一道含绝对值的无理方程根问题的解法探究

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  题目:已知关于x的方程|x-k|=212kx在区间[k-1,k+1]上有两个不相等的实根,则实数k的取值范围是.
  本题以方程为依托,将绝对值、无理式、根的分布有机结合,编拟出一道含绝对值的无理方程根的分布问题,全面检测学生的数学素养和思维能力,是各类赛题和高考试题的热点,同时由于该类试题的综合性强、复杂程度大,学生往往不知从何下手,不能很好的找到解决问题的切入点和突破口,因而也成为难点.本文将从不同的视角入手分析进而给出本题的三种不同解答,以飨读者.
  视角1:注意到方程式中含有绝对值和无理式,于是可对x进行分类讨论进而去其绝对值符号,而后利用代数换元将问题转化到一元二次方程根的分布上来求解.
  解法1:依题可知:k≥0.又k=0时原方程为|x|=0,此时方程有且仅有一根x=0不合题意,故k>0.①当k>x≥0时,原方程可化为k-x=212kx,令t=x,则k>t≥0,t2+212kt-k=0.记f (t)=t2+212kt-k,则t0=-214k<0,f (0)=
  -k<0,f (k)=212kk>0,于是由函数f (t)图象可知:在区间t∈[0,k)上方程f (t)=0有且仅有一根,即方程|x-t|=212kx在区间x∈[k-1,k]上有且仅有一根.又方程|x-t|=212kx在区间[k-1,k+1]上有两个不相等的实根,所以方程
  |x-t|=212kx在区间(k,k+1]上有且仅有一根.②当k+1≥x>k时,原方程可化为x-k=212kx,令t=x,则关于t的方程t2-212kt-k=0在k0,所以1≥k>0.
  视角2:方程|x-t|=212kx在区间[k-1,k+1]上有两个不相等的实根等价于函数h(x)=|x-k|与r(x)=212kx在区间[k-1,k+1]上的图象有且仅有两个不同交点.为此可借助函数h(x)、r(x)的图象数形结合分析求解.
  图1解法2:依题可知k>0(理由同上),记h(x)=|x-k|,r(x)=212kx,则方程|x-t|=212kx在区间[k-1,k+1]上有两个不相等的实根等价于函数h(x)=|x-k|与r(x)=212kx的图象在区间[k-1,k+1]上有且仅有两个不同交点,于是由图1可知:要使函数h(x)与r(x)的图象在区间[ k-1,k+1]上有且仅有两个不同交点,当且仅当h(k+1)≥r(k+1),即1≥212kk+1,化简整理得k3+k2-2≤0,即(k-1)(k2+2k+2)≤0,解得k≤1.又k>0,所以1≥k>0.
  视角3:方程|x-t|=212kx在区间[k-1,k+1]上有两个不相等的实根,即方程|x-k|-212kx=0在区间[k-1,k+1]上有两个不相等的实根,等价于函数H(x)=|x-k|-212kx在区间[k-1,k+1]上有两个不同零点.于是根据函数解析式,借助导数工具通过分类讨论探究函数H(x)图象的变化及其性质,进而确定使得函数H(x)在区间[k-1,k+1]上有两个不同零点的限制条件,最后求解限制条件.
  解法3:易知:方程|x-t|=212kx在区间[k-1,k+1]上有两个不相等的实根,即方程|x-k|-212kx=0在区间[k-1,k+1]上有两个不相等的实根,等价于函数H(x)=|x-k|-212kx在区间[k-1,k+1]上有两个零点.又依题可知k>0(理由同上),于是:
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