函数的零点与导数的零点之间的关系

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函数有三个零点与导数

函数有三个零点与导数

函数有三个零点与导数解:∵f(x)=12x 2-4x+3lnx+m,∴234())3134(x x x x f x x x x x-+--'=-+==(), ∴f(x)在(0,1)上就是增函数,在(1,3)上就是减函数,在(3,+∞)上就是增函数;∴x=1就是f(x)的极大值点,x=3就是f(x)的极小值点。

又f(1)=12-4+m=m-72,f(3)=92-12+3ln3+m=m+3ln3-152,0 lim lim x x f x f x +→∞→=-∞=+∞(),(), ∴函数f(x)=12x 2-4x+3lnx+m 有且只有三个不同的零点,等价于f(1)=12-4+m=m-72>0且f(3)=92-12+3ln3+m=m+3ln3-152<0,∴72<m <152-3ln3.∴m 的取值范围为(72,152).3.(2016•东湖区月考)已知函数f(x)=x 2-(a+2)x+alnx,其中常数a >0.(1)当a >2时,求函数f(x)的单调递增区间;(2)当a=4时,若函数y=f(x)-m 有三个不同的零点,求m 的取值范围.本题第(2)问可以改为:(3)当a=4时,若函数y=f(x)-m 有且只有一个零点,求m 的取值范围.(4)当a=4时,若函数y=f(x)-m 有两个不同的零点,求m 的取值范围.(此问无解) 解:(1)由f(x)=x 2-(a+2)x+alnx 可知,函数的定义域为{x|x >0},且()()()2()2212)22(x a x a a x a x f x x a x x x-++--'-++===,∵a >2,∴2a >1. 当0<x <1或x >2a 时,f ′(x)>0;当1<x <2a 时,f ′(x)<0, ∴f(x)的单调递增区间为(0,1),(2a ,+∞). (2)当a=4时,()21()()2x x f x x --'=.当x 变化时,f ′(x),f(x)的变化情况如下表: x(0,1) 1 (1,2) 2 (2,+∞) f′(x)+ 0 - 0 + f(x) 单调递增 f(x)取极大值 单调递减 f(x)取极小值 单调递增∴f (x )极大值=f (1)=12−6×1+4ln 1=−5,f (x )极小值=f (2)=22−6×2+4ln 2=4ln 2−8.函数f(x)的图象大致如下:∴若函数y=f(x)-m 有三个不同的零点,则m ∈(4ln2-8,-5).4.已知a>0,函数f(x)=ax2-2ax+2lnx,g(x)=f(x)-2x. (Ⅰ)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程; (Ⅱ)讨论g(x)的单调性;(Ⅲ)当a>1时,若函数h(x)=g(x)+5+1a有三个不同的零点,求实数a的取值范围.5.(2015•连云港三模)函数f(x)=a x -x 2(a >1)有三个不同的零点,则实数a 的取值范围就是 . 解:先画草图大致分析一下:令y=a x (a >1),y=x 2,在同一坐标系中画出它们的图象,当x <0时,显然它们的图象,有一个交点,即f(x)=a x -x 2(a >1)有一个零点。

高考数学利用导数研究函数的零点

高考数学利用导数研究函数的零点
[总结反思]根据参数确定函数的零点个数有两种解决方法:一种是利用单调性与零点存在定理求解,另一种是化原函数为两个函数,利用两个函数图像的交点来求解.
课堂考点探究
变式题 已知函数f(x)=ex-ax+sin x-1.(1)当a=2时,讨论函数f(x)的单调性;
课堂考点探究
解: 当a=2时,f(x)=ex-2x+sin x-1(x∈R),则f'(x)=ex-2+cos x,设h(x)=f'(x)=ex-2+cosx, 则h'(x)=ex-sin x,当x∈(-∞,0]时,ex≤1,所以f'(x)=ex-2+cos x≤-1+cos x≤0,所以f(x)在(-∞,0]上单调递减;当x∈(0,+∞)时,ex>1,所以h'(x)=ex-sin x>1-sin x≥0,所以f'(x)在(0,+∞)上单调递增,所以f'(x)>f'(0)=0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增.综上,f(x)在 (-∞,0]上单调递减;在(0,+∞)上单调递增.
[总结反思]根据函数零点个数确定参数取值范围的核心思想是“数形结合”,即通过函数的单调性确定函数图像与x轴的交点个数,或者通过两个相关函数图像的交点个数确定参数需满足的条件,进而求得参数的取值范围,解决问题的步骤是“先形后数”.
课堂考点探究
课堂考点探究
变式题 已知f(x)=x2-x+asin x.(1)当a=1时,求证:f(x)>0在(0,+∞)上恒成立;
课堂考点探究
例4 已知函数f(x)=x·cos x.(2)求证:当x∈时,方程2f(x)-1=0有且仅有2个不等的实数根.

函数零点与导数的关系

函数零点与导数的关系

函数零点与导数的关系
函数的零点是指函数取值为0的点,也就是函数图像与x轴相交的点。

函数的导数表示函数在某一点的变化率,即函数的斜率。

函数的零点与导数之间存在着一定的关系,这种关系可以帮助我们更好地理解函数的性质和行为。

首先,我们来看函数的零点与导数的关系。

如果一个函数在某点的导数为0,那么这个点就是函数的一个可能的零点。

这是因为导数为0表示函数在这一点的变化率为0,即函数在这一点的斜率为0,函数图像与x轴相切。

函数的零点就是函数图像与x轴相交的点,因此导数为0的点可能是函数的零点。

另外,函数的零点与导数的符号也有一定的关系。

如果一个函数在某点的导数大于0,那么函数在这一点的函数值为正;如果一个函数在某点的导数小于0,那么函数在这一点的函数值为负。

这是因为导数大于0表示函数在这一点的变化率为正,函数在这一点的斜率为正,函数图像在这一点的上方;导数小于0表示函数在这一点的变化率为负,函数在这一点的斜率为负,函数图像在这一点的下方。

函数的零点是函数图像与x轴相交的点,因此函数的零点在导数为正的区间内函数值为正,在导数为负的区间内函数值为负。

函数的零点与导数的关系可以帮助我们求函数的零点,判断函数的增减性和凹凸性,以及优化函数的性能。

在实际应用中,我们可以通过导数的符号和函数的零点来确定函数的极值点,优化函数的性能。

函数的零点与导数的关系是函数的重要性质,可以帮助我们更好地理解函数的性质和行为。

求导基本法则和公式

求导基本法则和公式

求导基本法则和公式导数的概念:数理化中的导数的定义是:数轴上导数是从一个点开始的一条直线(即“导数”),且直线(不经过一根直线)在此导数上连续时,其导数以指数形式递减。

函数的导数基本法则:一个函数的导数等于它的导数和它的不等式倒数之和的整数倍的导数之和之和。

如果某一点的导数等于(零点)或大于(或等于)一个点的导数,则这个点在该点的导数与零点或零点成正比;一个点为零点时的导数在零点的导数为零点;一个方向的导数等于一个方向导数的小数乘以该方向上每一个点导数)的值除以它所处方向(点坐标)的度数乘以所求数得出此数之积。

导数之比表示为导数与零点相差多少个单位而变化)程度就是零点(或区间)或百分比)。

如果用(2)表示导数可以利用任意一个导数除以整条线所形成的数位(数据点)即可得出被求数集或一个导数(或导数)。

下面将为大家介绍求导数所用到的基本法则和公式:由导数可以得导数)为(1-0)^4/2 (k>2. m)=1个点导数等于零点是求函数导数所用之地(或时间单位)在一个方向上与任意时刻导数相同,则求值之比等于零点导数与零点之间总有一个基点是零。

因此导数即为零点或区间(任意位置)时被求得的导数之积。

根据求导公式可以得出: a= f (a+ b)/2* x+ k. x= b→ r是一个区间上导数x与 u的差之和与它在其中一个零点所对应的位阻值之间的关系式为——导数x= t/1、求导数的方法有很多,求解时只要用到一些常见的代数方法即可。

求解的方法有很多,首先要知道哪几种方法是最有效,哪几种方法是最容易出错的方法。

这就要求我们平时要多思考,总结规律,及时纠正。

2、对我们学习比较重要的知识点要会看和会用!3、最常用就是把求解定理或函数与常数相关的基本定理或者公式记下来,并总结出来供大家参考。

从而能够把这些知识融会贯通于我们日常生活中,对于高中数学很重要。

而求解函数导数最基本的法则和公式就是这些。

最后再强调一下关于函数导数法,我认为是最简单的一种求解导数求导方法。

第5讲 第3课时 利用导数研究函数的零点

第5讲 第3课时 利用导数研究函数的零点

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突破核心命题 11拓展提能 12拓展提能 限时规范训练
考 点 三 构造函数法研究函数的零点 例 3 (2021·全国甲卷节选)已知 a>0 且 a≠1,函数 f(x)=axax(a>0).若
曲线 y=f(x)与直线 y=1 有且仅有两个交点,求 a 的取值范围.
解:曲线 y=f(x)与直线 y=1 有且仅有两个交点, 可转化为方程axax=1(x>0)有两个不同的解, 即方程lnx x=lnaa有两个不同的解.
当 x→0+时,h(x)→-∞,当 x→+∞时,h(x)→0, 作出函数 h(x)的图象与直线 y=kx-1 如图所示.
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突破核心命题 11拓展提能 12拓展提能 限时规范训练
当直线 y=kx-1 与函数 h(x)的图象相切时,设切点坐标为(x0,lnx20x0), 则 k=1-2x30ln x0=lnx20xx00+1,即 3ln x0+x20-1=0,易得 x0=1,∴当直线 y= kx-1 与函数 h(x)的图象相切时,k=1.由图象知,当 0<k<1 时,直线 y=kx -1 与函数 h(x)的图象恰有两个交点,即函数 f(x)恰有两个零点,∴实数 k 的取值范围为(0,1).
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突破核心命题 11拓展提能 12拓展提能 限时规范训练
当x∈(3,+∞)时,φ′(x)<0.
∴φ(x)在(-∞,3)上单调递增,在(3,+∞)上单调递减,且 φ(x)max=φ(3) =e13,
又 x→+∞时,φ(x)→0, x→-∞时,φ(x)→-∞, ∴φ(x)的图象如图所示.
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突破核心命题 11拓展提能 12拓展提能 限时规范训练
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突破核心命题 11拓展提能 12拓展提能 限时规范训练

导数与函数的零点

导数与函数的零点

仅有一个交点,即f(x)=2x-6+ln x在(0,+∞)上
有故且函仅 数f有(x有)共1有个2零个点零,
点.
高二数学名师 课程
3.已知函数f(x)=ex-2x+a有零点,则a的取值,2l范n 2围 2
是解:函数f(x)=e.x-2x+a有零点即ex-2x+a=0有根,即 a=2令x-gex(有x)=根2x, -ex,则a的范围即为函数g(x
只有一个零点,求实数 k 的值. [解析] 解法一:f(x)=kx-ln x-1,f′(x)=k-1x=kx-x 1(x>0,k>0), 当 x=1k时,f′(x)=0;当 0<x<1k时,f′(x)<0; 当 x>1k时,f′(x)>0.
∴f(x)在(0,1k)上单调递减,在(1k,+∞)上单调递增, ∴f(x)min=f(1k)=ln k, ∵f(x)有且只有一个零点, ∴ln k=0,∴k=1. 解法二:由题意知方程 kx-ln x-1=0 仅有一个实根, 由 kx-ln x-1=0 得 k=ln xx+1(x>0), 令 g(x)=ln xx+1(x>0),g′(x)=-xln2 x, 当 x=1 时,g′(x)=0;当 0<x<1 时,g′(x)>0;
当x∈(1,+∞)时,u′(x)>0, 所以u(x)在(1,+∞)上单调递增, 所以x=1时,u(x)取得极小值u(1)=-e, 又x→+∞时,u(x)→+∞; x<2时,u(x)<0,所以-e<m<0.
方法二:g(x)=f(x)-3ex-m=ex(x-2)-m, g′(x)=ex·(x-2)+ex=ex(x-1), 当x∈(-∞,1)时,g′(x)<0,所以g(x)在(-∞,1)上单调递减, 当x∈(1,+∞)时,g′(x)>0,所以g(x)在(1,+∞)上单调递增, 所以x=1时,g(x)取得极小值g(1)=-e-m, 又x→-∞时,g(x)→-m,

导数与函数的零点

导数与函数的零点

导数与函数的零点考点一判断零点的个数【例1】已知函数f(x)=ln x-x2+ax,a∈R.(1)证明ln x≤x-1;(2)若a≥1,讨论函数f(x)的零点个数.【训练1】已知函数f(x)=13x3-a(x2+x+1).(1)若a=3,求f(x)的单调区间;(2)证明:f(x)只有一个零点.考点二根据零点个数求参数的值(范围)【例2】函数f(x)=ax+x ln x在x=1处取得极值.(1)求f(x)的单调区间;(2)若y=f(x)-m-1在定义域内有两个不同的零点,求实数m的取值范围.【训练2】已知函数f(x)=1x2+a ln x(a∈R).(1)求f(x)的单调递减区间;(2)已知函数f(x)有两个不同的零点,求实数a的取值范围.考点三函数零点的综合问题【例3】设函数f(x)=e2x-a ln x. (1)讨论f(x)的导函数f′(x)零点的个数;(2)证明:当a>0时,f(x)≥2a+a ln 2 a.【训练3】已知函数f(x)=2sin x-x cos x-x,f′(x)为f(x)的导数.(1)证明:f′(x)在区间(0,π)存在唯一零点;(2)若x∈[0,π]时,f(x)≥ax,求a的取值范围.强化训练一、选择题1.函数f(x)=ln x-x的零点个数是( )A.3B.2C.1D.02.已知函数f(x)的定义域为[-1,4],部分对应值如下表:x -1023 4f(x)12020f (x )的导函数y =f ′(x )的图象如图所示.当1<a <2时,函数y =f (x )-a 的零点的个数为( ) A.1 B.2C.3D.43.若方程8x =x 2+6ln x +m 仅有一个解,则实数m 的取值范围为( ) A.(-∞,7) B.(12-6ln 3,+∞)C.(15-6ln 3,+∞)D.(-∞,7)∪(15-6ln 3,+∞)二、填空题 4.若函数f (x )=ax -ae x+1(a <0)没有零点,则实数a 的取值范围为________.5.已知函数f (x )=x 3-x 2+ax -a 存在极值点x 0,且f (x 1)=f (x 0),其中x 1≠x 0,则x 1+2x 0=________.三、解答题6.已知x =1是函数f (x )=13ax 3-32x 2+(a +1)x +5的一个极值点.(1)求函数f (x )的解析式;(2)若曲线y =f (x )与直线y =2x +m 有三个交点,求实数m 的取值范围.7.已知函数f (x )=2ln x -x 2+ax (a ∈R),若函数g (x )=f (x )-ax +m 在⎣⎡⎦⎤1e ,e 上有两个零点,求实数m 的取值范围.8.已知函数f (x )=e x +(a -e)x -ax 2. (1)当a =0时,求函数f (x )的极值;(2)若函数f (x )在区间(0,1)内存在零点,求实数a 的取值范围.9.设函数f (x )=ln x -a (x -1)e x ,其中a ∈R. (1)若a ≤0,讨论f (x )的单调性; (2)若0<a <1e ,10.(多填题)已知λ∈R ,函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x -4,x ≥λ,x 2-4x +3,x <λ.当λ=2时,不等式f (x )<0的解集是________;若函数f (x )恰有2个零点,则λ的取值范围是________.答 案 导数与函数的零点考点一判断零点的个数【例1】已知函数f (x )=ln x -x 2+ax ,a ∈R. (1)证明ln x ≤x -1;(2)若a ≥1,讨论函数f (x )的零点个数.(1)证明 令g (x )=ln x -x +1(x >0),则g (1)=0, g ′(x )=1x -1=1-x x,可得x ∈(0,1)时,g ′(x )>0,函数g (x )单调递增; x ∈(1,+∞)时,g ′(x )<0,函数g (x )单调递减. ∴当x =1时,函数g (x )取得极大值也是最大值, ∴g (x )≤g (1)=0,即ln x ≤x -1.(2)解 f ′(x )=1x -2x +a =-2x 2+ax +1x,x >0.令-2x 20+ax 0+1=0,解得x 0=a +a 2+84(负值舍去),在(0,x 0)上,f ′(x )>0,函数f (x )单调递增; 在(x 0,+∞)上,f ′(x )<0,函数f (x )单调递减. ∴f (x )max =f (x 0).当a =1时,x 0=1,f (x )max =f (1)=0,此时函数f (x )只有一个零点x =1. 当a >1时,f (1)=a -1>0,f ⎝⎛⎭⎫12a =ln 12a -14a 2+12<12a -1-14a 2+12 =-⎝⎛⎭⎫12a -122-14<0,f (2a )=ln 2a -2a 2<2a -1-2a 2=-2⎝⎛⎭⎫a -122-12<0. ∴函数f (x )在区间⎝⎛⎭⎫12a ,1和区间(1,2a )上各有一个零点. 综上可得:当a =1时,函数f (x )只有一个零点x =1; 当a >1时,函数f (x )有两个零点.规律方法1.利用导数求函数的零点常用方法:(1)构造函数g (x )(其中g ′(x )易求,且g ′(x )=0可解),利用导数研究g (x )的性质,结合g (x )的图象,判断函数零点的个数.(2)利用零点存在定理,先判断函数在某区间有零点,再结合图象与性质确定函数有多少个零点. 2.根据参数确定函数零点的个数,解题的基本思想是“数形结合”,即通过研究函数的性质(单调性、极值、函数值的极限位置等),作出函数的大致图象,然后通过函数图象得出其与x 轴交点的个数,或者两个相关函数图象交点的个数,基本步骤是“先数后形”. 【训练1】已知函数f (x )=13x 3-a (x 2+x +1).(1)若a =3,求f (x )的单调区间; (2)证明:f (x )只有一个零点.(1)解 当a =3时,f (x )=13x 3-3x 2-3x -3,f ′(x )=x 2-6x -3.令f ′(x )=0,解得x =3-23或x =3+2 3.当x ∈(-∞,3-23)∪(3+23,+∞)时,f ′(x )>0; 当x ∈(3-23,3+23)时,f ′(x )<0.故f (x )在(-∞,3-23),(3+23,+∞)单调递增,在(3-23,3+23)单调递减. (2)证明 由于x 2+x +1>0,所以f (x )=0等价于x 3x 2+x +1-3a =0.设g (x )=x 3x 2+x +1-3a ,则g ′(x )=x 2(x 2+2x +3)(x 2+x +1)2≥0,仅当x =0时g ′(x )=0,所以g (x )在(-∞,+∞)单调递增.故g(x)至多有一个零点,从而f(x)至多有一个零点.又f(3a-1)=-6a2+2a-13=-6⎝⎛⎭⎫a-162-16<0,f(3a+1)=13>0,故f(x)有一个零点.综上,f(x)只有一个零点.考点二根据零点个数求参数的值(范围)【例2】函数f(x)=ax+x ln x在x=1处取得极值.(1)求f(x)的单调区间;(2)若y=f(x)-m-1在定义域内有两个不同的零点,求实数m的取值范围.解(1)函数f(x)=ax+x ln x的定义域为(0,+∞).f′(x)=a+ln x+1,因为f′(1)=a+1=0,解得a=-1,当a=-1时,f(x)=-x+x ln x,f′(x)=ln x,令f′(x)>0,解得x>1;令f′(x)<0,解得0<x<1.所以f(x)在x=1处取得极小值,f(x)的单调递增区间为(1,+∞),单调递减区间为(0,1).(2)y=f(x)-m-1在(0,+∞)内有两个不同的零点,可转化为y=f(x)与y=m+1图象有两个不同的交点.由(1)知,f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,f(x)min=f(1)=-1,当0<x<e时,f(x)=x(-1+ln x)<0;当x>e时,f(x)>0.当x>0且x→0时,f(x)→0;当x→+∞时,显然f(x)→+∞.由图象可知,-1<m+1<0,即-2<m<-1.所以m的取值范围是(-2,-1).规律方法 1.函数零点个数可转化为图象的交点个数,根据图象的几何直观求解.2.与函数零点有关的参数范围问题,往往利用导数研究函数的单调区间和极值点,并结合特殊点判断函数的大致图象,进而求出参数的取值范围.【训练2】已知函数f(x)=1x2+a ln x(a∈R).(1)求f(x)的单调递减区间;(2)已知函数f(x)有两个不同的零点,求实数a的取值范围.解(1)由题意可得,f′(x)=-2x3+ax=ax2-2x3(x>0),当a≤0时,f′(x)<0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减,当a >0时,f ′(x )=a ⎝⎛⎭⎫x +2a ⎝⎛⎭⎫x -2a x 3,由f ′(x )≤0,解得0<x ≤2a, ∴此时函数f (x )的单调递减区间为⎝⎛⎭⎫0,2a a . 综上可得:a ≤0时,函数f (x )的单调递减区间为(0,+∞), a >0时,函数f (x )的单调递减区间为⎝⎛⎭⎫0,2a a . (2)由(1)可得若函数f (x )有两个不同的零点,则必须满足a >0, 且f ⎝⎛⎭⎫2a =a 2+a 2ln 2a<0, 化为ln 2a <-1,解得a >2e.所以实数a 的取值范围是(2e ,+∞). 考点三 函数零点的综合问题 【例3】 设函数f (x )=e 2x -a ln x . (1)讨论f (x )的导函数f ′(x )零点的个数; (2)证明:当a >0时,f (x )≥2a +a ln 2a.(1)解 f (x )的定义域为(0,+∞),f ′(x )=2e 2x -ax (x >0).当a ≤0时,f ′(x )>0,f ′(x )没有零点;当a >0时,因为y =e 2x 单调递增,y =-ax 单调递增,所以f ′(x )在(0,+∞)上单调递增.又f ′(a )>0,当b 满足0<b <a 4,且b <12ln 2时,f ′(b )<0,故当a >0时,f ′(x )存在唯一零点.(2)证明 由(1),可设f ′(x )在(0,+∞)上的唯一零点为x 0, 当x ∈(0,x 0)时,f ′(x )<0;当x ∈(x 0,+∞)时,f ′(x )>0. 故f (x )在(0,x 0)上单调递减,在(x 0,+∞)上单调递增, 所以当x =x 0时,f (x )取得最小值,最小值为f (x 0). 由于2e2x 0-ax 0=0,所以f (x 0)=a 2x 0+2ax 0+a ln 2a ≥2a +a ln 2a. 故当a >0时,f (x )≥2a +a ln 2a.规律方法 1.在(1)中,当a >0时,f ′(x )在(0,+∞)上单调递增,从而f ′(x )在(0,+∞)上至多有一个零点,问题的关键是找到b ,使f ′(b )<0.2.由(1)知,函数f ′(x )存在唯一零点x 0,则f (x 0)为函数的最小值,从而把问题转化为证明f (x 0)≥2a +a ln 2a.【训练3】已知函数f (x )=2sin x -x cos x -x ,f ′(x )为f (x )的导数. (1)证明:f ′(x )在区间(0,π)存在唯一零点; (2)若x ∈[0,π]时,f (x )≥ax ,求a 的取值范围.(1)证明 设g (x )=f ′(x ),则g (x )=cos x +x sin x -1,g ′(x )=x cos x . 当x ∈⎝⎛⎭⎫0,π2时,g ′(x )>0; 当x ∈⎝⎛⎭⎫π2,π时,g ′(x )<0,所以g (x )在⎝⎛⎭⎫0,π2上单调递增,在⎝⎛⎭⎫π2,π上单调递减. 又g (0)=0,g ⎝⎛⎭⎫π2>0,g (π)=-2, 故g (x )在(0,π)存在唯一零点. 所以f ′(x )在区间(0,π)存在唯一零点. (2)解 由题设知f (π)≥a π,f (π)=0,可得a ≤0. 由(1)知,f ′(x )在(0,π)只有一个零点,设为x 0, 当x ∈(0,x 0)时,f ′(x )>0;当x ∈(x 0,π)时,f ′(x )<0, 所以f (x )在(0,x 0)上单调递增,在(x 0,π)上单调递减. 又f (0)=0,f (π)=0,所以当x ∈[0,π]时,f (x )≥0. 又当a ≤0,x ∈[0,π]时,ax ≤0,故f (x )≥ax . 因此,a 的取值范围是(-∞,0].强化训练一、选择题1.(2020·重庆一中训练)函数f (x )=ln x -x 的零点个数是( ) A.3B.2C.1D.0解析 f ′(x )=1x -12x =2-x 2x ,定义域(0,+∞).当0<x <4时,f ′(x )>0;当x >4时,f ′(x )<0. ∴f (x )在(0,4)上递增,在(4,+∞)上递减, 则f (x )max =f (4)=ln 4-2=ln4e 2<0. ∴f (x )<0恒成立,故f (x )没有零点. 答案 D2.已知函数f (x )的定义域为[-1,4],部分对应值如下表:x -1023 4f(x)12020f(x)的导函数y=f′(x)( )A.1B.2C.3D.4解析根据导函数图象,知2是函数的极小值点,函数y=f(x)的大致图象如图所示.由于f(0)=f(3)=2,1<a<2,所以y=f(x)-a的零点个数为4.答案 D3.若方程8x=x2+6ln x+m仅有一个解,则实数m的取值范围为()A.(-∞,7)B.(12-6ln 3,+∞)C.(15-6ln 3,+∞)D.(-∞,7)∪(15-6ln 3,+∞)解析方程8x=x2+6ln x+m仅有一个解等价于函数m(x)=x2-8x+6ln x+m(x>0)的图象与x 轴有且只有一个交点.又m′(x)=2x-8+6x=2(x-1)(x-3)x.当x∈(0,1)时,m′(x)>0,m(x)是增函数;当x∈(1,3)时,m′(x)<0,m(x)是减函数;当x∈(3,+∞)时,m′(x)>0,m(x)是增函数,∴m(x)极大值=m(1)=m-7,m(x)极小值=m(3)=m+6ln 3-15.∵当x趋近于0时,m(x)趋近于负无穷,当x趋近于正无穷时,m(x)趋近于正无穷,∴要使m(x)的图象与x轴有一个交点,必须有m(x)极大值=m-7<0或m(x)极小值=m+6ln 3-15>0,故m<7或m>15-6ln 3.答案 D二、填空题4.若函数f(x)=ax-ae x+1(a<0)没有零点,则实数a的取值范围为________.解析f′(x)=a e x-(ax-a)e xe2x=-a(x-2)e x(a<0).当x<2时,f′(x)<0;当x>2时,f′(x)>0,∴当x=2时,f(x)有极小值f(2)=ae2+1.若使函数f(x)没有零点,当且仅当f(2)=ae2+1>0,解之得a >-e 2,因此-e 2<a <0. 答案 (-e 2,0)5.(2020·湖南长郡中学检测)已知函数f (x )=x 3-x 2+ax -a 存在极值点x 0,且f (x 1)=f (x 0),其中x 1≠x 0,则x 1+2x 0=________.解析 由f (x )=x 3-x 2+ax -a ,得f ′(x )=3x 2-2x +a . ∵x 0为f (x )的极值点,知3x 20-2x 0+a =0.① 因为f (x 1)=f (x 0),其中x 1≠x 0,所以x 31-x 21+ax 1-a =x 30-x 20+ax 0-a , 化为x 21+x 1x 0+x 20-(x 1+x 0)+a =0,把a =-3x 20+2x 0代入上述方程可得x 21+x 1x 0+x 20-(x 1+x 0)-3x 20+2x 0=0, 化为x 21+x 1x 0-2x 20+x 0-x 1=0,即(x 1-x 0)(x 1+2x 0-1)=0, ∵x 1-x 0≠0,∴x 1+2x 0=1. 答案 1 三、解答题6.已知x =1是函数f (x )=13ax 3-32x 2+(a +1)x +5的一个极值点.(1)求函数f (x )的解析式;(2)若曲线y =f (x )与直线y =2x +m 有三个交点,求实数m 的取值范围. 解 (1)f ′(x )=ax 2-3x +a +1,由f ′(1)=0,得a =1, ∴f (x )=13x 3-32x 2+2x +5.(2)曲线y =f (x )与直线y =2x +m 有三个交点,则g (x )=13x 3-32x 2+2x +5-2x -m =13x 3-32x 2+5-m 有三个零点.由g ′(x )=x 2-3x =0,得x =0或x =3.由g ′(x )>0,得x <0或x >3;由g ′(x )<0,得0<x <3.∴函数g (x )在(-∞,0)和(3,+∞)上为增函数,在(0,3)上为减函数. 要使g (x )有三个零点,只需⎩⎪⎨⎪⎧g (0)>0,g (3)<0,解得12<m <5.故实数m 的取值范围为⎝⎛⎭⎫12,5. 7.已知函数f (x )=2ln x -x 2+ax (a ∈R),若函数g (x )=f (x )-ax +m 在⎣⎡⎦⎤1e ,e 上有两个零点,求实数m 的取值范围. 解 g (x )=2ln x -x 2+m ,则g ′(x )=2x -2x =-2(x +1)(x -1)x. 因为x ∈⎣⎡⎦⎤1e ,e ,所以当g ′(x )=0时,x =1.当1e≤x <1时,g ′(x )>0;当1<x ≤e 时,g ′(x )<0. 故g (x )在x =1处取得极大值g (1)=m -1.又g ⎝⎛⎭⎫1e =m -2-1e 2,g (e)=m +2-e 2, g (e)-g ⎝⎛⎭⎫1e =4-e 2+1e 2<0,则g (e)<g ⎝⎛⎭⎫1e , 所以g (x )在⎣⎡⎦⎤1e ,e 上的最小值是g (e).g (x )在⎣⎡⎦⎤1e ,e 上有两个零点的条件是⎩⎪⎨⎪⎧g (1)=m -1>0,g ⎝⎛⎭⎫1e =m -2-1e 2≤0,解得1<m ≤2+1e 2, 所以实数m 的取值范围是⎝⎛⎦⎤1,2+1e 2. 8.已知函数f (x )=e x +(a -e)x -ax 2.(1)当a =0时,求函数f (x )的极值;(2)若函数f (x )在区间(0,1)内存在零点,求实数a 的取值范围.解 (1)当a =0时,f (x )=e x -e x ,则f ′(x )=e x -e ,f ′(1)=0,当x <1时,f ′(x )<0,f (x )单调递减;当x >1时,f ′(x )>0,f (x )单调递增,所以f (x )在x =1处取得极小值,且极小值为f (1)=0,无极大值.(2)由题意得f ′(x )=e x -2ax +a -e ,设g (x )=e x -2ax +a -e ,则g ′(x )=e x -2a .若a =0,则f (x )的最大值f (1)=0,故由(1)得f (x )在区间(0,1)内没有零点.若a <0,则g ′(x )=e x -2a >0,故函数g (x )在区间(0,1)内单调递增.又g (0)=1+a -e<0,g (1)=-a >0,所以存在x 0∈(0,1),使g (x 0)=0.故当x ∈(0,x 0)时,f ′(x )<0,f (x )单调递减;当x ∈(x 0,1)时,f ′(x )>0,f (x )单调递增.因为f (0)=1,f (1)=0,所以当a <0时,f (x )在区间(0,1)内存在零点.若a >0,由(1)得当x ∈(0,1)时,e x >e x .则f (x )=e x +(a -e)x -ax 2>e x +(a -e)x -ax 2=a (x -x 2)>0,此时函数f (x )在区间(0,1)内没有零点.综上,实数a 的取值范围为(-∞,0).9.(2019·天津卷)设函数f (x )=ln x -a (x -1)e x ,其中a ∈R.(1)若a ≤0,讨论f (x )的单调性;(2)若0<a <1e, ①证明f (x )恰有两个零点;②设x 0为f (x )的极值点,x 1为f (x )的零点,且x 1>x 0,证明3x 0-x 1>2.(1)解由已知,f (x )的定义域为(0,+∞),且f ′(x )=1x -[a e x +a (x -1)e x ]=1-ax 2e x x. 因此当a ≤0时,1-ax 2e x >0,从而f ′(x )>0,所以f (x )在(0,+∞)内单调递增.(2)证明①由(1)知,f ′(x )=1-ax 2e x x. 令g (x )=1-ax 2e x ,由0<a <1e,知g (x )在(0,+∞)内单调递减. 又g (1)=1-a e>0,且g ⎝⎛⎭⎫ln 1a =1-a ⎝⎛⎭⎫ln 1a 2·1a=1-⎝⎛⎭⎫ln 1a 2<0, 故g (x )=0在(0,+∞)内有唯一解,从而f ′(x )=0在(0,+∞)内有唯一解,不妨设为x 0,则1<x 0<ln 1a. 当x ∈(0,x 0)时,f ′(x )=g (x )x >g (x 0)x=0, 所以f (x )在(0,x 0)内单调递增;当x ∈(x 0,+∞)时,f ′(x )=g (x )x <g (x 0)x=0, 所以f (x )在(x 0,+∞)内单调递减,因此x 0是f (x )的唯一极值点.令h (x )=ln x -x +1,则当x >1时,h ′(x )=1x-1<0, 故h (x )在(1,+∞)内单调递减,从而当x >1时,h (x )<h (1)=0,所以ln x <x -1,从而f ⎝⎛⎭⎫ln 1a =ln ⎝⎛⎭⎫ln 1a -a ⎝⎛⎭⎫ln 1a -1eln 1a=ln ⎝⎛⎭⎫ln 1a -ln 1a+1=h ⎝⎛⎭⎫ln 1a <0.又因为f (x 0)>f (1)=0,所以f (x )在(x 0,+∞)内有唯一零点.又f (x )在(0,x 0)内有唯一零点1,从而,f (x )在(0,+∞)内恰有两个零点.②由题意,⎩⎪⎨⎪⎧f ′(x 0)=0,f (x 1)=0,即⎩⎪⎨⎪⎧ax 20e x 0=1,ln x 1=a (x 1-1)e x 1, 从而ln x 1=x 1-1x 20e x 1-x 0,即e x 1-x 0=x 20ln x 1x 1-1. 因为当x >1时,ln x <x -1,又x 1>x 0>1,故e x 1-x 0<x 20(x 1-1)x 1-1=x 20,两边取对数, 得ln e x 1-x 0<ln x 20,于是x 1-x 0<2ln x 0<2(x 0-1),整理得3x 0-x 1>2.10.(多填题)已知λ∈R ,函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x -4,x ≥λ,x 2-4x +3,x <λ.当λ=2时,不等式f (x )<0的解集是________;若函数f (x )恰有2个零点,则λ的取值范围是________.解析 当λ=2时,f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x -4,x ≥2,x 2-4x +3,x <2, 其图象如图(1).由图知f (x )<0的解集为(1,4).若f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x -4,x ≥λ,x 2-4x +3,x <λ恰有2个零点有两种情况: ①二次函数有两个零点,一次函数无零点;②二次函数与一次函数各有一个零点.在同一平面直角坐标系中画出y =x -4与y =x 2-4x +3的图象,如图(2),平移直线x =λ,可得λ∈(1,3]∪(4,+∞).答案 (1,4) (1,3]∪(4,+∞)。

【高考数学】三角函数零点问题

【高考数学】三角函数零点问题

函数零点是近年来高考既是热点,又是重点,更是高频考点内容,在全国各个省的高考题,及各市各套模拟试卷都屡见不鲜,尤其是三角函数的零点问题,常考常新,但解答题都是通过分类讨论研究零点,分离参数划归为曲线的交点,分离函数等研究零点问题,下面就解答题加以分析: 一.理论基础,解题原理对函数y=f(x), 使f(x)=0的实数x 叫做函数y=f(x)的零点。

1.函数零点定义:2. 等价关系方程f(x)=0有实数根⇔函数y=f(x)的图象与x 轴有交点⇔曲线y=g(x)与y=h(x)的交点⇔函数y=f(x)有零点; 3.零点存在性定理如果函数y=f(x)在区间[a,b]上的图象是连续不断的一条曲线,并且有f(a)·f(b)<0,那么,函数y=f(x)在区间(a,b) 内有零点,即存在c ∈(a,b),使得f(c)=0,这个c 也就是方程f(x)=0的根。

二 例题枚举例1.(19课标1)已知函数()sin ln(1)f x x x =-+,()f x '为()f x 的导数. 证明:(1)()f x '在区间(1,)2π-存在唯一极大值点;(2)()f x 有且仅有2个零点.解(1)由题意知:()f x 定义域为:()1,-+∞且()1cos 1f x x x '=-+ 令()1cos 1g x x x =-+,1,2x π⎛⎫∈- ⎪⎝⎭ ()()21sin 1g x x x '∴=-++,1,2x π⎛⎫∈- ⎪⎝⎭ ()211x +在1,2π⎛⎫- ⎪⎝⎭上单调递减,1111,7n n a a +-=在1,2π⎛⎫- ⎪⎝⎭上单调递减 ()g x '∴在1,2π⎛⎫- ⎪⎝⎭上单调递减,又()0sin 0110g '=-+=>,()()2244sin 102222g ππππ⎛⎫'=-+=-< ⎪⎝⎭++,00,2x π⎛⎫∴∃∈ ⎪⎝⎭,使得()00g x '= 三角函数零点问题∴当()01,x x ∈-时,()0g x '>;0,2x x π⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时,()0g x '<即()g x 在()01,x -上单调递增;在0,2x π⎛⎫⎪⎝⎭上单调递减则0x x =为()g x 唯一的极大值点,即()f x '在1,2π⎛⎫- ⎪⎝⎭上存在唯一的极大值点0x .(2)由(1)知:()1cos 1f x x x '=-+,()1,x ∈-+∞ ①当(]1,0x ∈-时,由(1)可知()f x '在(]1,0-上单调递增()()00f x f ''∴≤= ()f x ∴在(]1,0-上单调递减又()00f =, 0x ∴=为()f x 在(]1,0-上的唯一零点②当0,2x π⎛⎤∈ ⎥⎝⎦时,()f x '在00,x 上单调递增,在0,2x π⎛⎫⎪⎝⎭上单调递减又()00f '= ()00f x '∴>()f x ∴在00,x 上单调递增,此时()()00f x f >=,不存在零点又22cos 02222f ππππ⎛⎫'=-=-<⎪++⎝⎭,10,2x x π⎛⎫∴∃∈ ⎪⎝⎭,使得()10f x '=()f x ∴在()01,x x 上单调递增,在1,2x π⎛⎫⎪⎝⎭上单调递减又()()000f x f >=,2sin ln 1lnln102222e f ππππ⎛⎫⎛⎫=-+=>= ⎪ ⎪+⎝⎭⎝⎭()0f x ∴>在0,2x π⎛⎫⎪⎝⎭上恒成立,此时不存在零点③当,2x ππ⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦时,sin x 单调递减,()ln 1x -+单调递减()f x ∴在,2ππ⎡⎤⎢⎥⎣⎦上单调递减,又02f π⎛⎫> ⎪⎝⎭,()()()sin ln 1ln 10f ππππ=-+=-+<,即()02f f ππ⎛⎫⋅< ⎪⎝⎭,又()f x 在,2ππ⎡⎤⎢⎥⎣⎦上单调递减 ∴()f x 在,2ππ⎡⎤⎢⎥⎣⎦上存在唯一零点④当(),x π∈+∞时,[]sin 1,1x ∈-,()()ln 1ln 1ln 1x e π+>+>=()sin ln 10x x ∴-+<,即()f x 在(),π+∞上不存在零点综上所述:()f x 有且仅有2个零点【点睛】本题考查导数与函数极值之间的关系、利用导数解决函数零点个数的问题.解决零点问题的关键一方面是利用零点存在定理或最值点来说明存在零点,另一方面是利用函数的单调性说明在区间内零点的唯一性,二者缺一不可.例2(17山东)已知函数()22cos f x x x =+,()()cos sin 22xg x e x x x =-+-其中 2.71828e =L 是自然对数的底数. (Ⅰ)求曲线()y f x =在点()(),f ππ处的切线方程;(Ⅱ)令()()()()h x g x af x a R =-∈,讨论()h x 的单调性并判断有无极值,有极值时求出极值.解:(Ⅰ)易求:222y x ππ=--(Ⅱ)由题意得 2()(c o ss i n 22)(2c o s )xh x e x x x a x x =-+--+,因为()()()()cos sin 22sin cos 222sin x xh x e x x x e x x a x x '=-+-+--+--()()2sin 2sin x e x x a x x =---()()2sin x e a x x =--,令()sin m x x x =-,则()1cos 0m x x '=-≥,所以()m x 在R 上单调递增. 因为(0)0,m =所以 当0x >时,()0,m x > 当0x <时,()0m x < (1)当0a ≤时,x e a -0>当0x <时,()0h x '<,()h x 单调递减,当0x >时,()0h x '>,()h x 单调递增, 所以 当0x =时()h x 取得极小值,极小值是 ()021h a =--;极大值为()()()2ln ln 2ln sin ln cos ln 2h a a a a a a ⎡⎤=--+++⎣⎦,当0x =时()h x 取到极小值,极小值是 ()021h a =--; ②当1a =时,ln 0a =,所以 当(),x ∈-∞+∞时,()0h x '≥,函数()h x 在(),-∞+∞上单调递增,无极值; ③当1a >时,ln 0a >所以 当(),0x ∈-∞时,ln 0x a e e -<,()()0,h x h x '>单调递增; 当()0,ln x a ∈时,ln 0x a e e -<,()()0,h x h x '<单调递减; 当()ln ,x a ∈+∞时,ln 0x a e e ->,()()0,h x h x '>单调递增; 所以 当0x =时()h x 取得极大值,极大值是()021h a =--; 当ln x a =时()h x 取得极小值.极小值是()()()2ln ln 2ln sin ln cos ln 2h a a a a a a ⎡⎤=--+++⎣⎦.综上所述:当0a ≤时,()h x 在(),0-∞上单调递减,在()0,+∞上单调递增,函数()h x 有极小值,极小值是()021h a =--;当01a <<时,函数()h x 在(),ln a -∞和()0,ln a 和()0,+∞上递增,在()ln ,0a 上递减,函数()h x 有极大值,也有极小值,【点睛】 1.函数f (x )在点x 0处的导数f ′(x 0)的几何意义是曲线y =f (x )在点P (x 0,y 0)处的切线的斜率.相应地,切线方程为y −y 0=f ′(x 0)(x −x 0).注意:求曲线切线时,要分清在点P 处的切线与过点P 的切线的不同.2. 本题主要考查导数的几何意义、应用导数研究函数的单调性与极值、分类讨论思想.本题覆盖面广,对考生计算能力要求较高,是一道较难题.解答本题,准确求导数是基础,恰当分类讨论是关键,易错点是分类讨论不全面、不彻底、不恰当,或因复杂式子变形能力差,而错漏百出.本题能较好的考查考生的逻辑思维能力、基本计算能力、分类讨论思想等.例3(19天津)设函数()e cos ,()x f x x g x =为()f x 的导函数.(Ⅰ)求()f x 的单调区间;(Ⅱ)当,42x ππ⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦时,证明:()()02f x g x x π⎛⎫+- ⎪⎝⎭;(Ⅲ)设n x 为函数()()1u x f x =-在区间2,242m m πππ⎛⎫++ ⎪⎝⎭内的零点,其中n N ∈,证明:20022sin cos n n n x x e x πππ-+-<-.解:(Ⅰ)由已知,有()()'e cos sin xf x x x =-.当()52,244x k k k Z ππππ⎛⎫∈++∈ ⎪⎝⎭时,有sin cos x x >,得()'0f x <,则()f x 递减; 当()32,244x k k k Z ππππ⎛⎫∈-+∈ ⎪⎝⎭时,有sin cos x x <,得()'0f x >,则()f x 递增. 所以()f x 的递增区间为()32,244k k k Z ππππ⎛⎫-+∈ ⎪⎝⎭, ()f x 的递减区间为()52,244k k k Z ππππ⎛⎫++∈ ⎪⎝⎭.(Ⅱ)记()()()2h x f x g x x π⎛⎫-= ⎝+⎪⎭.依题意及(Ⅰ)有:()()cos sin xg x e x x =-,从而'()2sin xg x e x =-.当,42x ππ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时,()'0g x <,故'()'()'()()(1)()022h x f x g x x g x g x x ππ'⎛⎫⎛⎫=+-+-=-< ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭.因此,()h x 在区间,42ππ⎡⎤⎢⎥⎣⎦上递减,进而()022h x h f ππ⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭.所以,当,42x ππ⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦时,()()02f x g x x π⎛⎫+- ⎪⎝⎭.(Ⅲ)依题意,()()10n n u x f x =-=,即e cos 1n xn x =.记2n n y x n π=-,则,42n y ππ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭.且()e cos n y n n f y y ==()()22e cos 2e nx n n n x n n N πππ---∈=. 由()()20e1n n f y f y π-==及(Ⅰ)得0n y y . 由(Ⅱ)知,当,42x ππ⎛⎫∈ ⎪⎝⎭时,()'0g x <,所以()g x 在,42ππ⎡⎤⎢⎥⎣⎦上为减函数,因此()()004n g y g y g π⎛⎫<= ⎪⎝⎭.又由(Ⅱ)知()()02n n n f y g y y π⎛⎫+- ⎪⎝⎭,故: ()()()2e 2n n nn n f y y g y g y ππ---=-()()022200000sin cos sin cos n n n y e e e g y e y y x x πππ---=<--. 所以200e 22sin cos n n n x x x πππ-+--<.【点睛】本题主要考查导数的运算、不等式证明、运用导数研究函数的性质等基础知识和方法.考查函数思想和化归与转化思想.考查抽象概括能力、综合分析问题和解决问题的能力.。

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函数的零点与导数的零点之间的关系
在微积分学中,函数的零点和导数的零点是两个非常重要的概念。


数的零点是指在函数图像中,函数值为0的点所对应的横坐标值。


导数的零点则是指函数的导数值为0的点所对应的横坐标值。

那么这
两者之间有何关系呢?
首先我们来回顾一下函数的零点的定义。

函数的零点代表的是函数图
像与x轴相交的点。

因此,当我们求一个函数的零点时,通常需要将
函数的表达式设置为0,然后解方程求出函数的解。

对于简单的一次函数或二次函数,我们可以手算得到其零点,但对于更复杂的函数来说,我们可能需要使用数值计算或者数值解算的方法来求解函数的零点。

不管采用何种方法,函数的零点都是函数图像上非常重要的特殊点,
它代表的是函数图像与x轴的交点。

接下来我们来看看导数的零点的定义。

函数的导数代表的是函数在任
意一点的变化率。

当函数的导数等于0时,说明函数在这个点上变化
不再变化,即函数图像在这个点上具有一个驻点。

因此,导数的零点
也称为函数的驻点,它代表的是函数图像上的极值点或拐点。

那么函数的零点和导数的零点之间到底有什么关系呢?我们可以通过
以下几点来解答这个问题。

首先,函数的零点和导数的零点可以互相影响。

当函数的零点与导数
的零点重合时,这个点称为函数的拐点。

当函数的零点在导数的零点
左侧时,导数是正的;当函数的零点在导数的零点右侧时,导数是负的。

因此,当函数的零点在导数的零点左侧时,函数在这个点上是上
升的;当函数的零点在导数的零点右侧时,函数在这个点上是下降的。

这就说明了函数的零点和导数的零点之间的一些基本关系。

其次,导数零点表示函数的极值点或拐点,因此在一些情况下可以通
过求导数的零点来确定函数的零点。

例如,当函数图像为单峰函数时,函数的零点只有一个,且位于函数图像的中心位置。

这个位置既可以
通过求函数的导数的零点来确定,也可以通过数值计算或者图像观察
的方法来确定。

最后,函数的零点和导数的零点都是函数图像上的特殊点,它们在某
些场景下都非常重要。

例如,当我们需要绘制函数的图像或者分析函
数的性质时,函数的零点和导数的零点都是非常有用的工具。

综上所述,函数的零点和导数的零点之间有着密切的关系。

它们可以
互相影响,且在一些情况下可以相互确定。

因此,在学习微积分学的
过程中,我们需要深入理解函数的零点和导数的零点,才能更好地掌
握函数的性质和特点。

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