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数学
题目

在区间(-∞,+∞)内,方程|x|1/4+|x|1/2-cosx=0( ).A. 无实根B. 有且仅有一个实根C. 有且仅有两个实根D. 有无穷多个实根

在区间(-∞,+∞)内,方程|x|1/4+|x|1/2-cosx=0( ).

A. 无实根

B. 有且仅有一个实根

C. 有且仅有两个实根

D. 有无穷多个实根

题目解答

答案

C. 有且仅有两个实根

解析

考查要点:本题主要考查函数图像的交点问题,涉及绝对值函数、幂函数与余弦函数的综合分析,以及方程实根个数的判断。

解题核心思路:

  1. 对称性分析:方程中的绝对值使得函数关于y轴对称,只需分析$x \geq 0$的情况,再对称得到$x < 0$的情况。
  2. 函数单调性与极值:分析左边函数$f(x) = |x|^{1/4} + |x|^{1/2}$和右边函数$g(x) = \cos x$的增长趋势与波动特性。
  3. 区间限定:利用$\cos x \geq 0$的条件,限定$x$的取值范围,结合左右两边函数的大小关系,确定可能的解区间。

破题关键点:

  • 非负性:左边为非负数,右边$\cos x$必须非负,故$x$需位于$\cos x \geq 0$的区间。
  • 单调性对比:当$x > 0$时,左边随$x$增大单调递增,而右边$\cos x$在$[0, \pi/2)$内单调递减,两者必有一个交点。
  • 对称性:正负区间各有一个解,总计两个实根。

步骤1:分析方程对称性

方程左边为$|x|^{1/4} + |x|^{1/2}$,右边为$\cos x$。由于左边仅含$|x|$,函数关于$y$轴对称,故只需分析$x \geq 0$的情况,再对称得到$x < 0$的解。

步骤2:限定$x$的取值范围

左边非负,故$\cos x \geq 0$,即$x \in [-\pi/2 + 2k\pi, \pi/2 + 2k\pi]$($k$为整数)。但当$|x|$较大时,左边增长而$\cos x$波动于$[-1,1]$,故主要关注$|x|$较小的区间。

步骤3:分析$x \geq 0$的情况

令$f(x) = x^{1/4} + x^{1/2}$,$g(x) = \cos x$:

  • 当$x = 0$时:$f(0) = 0$,$g(0) = 1$,$f(0) < g(0)$。
  • 当$x = 1$时:$f(1) = 1 + 1 = 2$,$g(1) \approx 0.5403$,$f(1) > g(1)$。
  • 当$x = \pi/2 \approx 1.5708$时:$f(\pi/2) \approx 2.369$,$g(\pi/2) = 0$,$f(\pi/2) > g(\pi/2)$。

由中间值定理,在$(0, \pi/2)$内存在唯一解。当$x > \pi/2$时,$\cos x < 0$,而$f(x) > 0$,无解。

步骤4:对称性推广到$x < 0$

由对称性,$x < 0$时方程形式相同,在$(-\pi/2, 0)$内存在唯一解。

步骤5:排除其他可能解

当$|x| > \pi/2$时,$\cos x$为负或波动于$[-1,1]$,而$f(x)$随$|x|$增大而增长,故无解。

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