2.1.2 函数的表示方法(二)【学习要求】1.进一步掌握求函数解析式的方法；2.了解分段函数的定义，会求分段函数的定义域、值域；3.学会运用函数图象来研究分段函数．【学法指导】通过求函数解析式，进一步掌握数学中的思想方法；通过分段函数的学习，感悟表达的多样性；加深函数概念的理解，提高分析问题、解决问题的能力.填一填：知识要点、记下疑难点1.分段函数的定义：在函数的定义域内，对于自变量x 的不同取值区间，有着不同的对应法则，这样的函数通常叫做分段函数．2.分段函数定义域是各段定义域的并集，其值域是各段值域的并 集(填“并”或“交”)．3.分段函数图象：画分段函数的图象，应在各自定义域之下画出定义域所对应的解析式的图象.研一研：问题探究、课堂更高效[问题情境] 某人去上班，由于担心迟到，所以一开始就跑步前进，等跑累了再走完余下的路程．可以明显地看出，这人距离单位的距离是关于出发后的时间的函数，想一想，用怎样的解析式表示这一函数关系？为解决这一问题，本节我们就来学习分段函数．探究点一 待定系数法求函数解析式问题1 若已知函数的类型，求函数的解析式通常用什么方法？答： 若已知函数的类型，可用待定系数法求解．问题2 用待定系数法求函数解析式的一般思路是怎样的？答：由函数类型设出函数解析式，再根据条件列出方程(或方程组)，通过解方程(组)求出待定的系数，进而求出函数解析式．例1 设二次函数f(x)满足f(x ＋2)＝f(2－x)，且f(x)＝0的两实根平方和为10，图象过点(0,3)，求f(x)的解析式．分析： 由于f(x)是二次函数，其解析式的基本结构已定，可用待定系数法处理．解： 设f(x)＝ax 2＋bx ＋c (a≠0)．由f(x ＋2)＝f(2－x)可知，该函数图象关于直线x ＝2对称．∴－b 2a＝2，即b ＝－4a.① 又图象过点(0,3)，∴c＝3.②由方程f(x)＝0的两实根平方和为10，即x 21＋x 22＝(x 1＋x 2)2－2x 1x 2＝10.即b 2－2ac ＝10a 2.③由①②③解得a ＝1，b ＝－4，c ＝3.∴f(x)＝x 2－4x ＋3.小结： 已知f(x)为一次函数时，可设f(x)＝ax ＋b (a≠0)；已知f(x)为反比例函数时，可设f(x)＝k x(k≠0)；已知f(x)为二次函数时，根据条件可设①一般式：f(x)＝ax 2＋bx ＋c (a≠0)，②顶点式：f(x)＝a(x －h)2＋k (a≠0)；③双根式：f(x)＝a(x －x 1)(x －x 2) (a≠0)．跟踪训练1 已知f(x)是二次函数，若f(0)＝0，且f(x ＋1)＝f(x)＋x ＋1，求函数f(x)的解析式．解： 设f(x)＝ax 2＋bx ＋c (a≠0)，由f(0)＝0知c ＝0.∴f(x)＝ax 2＋bx.又f(x ＋1)＝f(x)＋x ＋1，∴a(x＋1)2＋b(x ＋1)＝ax 2＋bx ＋x ＋1.即ax 2＋(2a ＋b)x ＋a ＋b ＝ax 2＋(b ＋1)x ＋1.故2a ＋b ＝b ＋1且a ＋b ＝1，解得a ＝12，b ＝12， ∴f(x)＝12x 2＋12x. 探究点二 消去法求函数解析式导引 有些求函数解析式的题目，已知条件为一方程，在方程中同时含有f(x)与f(－x)或f(x)与f(1x)，那么如何求函数的解析式？问题1 在一个等式中同时含有f(x)与f(－x)能不能求出函数的解析式？为什么？答： 不能．因为把f(x)与f(－x)分别看作未知数，那么这个等式相当于一个二元方程，而一个二元方程求不出唯一的解．问题2 仅仅利用“导引”中的条件，求不出函数的解析式，那么如何创造条件来求出解析式？答： 根据已知条件构造出含有f(x)与f(－x)的另一个方程，采用解方程组的方法消去不需要的函数式，从而得到f(x)的表达式，此种方法称为消去法．例2 已知函数y ＝f(x)满足af(x)＋bf ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x ＝cx ，x≠0，其中a 、b 、c 都是非零常数，a≠±b，求函数y ＝f(x)的解析式．解： 在已知等式中，将x 换成1x ，得af ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x ＋bf(x)＝c x ， 把它与原条件式子联立，得af(x)＋bf ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x ＝cx.① af ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x ＋bf(x)＝c x ② ①×a－②×b 得(a 2－b 2)f(x)＝c ⎝⎛⎭⎪⎫ax －b x ， ∵a≠±b，∴f(x)＝c a 2－b 2⎝⎛⎭⎪⎫ax －b x (x≠0)． 小结： 消去法适用于自变量的互为倒数，如f(x)、f(1x)；互为相反数，如f(x)、f(－x)，通过对称代换构造出另一个方程，解方程组即得f(x)的解析式．跟踪训练2 设f(x)满足关系式f(x)＋2f(－x)＝3x ，求f(x)．解： ∵f(x)＋2f(－x)＝3x.①∴f(－x)＋2f(x)＝－3x.②①②联立得：f(x)＝－3x.探究点三 分段函数问题1 作函数的图象通常分哪几步？答： 通常分三步，即列表、描点、连线．例3 已知一个函数y ＝f(x)的定义域为区间[0,2]，当x∈[0,1]时，对应法则为y ＝x ，当x∈(1,2]时，对应法则为y ＝2－x ，试用解析法与图象法分别表示这个函数．解： 已知的函数用解析法可表示为y ＝⎩⎪⎨⎪⎧x ，x∈[0，1]2－x ，x∈1，2] 用图象表达这个函数，它由两条线段组成，如下图：小结： (1)画函数图象时首先要考虑函数的定义域；(2)要标出关键点，如图象的顶点、端点、与坐标轴的交点等，要分清这些关键点是实心还是虚心；(3)要掌握常见函数图象的特征；(4)函数图象既可以是连续的曲线，也可以是直线、折线、离散的点等等．跟踪训练3 某市“招手即停”公共汽车的票价按下列规则制定：(1)5公里以内(含5公里)，票价2元；(2)5公里以上，每增加5公里，票价增加1元(不足5公里按照5公里计算)．如果某条线路的总里程为20公里，请根据题意，写出票价与里程之间的函数解析式，并画出函数的图象. 解：由题意得函数的解析式如下： y ＝⎩⎪⎨⎪⎧ 2，0<x≤5，3，5<x≤10，4，10<x≤15，5，15<x≤20.函数图象为问题2 在例3和跟踪训练3中，我们得到的函数解析式是分段表达的，这样的函数就是分段函数，那么如何定义分段函数？答： 在函数的定义域内，对于自变量x 的不同取值区间，有着不同的对应法则，这样的函数通常叫做分段函数． 例4 在某地投寄外埠平信，每封信不超过20 g 付邮资80分，超过20 g 不超过40 g 付邮资160分，超过40 g不超过60 g 付邮资240分，依此类推，每封x g(0<x ≤100)的信应付多少分邮资(单位：分)？写出函数的表达式，作出函数的图象，并求函数的值域．解： 设每封信的邮资为y ，则y 是信封重量x 的函数．这个函数关系的表达式为 f(x)＝⎩⎪⎨⎪⎧ 80，x ∈(0，20]，160，x ∈(20，40]，240，x ∈(40，60]，320，x ∈(60，80]，400，x ∈(80，100].函数的值域为{80,160,240,320,400}． 根据上述函数的表达式，在直角坐标系中描点，作图．这个函数图象是长度为20的5条平行线段，每条线段的左端点为虚点，右端点为实点．图象如图．小结： 处理分段函数问题时，首先要确定自变量的数值属于哪个区间段，从而选取相应的解析表达式；画分段函数图象时，应根据不同定义域上的不同解析式分别作出．跟踪训练4 某人开汽车以60 km/h 的速度从A 地到150 km 远处的B 地，在B 地停留1 h 后，再以50 km/h 的速度返回A 地，把汽车离开A 地的路程x(km)表示为时间t(h)(从A 地出发是开始)的函数，再把车速v km/h 表示为时间t(h)的函数．解： 从A 地到B 地所需时间为15060＝2.5(h)， 从B 地到A 地所需时间为15050＝3(h)， 所以，当0<t≤2.5时，x ＝60t ；当2.5<t≤3.5时，x ＝150；当3.5<t≤6.5时，x ＝150－50(t －3.5)＝－50t ＋325；所以，x ＝⎩⎪⎨⎪⎧ 60t ， 0<t≤2.5，150， 2.5<t≤3.5，－50t ＋325， 3.5<t≤6.5.v ＝⎩⎪⎨⎪⎧ 60，0<t≤2.5，0，2.5<t≤3.5，50，3.5<t≤6.5. 练一练：当堂检测、目标达成落实处1.设函数f(x)＝⎩⎪⎨⎪⎧ －x ， x≤0，x 2， x>0，若f(α)＝4，则实数α等于( )A ．－4或－2B ．－4或2C ．－2或4D ．－2或2解析： 当α≤0时，f(α)＝－α＝4，得α＝－4；当α>0时，f(α)＝α2＝4，得α＝2. ∴α＝－4或α＝2.2.已知f(x)＋2f(1x)＝3x ，则f(x)的解析式为____________． 解析： 由f(x)＋2f(1x )＝3x ，得f(1x )＋2f(x)＝31x . 联立上面两个方程并消去f(1x )，得f(x)＝2x－x. 3.画出函数y ＝|x|的图象，并求f(－3)，f(3)，f(－1)，f(1)的值．解： 由绝对值的概念，有y ＝⎩⎪⎨⎪⎧x ，x≥0－x ，x<0. 所以，函数y ＝|x|的图象为过原点且平分第一、第二象限的一条折线，如下图所示，其中f(－3)＝3，f(3)＝3，f(－1)＝1，f(1)＝1.课堂小结：1.求函数的解析式的类型比较多，方法也比较多，常用的有拼凑法，换元法，待定系数法，消元法，特殊值法等，要根据题目特点选用不同的方法求解．2.分段函数求值要先找准自变量所在的区间；分段函数的定义域、值域分别是各段函数的定义域、值域的并集.。
函数表示方法5分钟训练(预习类训练，可用于课前)1.函数f(x)=，求解:〔1〕点〔3,14〕在f(x)图象上吗？〔2〕当x ＝4时，求f(x)值；〔3〕当f(x)＝2时，求x 值.解:〔1〕因为≠14,所以点〔3,14〕不在函数f(x)图象上.〔2〕f(x)＝=-3.〔3〕由=2，解得x=14.2.画出以下函数图象：〔1〕f(x)=〔2〕g(x)=3n+1,n∈{1,2,3}.思路解析:画函数图象一般采用描点法，要注意定义域限制.解:〔1〕函数f(x)图象如以下图所示:〔2〕函数g(x)图象如以下图所示:100 cm 2等腰梯形，上底长为x cm ，下底长为上底长3倍，那么把它高y 表示成x 函数为( )A ．y ＝50x(x ＞0) B.y ＝100x(x ＞0)C.y ＝x 50 (x ＞0)D.y ＝x100 (x ＞0) 思路解析:由·y＝100,得2xy ＝100. ∴y＝x50 (x ＞0). 答案:C10分钟训练(强化类训练，可用于课中)1.以下图形是函数y ＝-|x|(x∈［-2，2］)图象是( )思路解析：y=-|x|=其中y=-x(0≤x≤2)是直线y=-x 上满足0≤x≤2一条线段(包括端点)，y=x 是直线y=x 上满足-2≤x＜0一条线段(包括左端点)，其图象在原点及x 轴下方.答案：B 2.f(x1)=11+x ，那么f(x)解析式为( ) A. 11+x B.x x +1 C.1+x x D.1＋x思路解析:令u=x1，用换元法，同时应注意函数定义域.∵x≠0且x≠-1，那么x=u 1，u≠0，u≠-1.∴f(u)=(u≠0，且u≠-1),即f(x)＝1+x x (x≠0且x≠-1). 答案:C3.求实系数一次函数y=f(x)，使f ［f(x)］=4x+3.思路解析:设f(x)=ax+b 〔a≠0〕，用待定系数法.解:设f(x)=ax+b(a≠0),∴f［f(x)］=a·f(x)+b=a(ax+b)+b=a 2x+ab+b.∴a 2x+ab+b=4x+3.∴∴或∴f(x)=2x+1或f(x)=-2x-3.4.在学校洗衣店中每洗一次衣服〔4.5 kg 以内〕需要付费4元，如果在这家店洗衣10次以后可以免费洗一次.〔1〕根据题意填写下表：〔2〕“费用c 是次数n 函数〞还是“次数n 是费用c 函数〞 〔3〕写出函数解析式,并画出图象.思路解析:此题考察阅读理解能力,当 n≤10时,c=4n ；当10<n≤21时,c=4〔n-1〕.解:〔1〕〔2〕费用c 是次数n 函数，因为对于次数集合中每一个元素〔次数〕，在费用集合中都有唯一元素〔费用〕与它对应.但对于费用集合中每一个元素〔费用〕，在次数集合中并不都是只有唯一一个元素与它对应.如40元就有10次与11次与它对应.〔3〕函数解析式为c=,,11,,10),1(4,4**N n n N n n n n ∈≥∈≤⎩⎨⎧-且且其图象如图:5.用长为l 铁丝弯成下部为矩形，上部为半圆形框架，假设矩形底边长为2x ，求此框架围成面积y 与x 函数关系式，并指出其定义域. 思路解析：求函数定义域，如果是实际问题除应考虑解析式本身有定义外，还应考虑实际问题有意义，如此题注意到矩形长2x 、宽a 必须满足2x ＞0与a ＞0，即l-πx -2x>0.解：由题意知此框架围成面积是由一个矩形与一个半圆组成图形面积，而矩形长AB=2x ，宽为a.所以有2x ＋2a ＋πx=l，即a=2l -2πx-x ，半圆直径为2x ，半径为x.所以y=22x π＋(2l -2πx-x)·2x=-(2＋2π)x 2＋lx. 根据实际意义知2l -2πx-x ＞0，又∵x＞0，解得0＜x ＜，即函数y=-(2＋2π)x 2＋lx 定义域是{x|0＜x ＜}.6.如右图，某灌溉渠横断面是等腰梯形，底宽2 m ，渠深1.8 m ，边坡倾角是45°.〔1〕试用解析表达式将横断面中水面积A m 2表示成水深h m 函数； 〔2〕画出函数图象;〔3〕确定函数定义域与值域.思路解析:利用等腰梯形性质解决问题.解:〔1〕由，横断面为等腰梯形，下底为2 m ，上底为〔2+2h 〕 m ，高为h m ，∴水横断面面积A==h 2+2h .〔2〕函数图象如下确定:由于A=〔h+1〕2-1，对称轴为直线h=-1，顶点坐标为〔-1，-1〕，且图象过〔0，0〕与〔-2，0〕， 又考虑到0＜h ＜1.8，∴函数A=h 2+2h 图象仅是抛物线一局部，如下图.〔3〕定义域为{h |0＜h ＜1.8},值域由函数A=h 2+2h=〔h+1〕2-1图象可知，在区间〔0，1.8〕上函数为增函数，所以0＜A ＜6.84. 故值域为{A|0＜A ＜6.84}.快乐时光得不偿失一条狗跑进一家肉店，从柜台上叼起一块肉就跑.肉店老板认出那是邻居一只狗，那个邻居是一名律师.肉店老板向邻居打去了 问：“嘿，如果你狗从我肉店里偷去了一块肉，你愿意赔我肉钱吗？〞律师答复说：“当然可以，那你说多少钱？〞“7.98元.〞肉店老板答复说.几天后，肉店老板收到了一张7.98元支票，随那张支票寄来还有一张发票，上面写道：律师咨询费150美元.30分钟训练(稳固类训练，可用于课后)1.设f(x)=那么f ［f(21)］( ) A.21 B.13459 D.4125 思路解析:f ［f(21)］=f(-23)=. 答案:B2.由于水污染日益严重，水资源变得日益短缺.为了节约用水，某市政府拟自2007年始对居民自来水收费标准调整如下：每户每月用水不超过4吨时，每吨6元；当用水超过4吨时，超过局部每吨增收3元.那么某户居民所交水费y元与该月此户居民所用水量x吨之间函数关系式为…( )A.y=6xB.y=C.y=D.y=9x-12思路解析:当用水量0≤x≤4时，水费y=6x；当用水量x>4时，水费y=24+9×〔x-4〕=9x-12.应选B.答案:B3.甲、乙两厂年产值曲线如右图所示，那么以下结论中，错误是……( )思路解析:由图象可知，在1993年、1996年、2002年两厂产值一样，而在1993年以前，甲厂产值明显低于乙厂，而在1995年至2000年时，乙厂年产值增长那么要比甲厂快，所以B选项错.答案:B4.函数f(x)图象如右图所示，那么f(x)解析式是____________.思路解析:∵f(x)图象由两条线段组成，要重点注意是端点值是否可以取到.答案:f(x)＝5.(2006安徽高考，理)函数f(x)对于任意实数x满足条件f(x+2)=,假设f(1)=-5,那么f(f(5))=___________.思路解析:由f(x+2)=,得f(x+4)= =f(x),所以f(5)=f(1)=-5,那么f(f(5))=f(-5)=f(-1)==-51.答案:- 51 6.f(1-x )=x ，求f(x).思路解析:设1-x =t ，用换元法，同时应注意函数定义域. 解:设1-x=t ，那么x=(1-t)2.∵x≥0，∴t≤1.∴f(t)=(1-t)2(t≤1).∴f(x)=(x -1)2(x≤1).7.设函数f(x)满足f(x)+2f(x 1)=x 〔x≠0〕，求f(x).思路解析:以x 1代换x ，解关于x 1、x 方程组，消去x 1.解:∵f(x)+2f(x 1)=x ， ① 以x 1代换x 得f(x 1)+2f(x)= x 1. ②解①②组成方程组得f(x)=.8.某家庭今年一月份、二月份与三月份煤气用量与支付费用如下表所示：该市煤气收费方法是：煤气费＝根本费＋超额费＋保险费.假设每月用量不超过最低限度A 米3，只付根本费3元与每户每月定额保险C 元，假设用气量超过A 米3，超过局部每立方米付B 元，又知保险费C 不超过5元，根据上面表格求A 、B 、C.思路解析：此题支付费用为每月用气量分段函数，先写出函数解析式，再求A 、B 、C.解：设每月用气量为x 米3，支付费用为y 元，那么得y=,,0,)(3,3A x A x C A x B C >≤≤⎩⎨⎧+-++ 由0＜C≤5有3＋C≤8.由第二、第三月份费用都大于8，即用气量25米3，35米3都大于最低限度A 米3，那么⎩⎨⎧=+-+=+-+.19)35(3,14)25(3C A B C A B 两式相减，得B=0.5.∴A=2C＋3.再分析一月份用气量是否超过最低限度，不妨设A ＜4，将x=4代入3＋B(x-A)＋C,得3＋0.5［4-(3＋2C)］＋C=4.由此推出3.5=4，矛盾.∴A≥4.一月份付款方式选3＋C,∴3＋C=4，即C=1.将C=1代入A=2C ＋3，得A=5.∴A=5，B=0.5，C=1.9.设二次函数f(x)满足f(2+x)＝f(2-x)，且f(x)＝0两个实根平方与为10，f(x)图象过点(0，3)，求f(x)解析式.思路解析:要求二次函数解析式，一般用待定系数法先设f(x)＝ax2+bx+c(a≠0)，然后根据条件列出关于a、b、c方程组，求解即可.解:∵f(2+x)＝f(2-x)，代入f(x)＝ax2+bx+c化简可得b＝-4a.∵f(x)图象过点(0，3)，∴f(0)＝c＝3.∴f(x)＝ax2-4ax+3.∵ax2-4ax+3＝0两实根平方与为10，6.∴a=1.∴f(x)＝x2-4x+3.∴10＝x12+x22=(x1+x2)2-2x1x2=16-a10.如右图，动点P从边长为4正方形ABCD顶点B开场，顺次经C、D、A绕边界运动，用x表示点P行程，y表示△APB面积，求函数y=f〔x〕解析式.思路解析:由P点运动方向知当P运动到BC、CD、DA上时，分别对应解析式不同，因此这是个分段函数.解:由，得y=11.某小型自来水厂蓄水池中存有400吨水，水厂每小时可向蓄水池注入自来水60吨，假设蓄水池向居民小区不连续供水，且t小时内供水总量为1206t吨〔0≤t≤24〕.〔1〕供水开场几小时后，蓄水量最少最少蓄水量是多少吨〔2〕假设蓄水池中水量少于80吨时，就会出现供水紧张现象，试问一天24小时内有多少小时会出现供水紧张现象并说明理由.解:〔1〕设t小时蓄水量y吨，所以y=400+60t-120t6〔0≤t≤24〕.令t=m〔0≤m≤26〕，y=60m2-1206m+400=60〔m-6〕2+40.∴t=6小时时，蓄水量最少为40吨.〔2〕由y ＜80，得60t-120t 6 +400＜80.故一天中有8小时会出现供水紧张现象.12.如右图，动点P 从边长为1正方形ABCD 顶点A 出发顺次经过B 、C 、D 再回到A ，设x 表示P 点运动路程，y 表示PA 长，求y 关于x 函数解析式.思路解析:P 在A 、B 间运动，即0≤x≤1时，y=x.P 在B 、C 间运动，即1<x≤2时，y=221)1(22+-=+-x x x . P 在C 、D 间运动时，同理,得y=1061)3(22+-=+-x x x ，2<x≤3. P 在D 、A 间运动时，y=4-x ，3<x≤4.综上，得y 关于x 函数为y=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤<-≤<+-≤<+-≤≤.43,4,32,106,21,22,10,22x x x x x x x x x x。
