我們先看一道題:
已知定義在R上的函數f(x)的週期爲2,當-1x1時,y=-x2+1,則方程f(x)=lgx的根的個數爲

A.8      B.9      C.10      D.11

大家可以花兩分鐘做做,如果你選C,就可以退出了,如果你選B,那就有必要往下看看。

這道題就是畫函數y=f(x)和y=lgx的圖象,如下:

我們可能會想當然的數出9個交點,其中最右邊的交點的座標爲(10,1)。
這麼認爲的原因是,我們覺得y=lgx和y=f(x)是相切於(10,1)點,其實它們倆不是相切的,將這個圖放大,大家可以看到:

好像並沒有什麼用,那算了,還是正兒八經推導吧。

當9<x<11時,設g(x)=f(x)-lgx,現在的問題是10是g(x)的變號零點還是不變號零點,那我們就得搞清楚它們的區別。

在我們高中所能理解的範疇裏,可以發現,函數在其變號零點附近是單調函數,這個附近到底有多長,那不好說,但是是存在的。
而函數的不變號零點,可以看出是其極值點,也就是其導函數的變號零點。
所以對於g(x)=f(x)-lgx,g'(x)=f'(x)-1/(xln10),而g'(10)=-1/(10ln10)<0,所以存在區間(m,n)(其中m<10<n),使得g(x)在(m,n)上爲減函數,也就是10是g(x)的變號零點。在m<x<10時,g(x)>0,即f(x)在lgx的上方。
我們還可以從切線的角度直觀理解,y=lgx在(10,1)處的切線在y=lgx的上方(除了(10,1)點),而這條切線與拋物線f(x)一定是相交的,另一個交點是可以解出來的,兩個交點之間的線段在y=f(x)的下方,那麼顯然y=lgx也在y=f(x)的下方。
其實很多我們覺得很自然的事情未必自然,上圖中y=f(x)和y=lgx在1附近只有一個交點,如果將y=lgx改成y=2lnx會怎麼樣?改成y=1.8lnx呢?
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