式法,我们知道这个函数的值域是((-infty,-2]cup [2,+infty))。故函数的值域为(h(x)in (-infty,-2]cup [2,+infty))

    廓清认知

    • 为什么定义域不是 (R) 的分式函数也能使用判别式法求值域呢?

    函数 (y=cfrac{3 x^{2}+3 x+1}{x^{2}+x-1}) 的值域是_____________ .

    解:当定义域不是 (R) [即分母函数的(Deltageqslant 0)]时,我们必须先研究函数的定义域,否则在算理上是有漏洞的,

    (x^{2}+x-1 eq0),解得(x eqcfrac{-1pmsqrt{5}}{2})

    即定义域为((-infty)(,)(cfrac{-1-sqrt{5}}{2}))(cup)((cfrac{-1-sqrt{5}}{2})(,)(cfrac{-1+sqrt{5}}{2}))(cup)((cfrac{-1+sqrt{5}}{2})(,)(+infty))

    由于函数解析式为 (y=cfrac{3x^{2}+3x+1}{x^{2}+x-1}),将 (y) 视为系数,分式化为整式,

    整理得到关于(x)的仿二次方程,即 ((y-3)x^{2}+(y-3)x-(y+1)=0),分类讨论如下:

    (y=3) 时, 上述方程即 (0 imes x^2+0 imes0-4=0),方程无解;

    (y eq 3) 时,要使方程有解时,需满足 (Delta=(y-3)^{2}+4(y-3)(y+1)geqslant 0)

    且必须满足(x eqcfrac{-1pmsqrt{5}}{2})否则原分式函数不存在为了验证(y)的取值能保证分母不为零,此时从正面验证不好做,可以这样考虑,若(y)的取值使得方程变为(x^2)(+)(x)(-)(1)(=)(0)的形式,会解得(x)(=)(cfrac{-1pmsqrt{5}}{2}),而只有当(left{egin{array}{l}y-3=k\y+1=kend{array} ight.)时[方程的系数可能成比例],方程((y-3))(x^{2})(+)((y-3))(x)(-)((y+1))(=)(0)才会变成(x^2)(+)(x)(-)(1)(=)(0),而现在的情形是满足(left{egin{array}{l}y-3=k\y+1=kend{array} ight.)(y)值是不存在的,说明(y)的取值不会导致原函数分母为零,故此时仅利用(Deltageqslant 0)求解是不会出错的。那么是不是任意的系数都能保证这一点,没有经过严谨的证明我们不好说。

    (5y^{2}-14y-3geqslant 0), 解得 (y leqslant-cfrac{1}{5})(y>3)

    所以 (y=cfrac{3 x^{2}+3 x+1}{x^{2}+x-1}) 的值域为 (left(-infty,-cfrac{1}{5} ight] cup(3,+infty)).

    对应练习

    求函数 (y=cfrac{1}{2x^2+x-1}) 的值域

    提示: (y>0)(yleqslant-cfrac{8}{9})

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