题目内容

【题目】如图所示,在平面直角坐标系上放置一个边长为1的正方形,此正方形沿轴滚动(向左或者向右均可),滚动开始时,点在原点处,例如:向右滚动时,点的轨迹起初时以点为圆心,1为半径的圆弧,然后以点与轴交点为圆心,长度为半径……,设点的纵坐标与横坐标的函数关系式是,该函数相邻两个零点之间的距离为.

(1)写出的值,并求出当时,点轨迹与轴所围成的图形的面积,研究该函数的性质并填写下面的表格:

函数性质

结论

奇偶性

单调性

递增区间

递减区间

零点

(2)已知方程在区间上有11个根,求实数的取值范围

(3)写出函数的表达式.

【答案】(1),性质如表:

函数性质

结论

奇偶性

偶函数

单调性

递增区间

递减区间

零点

(2)

(3)

【解析】

(1)做出点的轨迹示意图如下图1所示,可得该函数相邻两个零点之间的距离,点轨迹与轴所围成的图形的面积,函数的奇偶性,单调区间和零点;

(2)令,则函数都是偶函数,且两个函数一定交于原点,要使方程在区间上有11个根,只需两函数在上有5个交点,分别得出和时,函数的解析式,再代入方程中,对进行参变分离转化为求函数的最值问题,从而可得范围;

(3)通过点的轨迹示意图1可知,当时,点的轨迹是以点为圆心,为半径的圆弧,当时,点的轨迹是以点为圆心,为半径的圆弧,当时,点的轨迹是以点为圆心,为半径的圆弧,当时,点的轨迹是以点为圆心,为半径的圆弧,可得函数的解析式.

(1)点的轨迹如下图1所示,所以该函数相邻两个零点之间的距离为,

在当时,点轨迹与轴所围成的图形的面积,

所以,

由图示可以得函数是偶函数,

在上单调递增,在上单调递减,

函数的零点是.得下表:

函数性质

结论

奇偶性

偶函数

单调性

递增区间

递减区间

零点

(2)令,则函数都是偶函数,且两个函数一定交于原点,

要使方程在区间上有11个根,只需两函数在上有5个交点,做出图像如下图2,

当时,,依题意需方程在有两个根,

对进行参变分离得,令,则,对称轴,

当时,,

当时,,

当时,,

要使方程在有两个根,

则需与在有两个交点,且,

所以,解得;

当时,,依题意需方程在有两个根,

对进行参变分离得,

令,则,对称轴,

当时,,

当时,,

当时,,

要使方程在有两个根,

则需与在有两个交点,且,

所以,解得,

又,所以实数的取值范围是;

(3)通过图1可知,

当时,点的轨迹是以点为圆心,为半径的圆弧,所以,

当时,点的轨迹是以点为圆心,为半径的圆弧,所以,

当时,点的轨迹是以点为圆心,为半径的圆弧,所以,

当时,点的轨迹是以点为圆心,为半径的圆弧,所以,,

所以函数.

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