2015届高考数学总复习第二章函数与导数第8课时指数函数、对数函数及幂函数教学案(含最新模拟、试题改编)
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指数函数、对数函数、幂函数单元复习与巩固一、知识框图二、知识要点梳理知识点一:指数及指数幂的运算1.根式的概念的次方根的定义:一般地,如果,那么叫做的次方根,其中当为奇数时,正数的次方根为正数,负数的次方根是负数,表示为;当为偶数时,正数的次方根有两个,这两个数互为相反数可以表示为.负数没有偶次方根,0的任何次方根都是0.式子叫做根式,叫做根指数,叫做被开方数.2.n次方根的性质:(1)当为奇数时,;当为偶数时,(2)3.分数指数幂的意义:;注意:0的正分数指数幂等与0,负分数指数幂没有意义.4.有理数指数幂的运算性质:(1) (2) (3)知识点二:指数函数及其性质1.指数函数概念一般地,函数叫做指数函数,其中是自变量,函数的定义域为.2.指数函数函数性质:函数指数函数名称定义函数且叫做指数函数图象定义域值域过定点图象过定点,即当时,.奇偶性非奇非偶单调性在上是增函数在上是减函数函数值的变化情况变化对图在第一象限内,从逆时针方向看图象,逐渐增大;在第二象限内,从逆时针方向象的影响看图象,逐渐减小.知识点三:对数与对数运算1.对数的定义(1)若,则叫做以为底的对数,记作,其中叫做底数,叫做真数.(2)负数和零没有对数.(3)对数式与指数式的互化:.2.几个重要的对数恒等式,,.3.常用对数与自然对数常用对数:,即;自然对数:,即(其中…).4.对数的运算性质如果,那么①加法:②减法:③数乘:④⑤⑥换底公式:知识点四:对数函数及其性质1.对数函数定义一般地,函数叫做对数函数,其中是自变量,函数的定义域.2.对数函数性质:函数名称对数函数定义函数且叫做对数函数图象定义域值域过定点图象过定点,即当时,.奇偶性非奇非偶单调性在上是增函数在上是减函数函数值的变化情况变化对图象的影响在第一象限内,从顺时针方向看图象,逐渐增大;在第四象限内,从顺时针方向看图象,逐渐减小.知识点六:幂函数1.幂函数概念 形如的函数,叫做幂函数,其中为常数.2.幂函数的性质(1)图象分布:幂函数图象分布在第一、二、三象限,第四象限 无图象.幂函数是偶函数时,图象分布在第一、二象限(图象 关于轴对称);是奇函数时,图象分布在第一、三象限(图象关于原点对称);是非奇非偶函数时,图象只分布在第一象 限.(2)过定点:所有的幂函数在都有定义,并且图象都通过点.(3)单调性:如果,则幂函数的图象过原点,并且在上为增函数.如果,则幂函数的图象在上为减函数,在第一象限内,图象无限接近轴与轴.(4)奇偶性:具体函数具体讨论(5)图象特征:幂函数当时,在第一象限,图像与32,x y x y ==的图像大致趋势一样,当10<<α时,在第一象限,图像与21x y =的图像大致趋势一样,当0<α时,在第一象限,图像与1-=xy 的图像大致趋势一样一元二次方程、一元二次不等式与二次函数的关系设相应的一元二次方程()002≠=++a c bx ax 的两根为2121x x x x ≤且、,ac b 42-=∆,则不等式的解的各种情况如下表: 0>∆0=∆0<∆二次函数c bx ax y ++=2(0>a )的图象c bx ax y ++=2c bx ax y ++=2c bx ax y ++=2一元二次方程()的根002>=++a c bx ax有两相异实根)(,2121x x x x < 有两相等实根ab x x 221-==无实根 的解集)0(02>>++a c bx ax{}21x x x x x ><或⎭⎬⎫⎩⎨⎧-≠a b x x 2R 的解集)0(02>≥++a c bx ax{}21x x x x x ≥≤或RR 的解集)0(02><++a c bx ax {}21x x x x <<∅ ∅ 的解集)0(02>≤++a c bx ax{}21x x xx ≤≤⎭⎬⎫⎩⎨⎧-=a b x x 2∅。
第二章 函数与导数第8课时 指数函数、对数函数及幂函数(2)1. 已知a =5-12,函数f(x)=a x ,若实数m 、n 满足f(m)>f(n),则m 、n 的大小关系为________.答案:m<n 解析:∵ a=5-12∈(0,1),∴ 函数f(x)=a x 在R 上递减. 由f(m)>f(n),得m<n.2. 函数y =xa x |x|(0<a<1)的值域为________. 答案:(-∞,-1)∪(0,1)解析:y =⎩⎪⎨⎪⎧a x ,x>0,-a x ,x<0,由0<a<1画图可知. 3. 要使g(x)=3x +1+t 的图象不经过第二象限,则实数t 的取值范围为_________.答案:t≤-3解析:要使g(x)=3x +1+t 的图象不经过第二象限,只要g(0)=31+t≤0,即t≤-3.4. 函数y =⎝ ⎛⎭⎪⎫131-2x -27的定义域是________. 答案:[2,+∞) 解析:由⎝ ⎛⎭⎪⎫131-2x -27≥0,得32x -1≥27,即2x -1≥3. 5. 已知函数f(x)=2x -2-x ,有下列结论:① f(x)的图象关于原点对称;② f(x)在R 上是增函数;③ f(0)=0;④ f(|x|)的最小值为0.其中正确的是__________.(填序号)答案:①②③④解析:f(x)为R 上的奇函数,故①③正确.又2x 与-2-x 均为增函数,故②④正确.6. 若函数f(x)=a x (a>0,a ≠1)在[-1,2]上的最大值为4,最小值为m ,且函数g(x)=(1-4m)x 在[0,+∞)上是增函数,则a =________.答案:14解析:若a>1,有a 2=4,a -1=m ,所以a =2,m =12,此时g ()x =-x 是[0,+∞)上的减函数,不符合;当0<a<1,有a -1=4,a 2=m ,所以a =14,m =116,此时g(x)=3x 4,符合.7. 已知过原点O 的直线与函数y =3x 的图象交于A 、B 两点,点A 在线段OB 上,过A 作y轴的平行线交函数y =9x 的图象于C 点,当BC∥x 轴时,点A 的横坐标是________.答案:log 32解析:设A(x 0,3x 0),则C(x 0,9x 0),所以B(2x 0,9x 0).因为O 、A 、B 三点共线,所以x 0·9x 0=2x 0·3x 0,即3x 0=2,x 0=log 32.8. 函数f(x)=2x 1+2x -12,[x]表示不超过x 的最大整数,例如:[2]=2,[3.1]=3,[-2.6]=-3,则函数y =[f(x)]+[f(-x)]的值域为________.答案:{-1,0}解析:f(x)=2x 1+2x -12=1+2x -11+2x -12=12-11+2x ,则f(x)∈⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,12.又f(x)=2x -12(2x +1),f(-x)=2-x -12(2-x +1)=2x (2-x -1)2·2x (2-x +1)=1-2x 2(1+2x )=-f(x),且定义域为R ,所以函数f(x)为奇函数,当f(x)∈⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,0时,f(-x)∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,y =[f(x)]+[f(-x)]=-1+0=-1;当f(x)∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12时,f(-x)∈⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,0,y =[f(x)]+[f(-x)]=0-1=-1; 当f(x)=0时,y =[f(x)]+[f(-x)]=0,则y =[f(x)]+[f(-x)]的值域为{-1,0}.9. (1) 解关于x 的方程3x +2-2×3-x +3=0;(2) 求函数y =4x -12-3·2x +5,x ∈[0,2]的最值. 解:(1) 方程可化为9×3x -23x +3=0,即9×(3x )2+3×3x -2=0,所以3x =13,x =-1. (2) 函数y =4x -12-3·2x +5=12·4x -3·2x +5,设t =2x ,则12t 2-3t +5=12(t -3)2+12.因为x∈[0,2],所以t =2x ∈[1,4],所以函数y =4x -12-3·2x +5的最大值为52,最小值为12. 10. 已知函数f(x)=a·2x +b·3x ,其中常数a 、b 满足ab≠0.(1) 若ab>0,判断函数f(x)的单调性;(2) 若ab<0,求f(x +1)>f(x)时x 的取值范围.解:(1) 当a>0,b>0时,任意x 1、x 2∈R ,x 1<x 2,则f(x 1)-f(x 2)=a(2x 1-2x 2)+b(3x 1-3x 2),∵ 2x 1<2x 2,a>0a(2x 1-2x 2)<0,3x 1<3x 2,b>0b(3x 1-3x 2)<0,∴ f(x 1)-f(x 2)<0,函数f(x)在R 上是增函数.当a<0,b<0时,同理,函数f(x)在R 上是减函数.(2) f(x +1)-f(x)=a·2x +2b·3x >0,当a<0,b>0时,⎝ ⎛⎭⎪⎫32x >-a 2b ,则x>log 1.5⎝ ⎛⎭⎪⎫-a 2b ; 当a>0,b<0时,⎝ ⎛⎭⎪⎫32x <-a 2b ,则x<log 1.5⎝ ⎛⎭⎪⎫-a 2b . 11. 已知函数f(x)=2x (x∈R ),且f(x)=g(x)+h(x),其中g(x)为奇函数,h(x)为偶函数.(1) 求g(x),h(x)的解析式;(2) 若不等式2a·g(x)+h(2x)≥0对任意x∈[1,2]恒成立,求实数a 的取值范围.解:(1) 由⎩⎪⎨⎪⎧f (x )=g (x )+h (x )=2x ,f (-x )=g (-x )+h (-x )=2-x ,所以⎩⎪⎨⎪⎧g (x )+h (x )=2x ,-g (x )+h (x )=2-x , 解得g(x)=12(2x -2-x ),h(x)=12(2x +2-x ). (2) 由2a·g(x)+h(2x)≥0,即a(2x -2-x )+12(22x +2-2x )≥0对任意x∈[1,2]恒成立.令t =2x -2-x ,由于t 在x∈[1,2]上单调递增,所以t =2x -2-x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤32,154. 因为22x +2-2x =(2x -2-x )2+2=t 2+2,所以a≥-t 2+22t =-12⎝ ⎛⎭⎪⎫t +2t 在t∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤32,154上恒成立.设φ(t)=-12⎝ ⎛⎭⎪⎫t +2t ,t ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤32,154, 由φ′(t)=-12⎝⎛⎭⎪⎫1-2t 2=2-t 22t 2<0, 知φ(t)在t∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤32,154上为减函数, 所以[φ(t)]max =φ⎝ ⎛⎭⎪⎫32=-1712,所以a≥-1712.。
活动意图说明: 点评 考察定义,只有满足函数解析式右边的系数为1,底数为自变量x ,指数为常数这三个条件,才是幂函数.如:y =3x 2,y =(2x )3,y =⎝⎛⎭⎫x 24都不是幂函数. 环节二:教师活动2知识点二 五个幂函数的图象与性质 1.在同一平面直角坐标系内函数(1)y =x ;(2)12y x =;(3)y =x 2;(4)y =x -1;(5)y =x 3的图象如图.2.五个幂函数的性质y =x y =x 2 y =x 3 12y x =y =x -1定义域 R R R [0,+∞) {x |x ≠0} 值域 R [0,+∞) R [0,+∞) {y |y ≠0} 奇偶性奇偶 奇非奇非偶奇 单调性增在[0,+∞) 上增, 在(-∞,0] 上减增增在(0,+∞) 上减, 在(-∞,0) 上减知识点三 一般幂函数的图象特征一般幂函数特征:(1)所有的幂函数在(0,+∞)上都有定义,并且图象都过点(1,1);(2)当α>0时,幂函数的图象通过原点,并且在区间[0,+∞)上是增函数.特别地,当α>1时,幂函数的图象下凸;当0<α<1时,幂函数的图象上凸; (3)当α<0时,幂函数的图象在区间(0,+∞)上是减函数;(4)幂指数互为倒数的幂函数在第一象限内的图象关于直线y =x 对称; (5)在第一象限,作直线x =a (a >1),它同各幂函数图象相交,按交点从下到上的顺序,幂指数按从小到大的顺序排列. 学生活动学生把自己的作图结果展示并比较,讨论,校对。
教师最后可以用课件动态展示结果。
并得出正确的图像。
学生先相互讨论,如有不足老师再提醒或补充。
活动意图说明学生通过作图从熟悉的图像到陌生的图像进一步学会做图和看图,学会图像这个工具进一步研究性质。
第二章 函数与导数第8课时 指数函数、对数函数及幂函数(2)第三章 (对应学生用书(文)、(理)22~23页)1. (必修1P 110复习9改编)函数y =a x -3+3恒过定点________. 答案:(3,4)解析:当x =3时,f(3)=a 3-3+3=4,∴ f(x)必过定点(3,4).2. (必修1P 110复习3改编)函数y =8-16x 的定义域是________.答案:⎝⎛⎦⎤-∞,34 解析:由8-16x ≥0,所以24x ≤23,即4x ≤3,定义域是⎝⎛⎦⎤-∞,34. 3. (必修1P 67练习3)函数f(x)=(a 2-1)x 是R 上的减函数,则a 的取值范围是________________.答案:(-2,-1)∪(1,2)解析:由0<a 2-1<1,得1<a 2<2,所以1<|a|<2,即-2<a <-1或1<a < 2.4. (必修1P 71习题13改编)已知函数f(x)=a +14x +1是奇函数,则常数a =________.答案:-12解析:由f(-x)+f(x)=0,得a =-12.5. (原创)函数y =1+⎝⎛⎭⎫45|x -1|的值域为__________. 答案:(1,2]解析:设y′=⎝⎛⎭⎫45u ,u =|x -1|. 由于u ≥0且y′=⎝⎛⎭⎫45u 是减函数, 故0<⎝⎛⎭⎫45|x -1|≤1,则1<y ≤2.1. 指数函数定义一般地,函数y=a x(a>0,a≠1)叫做指数函数,函数的定义域是R.2. 指数函数的图象与性质[备课札记]题型1 指数型函数的定义域、值域例1 已知x ∈[-3,2],求f(x)=14x -12x +1的最小值与最大值.解:f(x)=14x -12x +1=4-x -2-x +1=2-2x -2-x +1=⎝⎛⎭⎫2-x -122+34.∵ x ∈[-3,2], ∴ 14≤2-x ≤8.则当2-x =12,即x =1时,f(x)有最小值34;当2-x =8,即x =-3时,f(x)有最大值57.备选变式(教师专享)已知9x-10×3x+9≤0,求函数y =⎝⎛⎭⎫14x -1-4⎝⎛⎭⎫12x +2的最大值和最小值.解:由9x -10·3x +9≤0,得(3x -1)(3x -9)≤0, 解得1≤3x ≤9,∴ 0≤x ≤2.令(12)x =t ,则14≤t ≤1,y =4t 2-4t +2=4(t -12)2+1, 当t =12即x =1时,y min =1;当t =1即x =0时,y max =2.题型2 指数型函数的图象例2 已知函数f(x)=|2x -1-1|. (1) 作出函数y =f(x)的图象;(2) 若a<c ,且f(a)>f(c),求证:2a +2c <4.(1) 解:f(x)=⎩⎪⎨⎪⎧2x -1-1,x ≥1,1-2x -1,x<1,其图象如图所示.(2) 证明:由图知,f(x)在(-∞,1]上是减函数,在[1,+∞)上是增函数,故结合条件知必有a<1.若c ≤1,则2a <2,2c ≤2,所以2a +2c <4;若c>1,则由f(a)>f(c),得1-2a -1>2c -1-1,即2c -1+2a -1<2,所以2a +2c <4. 综上知,总有2a +2c <4. 备选变式(教师专享)画出函数y =||3x -1的图象,并利用图象回答:k 为何值时,方程||3x-1=k 无解?有一个解?有两个解?解:.由图知,当k<0时,方程无解;当k =0或k ≥1时,方程有一个解;当0<k<1时,方程有两个解.题型3 指数函数的综合运用例3 已知函数f(x)=⎝⎛⎭⎫1a x -1+12x 3(a>0且a ≠1).(1) 求函数f(x)的定义域; (2) 讨论函数f(x)的奇偶性;(3) 求a 的取值范围,使f(x)>0在定义域上恒成立. 解:(1) 由于a x -1≠0,则a x ≠1,所以x ≠0, 所以函数f(x)的定义域为{x|x ∈R ,且x ≠0}. (2) 对于定义域内任意的x ,有f(-x)=(1a x -1+12)(-x)3=-⎝⎛⎭⎫a x 1-a x +12x 3=-⎝⎛⎭⎫-1-1a x -1+12x 3=⎝⎛⎭⎫1a x -1+12x 3=f(x),所以f(x)是偶函数.(3) ① 当a>1时,对x>0,所以a x >1,即a x -1>0,所以1a x-1+12>0. 又x>0时,x 3>0,所以x 3⎝⎛⎭⎫1a x -1+12>0,即当x>0时,f(x)>0.由(2)知,f(x)是偶函数,即f(-x)=f(x),则当x<0时,-x>0,有f(-x)=f(x)>0成立. 综上可知,当a>1时,f(x)>0在定义域上恒成立. ② 当0<a<1时,f(x)=(a x +1)x 32(a x -1),当x>0时,0<a x <1,此时f(x)<0,不满足题意;当x<0时,-x>0,有f(-x)=f(x)<0,也不满足题意. 综上可知,所求a 的取值范围是a>1. 变式训练设a >0,f(x)=3x a +a3x 是R 上的偶函数.(1) 求a 的值;(2) 判断并证明函数f(x)在[0,+∞)上的单调性; (3) 求函数的值域.解:(1) 因为f(x)为偶函数,故f(1)=f(-1), 于是3a +a 3=13a +3a ,即9+a 23a =9a 2+13a .因为a >0,故a =1.(2) 设x 2>x 1≥0,f(x 1)-f(x 2)=(3x 2-3x 1)(13x 2+x 1-1).因为3x 为增函数,且x 2>x 1,故3x 2-3x 1>0.因为x 2>0,x 1≥0,故x 2+x 1>0,于是13x 2+x 1<1,即13x 2+x 1-1<0,所以f(x 1)-f(x 2)<0,所以f(x)在[0,+∞)上为增函数.(3) 因为函数为偶函数,且f(x)在[0,+∞)上为增函数,故f(0)=2为函数的最小值,于是函数的值域为[2,+∞).1. (2013·西安一检)函数y =a x -1a(a>0,a ≠1)的图象可能是________.(填序号)答案:④解析:当a>1时,y =a x -1a 为增函数,且在y 轴上的截距0<1-1a <1,故①②不正确;当0<a<1时,y =a x -1a 为减函数,且在y 轴上的截距1-1a<0,故④正确.2. (2013·温州二模)以下函数中满足f(x +1)>f(x)+1的是________.(填序号)① f(x)=lnx ;② f(x)=e x ;③ f(x)=e x -x ;④ f(x)=e x +x. 答案:④解析:若f(x)=e x +x ,则f(x +1)=e x +1+x +1=e ·e x +x +1>e x +x +1=f(x)+1. 3. (2013·天津)设函数f(x)=e x +x -2,g(x)=lnx +x 2-3.若实数a 、b 满足f(a)=0,g(b)=0,则g(a)、f(b)、0三个数的大小关系为________.答案:g(a)<0<f(b) 解析:易知f(x)是增函数,g(x)在(0,+∞)上也是增函数,由于f(a)=0,而f(0)=-1<0,f(1)=e -1>0,所以0<a<1;又g(1)=-2<0,g(2)=ln2+1>0,所以1<b<2,所以f(b)>0,g(a)<0,故g(a)<0<f(b).4. (2013·湖南)设函数f(x)=a x +b x -c x ,其中c>a>0,c>b>0.(1) 记集合M ={(a ,b ,c)|a 、b 、c 不能构成一个三角形的三条边长,且a =b},则(a ,b ,c)∈M 所对应的f(x)的零点的取值集合为________.(2) 若a 、b 、c 是△ABC 的三条边长,则下列结论正确的是________.(填序号) ① x ∈(-∞,1),f(x)>0;② x ∈R ,使a x 、b x 、c x 不能构成一个三角形的三条边长; ③ 若△ABC 为钝角三角形,则x ∈(1,2),使f(x)=0. 答案:(1) {x|0<x ≤1} (2) ①②③解析:(1) 因为c>a>0,c>b>0,a =b 且a 、b 、c 不能构成一个三角形的三条边长, 所以0<2a ≤c ,所以ca ≥2.令f(x)=0,得2a x=c x,即⎝⎛⎭⎫c a x=2,即x =log c a2,1x =log 2ca ≥1,所以0<x ≤1.(2) 由a 、b 、c 是△ABC 的三条边长,知a +b>c , 因为c>a>0,c>b>0,所以0<a c <1,0<bc <1,当x ∈(-∞,1)时,f(x)=a x+b x-c x=c x⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝⎛⎭⎫a c x +⎝⎛⎭⎫b c x -1>c x ⎝⎛⎭⎫a c +b c -1=c x ·a +b -c c >0,①正确;令a =2,b =3,c =4,则a 、b 、c 可以构成三角形,而a 2=4,b 2=9,c 2=16不能构成三角形,②正确;由c>a ,c>b ,且△ABC 为钝角三角形,则a 2+b 2-c 2<0.因为f(1)=a +b -c>0,f(2)=a 2+b 2-c 2<0,所以f(x)在(1,2)上存在零点,③正确.1. 已知函数f(x)=a -12x -1是定义在(-∞,-1]∪[1,+∞)上的奇函数,则f(x)的值域是________.答案:⎣⎡⎭⎫-32,-12∪⎝⎛⎦⎤12,32 解析:因为f(x)是奇函数,f(-1)+f(1)=0,解得a =-12,所以f(x)=-12-12x -1,易知f(x)在(-∞,-1]上为增函数,在[1,+∞)上也是增函数.当x ∈[1,+∞)时,f(x)∈⎣⎡⎭⎫-32,-12.又f(x)是奇函数,所以f(x)的值域是⎣⎡⎭⎫-32,-12∪⎝⎛⎦⎤12,32. 2. 已知f(x)=(e x -1)2+(e -x -1)2,则f(x)的最小值为________.答案:-2解析:将f(x)展开重新配方得f(x)=(e x +e -x )2-2(e x +e -x )-2,令t =e x +e -x , 则g(t)=t 2-2t -2=(t -1)2-3,t ∈ [2,+∞), 所以,最小值为-2.3. 设函数y =f(x)在(-∞,+∞)内有定义,对于给定的正数K ,定义函数f K (x)=⎩⎪⎨⎪⎧f (x ),f (x )≤K ,K ,f (x )>K.取函数f(x)=2-|x|.当K =12时,函数f K (x)的单调递增区间为________.答案:(-∞,-1)解析:函数f(x)=2-|x|=⎝⎛⎭⎫12|x|,作图易知f(x)≤K =12x ∈(-∞,-1]∪[1,+∞),故在(-∞,-1)上是单调递增的.4. 若函数f(x)=a x (a>1)的定义域和值域均为[m ,n],求实数a 的取值范围.解:由题意,⎩⎪⎨⎪⎧a m =m ,a n =n ,即方程a x =x 有两个不同的解,设f(x)=a x -x ,f ′(x)=a x lna -1,令f′(x)=0,得x =log a 1lna=-log a lna ,分析得f(-log a lna)<0即可,∴ 1<a<e 1e .1. 指数函数是中学数学中基本初等函数之一,是高考必考内容.本部分知识在高考中主要考查指数函数的定义域、值域、图象以及主要性质(单调性).2. 将指数函数y =a x (a>0,a ≠1)的图象进行平移、翻折,可作出y -y 0=f(x -x 0),y =|f(x)|,y =f(|x|)等函数的图象,要善于灵活应用这类函数图象变换画图和解题.3. 对可转化为a 2x +b·a x +c =0或a 2x +b·a x +c ≥0(≤0)形式的方程或不等式,常借助于换元法解决,但应注意换元后“新元”的范围.请使用课时训练(A )第8课时(见活页).[备课札记]。