函数的表示方法及分段函数
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第2课时 分段函数学习目标1.会用解析法及图象法表示分段函数.2.给出分段函数,能研究有关性质.3.能用分段函数解决生活中的一些简单问题.知识点一 分段函数(1)定义:像y =⎩⎨⎧-x ,x <0,x ,x ≥0这样的函数称为分段函数.(2)实质:函数f (x ),x ∈A ,自变量x 在A 中□1不同的取值范围内,有着不同的□2对应关系. 知识点二 分段函数的性质(1)定义域:各段自变量取值范围的□3并集,注意各段自变量取值范围的□4交集为空集,这是由函数定义中的唯一性决定的.(2)值域:各段函数在相应区间上函数取值集合的□5并集. (3)图象:根据不同定义域上的解析式分别作出,再将它们组合在一起得到整个分段函数的图象.[微练1] (多选题)下列给出的函数是分段函数的是( ) A .f (x )=⎩⎨⎧x 2+1,1≤x ≤5,2x ,x <1B .f (x )=⎩⎨⎧x +1,x ≥4,x 2,x ≤4C .f (x )=⎩⎨⎧2x +3,1≤x ≤5,x 2,x ≤1D .f (x )=⎩⎨⎧x 2+3,x <0,x -1,x ≥5解析:AD B 中的函数f (x )=⎩⎨⎧x +1,x ≥4,x 2,x ≤4中,当x =4时,有两个值与之对应,不满足函数的定义,不是分段函数;C 中的函数f (x )=⎩⎨⎧2x +3,1≤x ≤5,x 2,x ≤1中,当x =1时,有两个值与之对应,不满足函数的定义,不是分段函数;只有A 、D中的函数满足分段函数的定义,是分段函数.故选AD .[微练2] 已知函数f (x )=⎩⎨⎧1x +1,x <-1,x -1,x >1,则f (2)=( )A .0B .13C .1D .2解析:C ∵2>1,∴f (2)=2-1=1.题型一 分段函数求值(范围)问题已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x +2,x ≤-1,2x ,-1<x <2,x 22,x ≥2.(1)求f (-3),f (f (32))的值; (2)若f (a )=2,求a 的值. [解] (1)因为-3<-1, 所以f (-3)=-3+2=-1. 因为-1<32<2,所以f (32)=2×32=3. 又3>2,所以f (f (32))=f (3)=92.(2)当a ≤-1时,由f (a )=2,得a +2=2,a =0,舍去; 当-1<a <2时,由f (a )=2,得2a =2,a =1; 当a ≥2时,由f (a )=2, 得a 22=2,a =2或a =-2(舍去). 综上所述,a 的值为1或2. [发散思维]若本例函数f (x )不变,求满足f (x )>2x 的x 的取值范围. 解:当x ≤-1时,有x +2>2x .解得x <2,∴x ≤-1,当-1<x <2时,2x >2x ,x 无解, 当x ≥2时,x 22>2x .解得x >4, ∴x >4,综上,x 的取值范围为(-∞,-1]∪(4,+∞).1.分段函数求函数值的方法(1)确定要求值的自变量属于哪一段区间;(2)代入该段的解析式求值,直到求出值为止.当出现f (f (x 0))的形式时,应从内到外依次求值.2.已知函数值或不等式求范围的步骤(1)先将参数分情况代入解析式,列出方程(不等式);(2)解方程(不等式)求参数的值(范围),并检验是否符合参数的取值范围; (3)符合题意的所有值(范围的并集)即为所求.1.已知f (x )=⎩⎨⎧2x ,x >0,f (x +1),x ≤0,则f (-43)+f (43)等于( )A .-2B .4C .2D .-4解析:B ∵f (x )=⎩⎨⎧2x ,x >0,f (x +1),x ≤0,∴f (-43)=f (-43+1)=f (-13)=f (-13+1)=f (23)=23×2=43,f (43)=2×43=83, ∴f (-43)+f (43)=43+83=4.2.已知f (x )=⎩⎨⎧1,x ≥0,0,x <0,则不等式xf (x )+x ≤2的解集为( )A .[0,1]B .[0,2]C .(-∞,1]D .(-∞,2]解析:C 当x ≥0时,x ×1+x ≤2,解得0≤x ≤1;当x <0时,x ≤2,所以x <0.所以不等式xf (x )+x ≤2的解集为(-∞,1].故选C .3.设函数f (x )=⎩⎨⎧-x ,x ≤0,x 2,x >0,若f (α)=9,则α=________.解析:由题意得⎩⎨⎧α≤0,-α=9或⎩⎨⎧α>0,α2=9.∴α=-9或α=3. 答案:-9或3题型二 分段函数的图象及应用 角度1 分段函数的图象(1)(2023·许昌市高一六校联考)函数y =|x |x +x 的大致图象是( )(2)作出下列函数的图象: f (x )=⎩⎨⎧-x -1,x ≤-1,x 2-x -2,-1<x ≤2,x -2,x >2.(1)[解析] 法一:易得函数y =|x |x +x 的定义域为{x |x ≠0},排除A ,B ; 当x =-1时,y =-2,选项D 中的图象不符合,排除D .故选C . 法二:函数y =|x |x +x 的定义域为{x |x ≠0},依据绝对值的概念可得y =⎩⎨⎧1+x ,x >0,-1+x ,x <0,易知选项C 对应的图象正确. [答案] C(2)[解] 画出一次函数y =-x -1的图象,取(-∞,-1]上的一段;画出二次函数y =x 2-x -2的图象,取(-1,2]上的一段;画出一次函数y =x -2的图象,取(2,+∞)上的一段,如图所示.角度2 分段函数图象的应用(链接教材P 68例6)已知函数f (x )=-x 2+2,g (x )=x ,令φ(x )=min{f (x ),g (x )}(即f (x )和g (x )中的较小者).(1)分别用图象法和解析式表示φ(x ); (2)求函数φ(x )的定义域,值域.[解] (1)在同一个坐标系中画出函数f (x ),g (x )的图象如图①.由图①中函数取值的情况,结合函数φ(x )的定义,可得函数φ(x )的图象如图②.令-x 2+2=x ,得x =-2或x =1.结合图②,得出φ(x )的解析式为φ(x )=⎩⎨⎧-x 2+2,x ≤-2,x ,-2<x <1,-x 2+2,x ≥1.(2)由图②知,φ(x )的定义域为R ,φ(1)=1, ∴φ(x )的值域为(-∞,1].1.分段函数图象的画法作分段函数的图象时,分别作出各段的图象,在作每一段图象时,先不管定义域的限制,作出其图象,再保留定义域内的一段图象即可,作图时要特别注意接点处点的虚实,保证不重不漏.2.根据分段函数图象求解析式(1)首先从图象上看分段点及各段定义域.(2)其次看各段图象所代表的函数,用待定系数法求解析式,最后写成分段函数.4.已知函数f (x )=⎩⎨⎧x +1,-1≤x ≤0,x 2+1,0<x ≤1,则函数f (x )的图象是( )答案:A5.已知函数f (x )的图象如图所示,求f (x )的解析式.解:当-1≤x <0时,设f (x )=ax +b (a ≠0), 将(-1,0),(0,1)代入解析式, 则⎩⎨⎧-a +b =0,b =1.∴⎩⎨⎧a =1,b =1.∴f (x )=x +1. 当0≤x ≤1时,设f (x )=kx (k ≠0), 将(1,-1)代入,则k =-1.∴f (x )=-x . 即f (x )=⎩⎨⎧x +1,-1≤x <0,-x ,0≤x ≤1.题型三 分段函数在实际问题中的应用某市“招手即停”公共汽车的票价按下列规则制定: (1)5 km 以内(含5 km),票价2元;(2)5 km 以上,每增加5 km ,票价增加1元(不足5 km 的按5 km 计算). 如果某条线路的总里程为20 km ,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] 设票价为y 元,里程为x km.由题意可知,自变量x 的取值范围是(0,20].由“招手即停”公共汽车票价的制定规则,可得到以下函数解析式:y =⎩⎨⎧2,0<x ≤5,3,5<x ≤10,4,10<x ≤15,5,15<x ≤20.函数图象如图.分段函数应用问题的两个关注点(1)应用情境日常生活中的出租车计费、自来水费、电费、个人所得税的收取等,都是最简单的分段函数.(2)注意问题求解分段函数模型问题应明确分段函数的“段”,一定要分得合理.6.(2022·滨州高一检测)某同学设想用“高个子系数k ”来刻画成年男子的高个子的程度,他认为,成年男子身高160 cm 及其以下不算高个子,其高个子系数k 应为0;身高190 cm 及其以上的是理所当然的高个子,其高个子系数k 应为1,请给出一个符合该同学想法、合理的成年男子高个子系数k 关于身高x (cm)的函数关系式________.解析:设身高为x cm ,k (x )=ax +b (a >0),x ∈[160,190], 由⎩⎨⎧160a +b =0,190a +b =1, 解得⎩⎪⎨⎪⎧a =130,b =-163.k (x )=130x -163.故k =⎩⎪⎨⎪⎧0, 0<x ≤160,130(x -160), 160<x <190,1, x ≥190.答案:k =⎩⎪⎨⎪⎧0, 0<x ≤160,130(x -160), 160<x <190,1, x ≥190特别提醒(1)分段函数是一个函数,而不是几个函数,整体及各段符合函数的定义. (2)分段函数的定义域是各段自变量的并集,值域是各段值域的并集. (3)求解分段函数问题的原则是分段讨论.课时规范训练 A 基础巩固练1.已知函数f (x )=⎩⎨⎧x -2,x <2,f (x -1),x ≥2,则f (2)等于( )A .-1B .0C .1D .2解析:A f (2)=f (2-1)=f (1)=1-2=-1.2.著名的Dirichlet 函数D (x )=⎩⎨⎧1,x 为有理数,0,x 为无理数,则D (D (x ))等于( )A .0B .1C .⎩⎨⎧1,x 为无理数,0,x 为有理数D .⎩⎨⎧1,x 为有理数,0,x 为无理数解析:B ∵D (x )∈{0,1},∴D (x )为有理数, ∴D (D (x ))=1.3.一列货运火车从某站出发,匀加速行驶一段时间后开始匀速行驶,过了一段时间,火车到达下一站停车,装完货以后,火车又匀加速行驶,一段时间后再次匀速行驶,下列图象可以近似地刻画出这列火车的速度变化情况的是( )A B C D解析:B 根据题意,知这列火车从静止开始匀加速行驶,所以排除A ,D .然后匀速行驶一段时间后又停止了一段时间,排除C .故选B .4.设f (x )=⎩⎨⎧-x -3(x ≤-1),x 2(-1<x <2),3x (x ≥2),若f (x )=9,则x =()A .-12B .±3C .-12或±3D .-12或3解析:Df (x )=⎩⎨⎧-x -3(x ≤-1),x 2(-1<x <2),3x (x ≥2),f (x )=9,当x ≤-1时,-x -3=9,解得x =-12;当-1<x <2时,x 2=9,解得x =±3,不成立;当x ≥2时,3x =9,解得x =3,所以x =-12或x =3.故选D .5.(多选题)函数f (x )的图象如图所示,则f (x )的解析式是( )A .f (x )=⎩⎨⎧-x +1,x >0,x +1,x ≤0B .f (x )=⎩⎨⎧-x -1,x >0,x +1,x ≤0C .f (x )=-|x |+1D .f (x )=|x +1|解析:AC 由题中图象知 当x ≤0时,f (x )=x +1,当x >0时,f (x )=-x +1,故选AC .6.已知函数f (x )=⎩⎨⎧3x +2,x <1,x 2-ax ,x ≥1,若f (f (0))=a ,则实数a =________.解析:依题意知f (0)=3×0+2=2,则f (f (0))=f (2)=22-2a =a ,得a =43. 答案:437.某市出租汽车收费标准如下:在3 km 以内(含3 km)路程按起步价9元收费,超过3 km 的路程按2.4元/km 收费.收费额(单位:元)关于路程(单位:km)的函数解析式为________.解析:设路程为x km 时,收费额为y 元,则由题意得:当x ≤3时,y =9;当x >3时,按2.4元/km 所收费用为2.4×(x -3),那么有y =9+2.4×(x -3).于是,收费额关于路程的函数解析式为y =⎩⎨⎧9,0<x ≤3,9+2.4×(x -3),x >3,即y =⎩⎨⎧9,0<x ≤3,2.4x +1.8,x >3.答案:y =⎩⎨⎧9,0<x ≤3,2.4x +1.8,x >38.函数f (x )的图象如图所示,求函数f (x )的解析式.解:当x <-1时,设f (x )=ax +b , 则⎩⎨⎧-a +b =1,-2a +b =0,解得⎩⎨⎧a =1,b =2, 所以f (x )=x +2;当-1≤x ≤2时,设f (x )=kx 2, 由4=k ·22得k =1,所以f (x )=x 2; 当x >2时,设f (x )=cx +d ,则⎩⎨⎧2c +d =4,3c +d =6,解得⎩⎨⎧c =2,d =0,所以f (x )=2x ,所以f (x )=⎩⎨⎧x +2,x <-1,x 2,-1≤x ≤2,2x ,x >2.B 能力进阶练9.设x ∈R ,定义符号函数sgn x =⎩⎨⎧1,x >0,0,x =0,-1,x <0,则函数f (x )=|x |sgn x 的图象大致是( )A B C D解析:C由题意知f (x )=⎩⎨⎧x ,x >0,0,x =0,x ,x <0,则f (x )=x ,则f (x )的图象为C 中图象所示.10.(多选题)已知函数f (x )的图象由如图所示的两条线段组成,则( )A .f (f (1))=3B .f (2)>f (0)C .f (x )=-x +1+2|x -1|,x ∈[0,4]D .∃a >0,不等式f (x )≤a 的解集为[12,2]解析:AC 因为f (1)=0,f (0)=3,所以f (f (1))=3,A 正确;f (0)=3,0<f (2)<3,所以f (2)<f (0),B 错误;由题图得,当x ∈[0,1]时,设解析式为y =k 1x +b 1(k 1≠0),图象经过(1,0),(0,3),所以⎩⎨⎧k 1+b 1=0,b 1=3,解得⎩⎨⎧k 1=-3,b 1=3,所以y =3-3x ; x ∈[1,4]时,设解析式为y =k 2x +b 2(k 2≠0),图象经过(1,0),(4,3),所以⎩⎨⎧k 2+b 2=0,4k 2+b 2=3,解得⎩⎨⎧k 2=1,b 2=-1,所以解析式为y =x -1;即f (x )=-x +1+2|x -1|,x ∈[0,4],C 正确;由C 得f (2)=2-1=1,f (12)=3-32=32,如图,所以不存在大于零的a ,使得不等式f (x )≤a 的解集为[12,2],故D 错误.11.(多选题)已知函数f (x )=⎩⎨⎧x +2,x ≤-1,x 2,-1<x <2,关于函数f (x )的结论正确的是( )A .f (x )的定义域为RB .f (x )的值域为(-∞,4)C .若f (x )=3,则x 的值是 3D .f (x )<1的解集为(-1,1)解析:BC 由题意知函数f (x )的定义域为(-∞,2),故A 错误;当x ≤-1时,f (x )的取值范围是(-∞,1].当-1<x <2时,f (x )的取值范围是[0,4),因此f (x )的值域为(-∞,4),故B 正确;当x ≤-1时,x +2=3,解得x =1(舍去),当-1<x <2时,x 2=3,解得x =3或x =-3(舍去),故C 正确;当x ≤-1时,x +2<1,解得x <-1,当-1<x <2时,x 2<1,解得-1<x <1,因此f (x )<1的解集为(-∞,-1)∪(-1,1),故D 错误.故选BC .12.设函数f (x )=⎩⎨⎧x ,0<x <1,2(x -1),x ≥1.若f (a )=f (a +1),则f (1a )=________. 解析:若0<a <1,由f (a )=f (a +1)得a =2(a +1-1),所以a =14,所以f (1a )=f (4)=2×(4-1)=6.若a ≥1,由f (a )=f (a +1)得2(a -1)=2(a +1-1),无解.综上,f (1a )=6.答案:613.如图,该曲线表示一人骑自行车离家的距离与时间的关系.骑车者9时离开家,15时回家.根据这个曲线图,请你回答下列问题:(1)最初到达离家最远的地方是什么时间?离家多远?(2)何时开始第一次休息?休息多长时间?(3)第一次休息时,离家多远?(4)11:00到12:00他骑了多少千米?(5)他在9:00~10:00和10:00~10:30的平均速度分别是多少?(6)他在哪段时间里停止前进并休息用午餐?解:(1)最初到达离家最远的地方的时间是12时,离家30千米.(2)10:30开始第一次休息,休息了半小时.(3)第一次休息时,离家17千米.(4)11:00至12:00他骑了13千米.(5)9:00~10:00的平均速度是10千米/时;10:00~10:30的平均速度是14千米/时.(6)从12时到13时停止前进,并休息用午餐较为符合实际情形.。
1.2.3 函数的表示法及分段函数【学习目标】1.能举例说明解析法、图象法、列表法的含义及各自的优缺点;2.会选择恰当的方式正确表达函数;3.能举例说明分段函数的意义,会求一些实际问题的分段函数的解析式,会依据分段函数解析式画出图象、求出函数值【学习重点】会选择恰当的方式正确表达函数,理解分段函数的意义【难点提示】恰当选择方法表示不同的函数、写出较为复杂的分段函数的表达式【学法提示】1.请同学们课前将学案与教材1516P -结合进行自主学习(对教材中的文字、图象、表格、符号、观察、思考、说明与注释、例题及解答、阅读与思考、小结等都要仔细阅读)、小组讨论,积极思考提出更多、更好、更深刻的问题,为课堂学习做好充分的准备;2.在学习过程中用好“九字学习法”即:“读”、“挖”、“举”、“联”、“用”、“悟”、“总”、“研”、“会”,请在课堂上敢于提问、敢于质疑、敢于讲解与表达.【学习过程】 一、学习准备在初中我们已经接触过函数的三种表示法是: 、 、 ,为了进一步研究函数的表示方法,请先思考下面的问题:1.什么叫函数解析式 、函数的图象 ;什么叫函数的列举法 ;举一个用列表法的函数 (链接1)2.(1)函数11111x y x x x >⎧⎪=-≤≤⎨⎪-<-⎩1,当,当,当的表达式有什么特点?你能做出它的图像吗?(2)11111x y x x >⎧⎪=-≤≤⎨⎪-<-⎩1,当0,当,当的表达式有什么特点?你能做出它的图像吗?(3)函数1,0,R x Q y x Q∈⎧=⎨∈⎩ð的表达式有什么特点?你能做出它的图像吗? 二、学习探究1.阅读思考:请同学们阅读教材1922P -的内容,请思考:(1)你感觉从教材的例3、4、5、6学到什么?3、4、6是什么题型,求解它应分几步完成?关键点在哪里?(2)函数的三种表示法各自的特点是什么? (3)所有的函数均能用这三方法表示吗?(4)三种表示法表示函数需要注意一些什么问题?(5)函数的图象一定是连续的光滑的曲线或直线吗?2.观察思考:根据学习准备 “2”中三个函数及教材的例5、6的函数有哪些共同的特点,请给它取个名字并给出一般的定义 .解答有关分段函数问题的策略是什么?易错点在哪里?(链接2)三、典例赏析例1. 矩形的面积为10,如果矩形的长为x ,宽为y ,对角线为d ,周长为l ,那么你能获得关于这些量的哪些函数?能确定相应的定义域吗?思路启迪:根据矩形的相关性质来分析五个量之间存在的等量关系,由此得到函数关系. 解:解后反思 解答该题的关键在哪?解答该题应注意一些什么问题?变式练习 将长度为a 的铁丝折成矩形,求矩形面积y 关于一边长x 的函数关系式,并求出定义域、值域、作出图象.解:例2.某市出租车资费规定如下:(1)3公里以内(含3公里)9元;(2)3公里以上,每增加1公里,资费增加24元(不足1公里按1公里计算).某线路总里程为6公里,请根据题意写出资费与里程之间函数的解析表达式,并画出函数的图象.解:解后反思 解答该题的关键在哪?解答该题应注意一些什么问题?变式练习 某公司研制出了一种新产品,试制了一批样品分别在国内和国外上市销售,并且价格根据销售情况不断进行调整,结果40天内全部销完公司对销售及销售利润进行了调研,结果如图所示,其中图①(一条折线)、图②(一条抛物线段)分别是国外和国内市场的日销售量与上市时间的关系、图③是每件样品的销售利润与上市时间的关系.① 分别写出国外市场的日销售量)(t f 与上市时间t 的关系及国内市场的日销售量)(t g 与上市时间t 的关系;② 写出每件样品的销售利润)(t h 与上市时间t 的关系为.解:例3.设函数⎩⎨⎧<+≥+-=0,60,64)(2x x x x x x f ,则(3)f = ;若()3f x =,则x = .●解后反思 分段函数求值应注意什么问题?●变式练习已知符号函数 求不等式(1)sgn 2x x +>的解集.思路启迪:从分段的符号函数入手,分类讨论求解.解:四、学习反思1.本节课我们学习了哪些数学知识、数学思想方法,实现了我们的学习目标吗?如:、函数有哪三种表示法?三种表示法各自的优缺点是什么?分段函数的含义是什么?求分段函数解析式步骤是怎样的?由分段函数解析式画图象、求函数值应注意什么问题?2.对本节课你还有独特的见解吗?本节课的数学知识与生活有怎样的联系?感受到本节课数学知识与方法的美在哪里?(链接3)五、学习评价1.汽车经过启动、加速行驶、匀速行驶、减速行驶之后停车,若把这一过程中汽车的行驶路程s 看作时间t 的函数,其图象可能是( )2.某学生离家去学校,一开始跑步前进,跑累了再走余下的路程.下列图中纵轴表示离校的距离,横轴表示出发后的时间,则较符合学生走法的是( )A B C D 3.一个圆柱形容器的底部直径是d cm ,高是h cm ,现在以3vcm /s 的速度向容器内注入液体,求容器液体的高度x cm 关于注入液体的时间t s 的函数解析式,并写出函数的定义域. A . B . C .D . 1,0,sgn 0,0,1,0,x x x x >⎧⎪==⎨⎪-<⎩4.课本P23练习2、P24 A 组第9题、P25B 组P25习题2、4题.5.某摩托车生产企业,上年度生产摩托车的投入成本为1万元/辆,出厂价为12万元/辆,年销售量为1 000辆本年度为适应市场需求,计划提高产品档次,适度增加投入成本若每辆车投入成本增加的比例为x (0<x <1),则出厂价相应提高的比例为0.75x , 同时预计年销售量增加的比例为0.6x 已知年利润=(出厂价-投入成本)×年销售量.写出本年度预计的年利润y 与投入成本增加的比例x 的关系式.解:6.已知 求使()1f x ≥-成立的x 的取值范围.解:◆承前启后 我们函数的本质就是两个数集之间的对应关系,生活中还有其它对应吗?六、学习链接链接1.函数的解析式:用含有表示自变量的字母的代数式表示因变量的式子叫做函数的解析式; 函数的图像:对于一个函数,如果把自变量与函数的每对对应值分别作为点的横、纵坐标,那么坐标平面内由这些点组成的图形,就是这个函数的图象.函数的列表式:就是用表格来表示函数两个变量之间的对应关系.链接2. 教材中的例3、4、6均是应用问题,解答应用问题的步骤是:审题、建模、化 简、计算、下结论;其中审题、建模是关键;解析法的特点:简明、全面地概括了变量的搞演习关系,可以解析式求出任意一个自变量的值所对应的函数值,便于用解析式来研究函数的性质,还有利于求函数的值域;图像法的特点:直观、形象地表示自变量的变化关系,易看出相应的函数值变化的趋势,也有利于通过图象研究函数的性质,图象法在生产和生活中有许多应用,如企业生产图,股票指数走势图等.列表法的特点:不需要计算就可以直接看出与自变量的值对应的函数值,简洁明了.列表法在实际生产和生活中也有广泛应用,如成绩表、银行的利率表等.分段函数;对于自变量x 的不同的取值范围,有着不同的对应法则,这样的函数通常叫做分段函数.它是一个函数,而不是几个函数:分段函数的定义域是各段函数定义域的并集,值域也是各段函数值域的并集.解答分段函数问题的策略是:分段进行、逐一完成;易错点在于:分界点上的相关问题. 链接3. 函数的表示法体现完美性,分段函数体现了和谐、对称美.211,0,()2(1),0,x x f x x x ⎧+≤⎪=⎨⎪-->⎩。