2020版高考理科数学(人教版)一轮复习讲义:第二章 第七节 对数与对数函数 Word版含答案
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2020年高考数学一轮复习《对数与对数函数》考纲解读1.理解对数的概念及其运算性质,知道用换底公式能将一般对数转化成自然对数或常用对数;了解对数在简化运算中的作用.2.理解对数函数的概念和单调性,掌握对数函数的图像经过的特殊点.3.认识到对数函数是一类重要的函数模型.4.了解指数函数x y a =与对数函数log a y x =互为反函数(01)a a >≠且.命题趋势研究对数与对数函数是高中数学重要的内容之一,也是高考必考的知识点.试题的命制常以对数函数为载体考查函数的图像和性质、研究问题方法以及数形结合、分类讨论、函数与方程、等价转化的数学思想,同时也考查了考生分析与解决问题的能力,是高考考查的重点与难点,可以出现在各种题型中. 知识点精讲 一、对数概念(0)log (01)x a a N N n N a a =>⇔=>≠且,叫做以a 为底N 的对数.注:①0N >,负数和零没有对数;②log 10,log 1a a a ==; ③10lg log ,ln log e N N N N ==. 二、对数的运算性质(1)log ()log log (,);(2)log log log (,);(3)log log ();log (4)log (01,0,01)log a a a a a a n a a c a c MN M N M N R M M N M N R N M n M M R bb a a bc c a+++=+∈⎛⎫=-∈ ⎪⎝⎭=∈=>≠>>≠且且(换底公式)特殊地1log (,01,1)log a b b a b a b a=>≠≠且;log (5)log log (,0,0,1,)(6)(0,01)(6)log (,01).m a n a a NN a nb b a b m a n R ma N N a a a N N R a a =>≠≠∈=>>≠=∈>≠;且;且 化常数为指数、对数值常用这两个恒等式.三、对数函数(1)一般地,形如log (01)a y x a a =>≠且的函数叫对数函数.(2)对数函数log (01)a y x a a =>≠且的图像和性质,如表2-7所示.题型26 对数运算及对数方程、对数不等式 思路提示对数的有关运算问题要注意公式的顺用、逆用、变形用等.对数方程或对数不等式问题是要将其化为同底,利用对数单调性去掉对数符号,转化为不含对数的问题,但这里必须注意对数的真数为正. 一、对数运算例2.56552log 10log 0.25+=( ).0A.1B.2C.4D分析log log log log log ().n m n m a a a a a n x m y x y x y +=+=解析225555552log 10log 0.25log 10log 0.25log (1000.25)log 52+=+=⨯== 故选C .评注熟记对数的各种运算性质是求解本类问题的前提. 变式1 已知,x y 为正实数,则( )lg lg lg lg .222x y x y A +=+lg()lg lg .222x y x y B +=⋅ lg lg lg lg .222x y x y C ⋅=+lg()lg lg .222xy x y D =⋅解析 由y x y x xy lg lg lg lg )lg(2222==+故选D变式2 22(lg2)lg4lg5(lg5)+⋅+= ________..解析 22222)5(lg 5lg 2lg )2(lg )5(lg 5lg 4lg )2(lg +∙+=+∙+ 1)10(lg )5lg 2(lg )5(lg 5lg 2lg 2)2(lg 2222==+=+∙+=变式3 222lg 5lg8lg 5lg 20(lg 2)3++⋅+= ________.. 解析 2322)2(lg )4lg 5(lg 5lg 2lg 325lg 2)2(lg 20lg 5lg 8lg 325lg ++∙++=+∙++22)2(lg 4lg 5lg 2lg 25lg 2)5(lg +∙+++= )2lg 5(lg 2)2(lg 2lg 5lg 2)5(lg 22+++∙+= 32)2lg 5(lg 2=++=例2.57274log 81log 8+=________. .解析324327342324433log 81log 3log 3,log 8log 2log 2.3322====== 所以原式4317.326=+= 变式1= ________..解析 2222)22(246,)22()2(2222246-=-+=+∙+=+所以4)22()22()22()22(24624622=-++=-++=-++例2.58 lg30lg0.515()3⨯= ________.. 分析(,0)log log .c c a b a b a b =>⇒= 解析lg30lg 0.515(),3x ⨯= 则()lg0.5lg30lg0.5lg30111lg lg 5()lg 5lg lg30lg5lg0.5lg 333x ⎡⎤⎛⎫=⨯=+=⋅+⋅ ⎪⎢⎥⎣⎦⎝⎭(lg30lg3)lg5(lg5lg10)(lg1lg3)lg5lg3lg5lg3lg5lg3=+⋅+--=+⋅-⋅+ lg15=所以15x = 二、对数方程例2.59解下列方程:22111(1)(lg lg3)lg5lg(10);22(2)log (231) 1.x x x x x --=---+= 分析利用对数的运算性质化简后求解.解析(1)11(lg lg 3)lg 5lg(10)22x x -=--,首先方程中的x 应满足10x >,原方程可变形为lg lg32lg5lg(10)x x -=--,即25lg lg 310x x =-,得25310x x =-,从而15x =或5x =-(舍),经检验,15x =是原方程的解.(2)221log (231)1x x x --+=,222210112311x x x x x ⎧->-≠⎪⇔⎨-+=-⎪⎩且,解得2x =. 经检验2x =是方程的解.评注解对数方程一定要注意对数方程成立条件下x 的取值范围,是检验求出的解是否为增根的主要依据.变式1 函数2()l o g (41).x f x a x=+- (1)若函数()f x 是R 上的偶函数,求实数a 的值; (2)若4a =,求函数()f x 的零点.解析 (1)若)(x f 是偶函数,则)1()1(f f =-,得a ++-)41(log 12 a -+=)41(log 2,得24log 45log 5log 2222==-=a ,故1=a 。
§2.6 对数与对数函数1.对数的概念一般地,对于指数式a b =N ,我们把“以a 为底N 的对数b ”记作log a N ,即b =log a N (a >0,且a ≠1).2.对数log a N (a >0,a ≠1)具有下列性质 (1)N >0;(2)log a 1=0;(3)log a a =1. 3.对数运算法则(1)log a (MN )=log a M +log a N . (2)log a MN =log a M -log a N .(3)log a M α=αlog a M . 4.对数的重要公式 (1)对数恒等式:log a Na=N .(2)换底公式:log b N =log a Nlog a b .5.对数函数的图象与性质6.反函数指数函数y =a x (a >0且a ≠1)与对数函数y =log a x (a >0且a ≠1)互为反函数,它们的图象关于直线y =x 对称. 概念方法微思考1.根据对数换底公式:①说出log a b ,log b a 的关系? ②化简log m n a b .提示 ①log a b ·log b a =1;②log m n a b =nmlog a b .2.如图给出4个对数函数的图象.比较a ,b ,c ,d 与1的大小关系.提示 0<c <d <1<a <b .题组一 思考辨析1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)若MN >0,则log a (MN )=log a M +log a N .( × )(2)对数函数y =log a x (a >0且a ≠1)在(0,+∞)上是增函数.( × ) (3)函数y =ln1+x1-x与y =ln(1+x )-ln(1-x )的定义域相同.( √ )(4)对数函数y =log a x (a >0且a ≠1)的图象过定点(1,0)且过点(a,1),⎝⎛⎭⎫1a ,-1,函数图象只在第一、四象限.( √ ) 题组二 教材改编2.log 29·log 34·log 45·log 52=________. 答案 2 3.已知a =132-,b =log 213,c =121log 3,则a ,b ,c 的大小关系为________.答案 c >a >b解析 ∵0<a <1,b <0,c =121log 3=log 23>1. ∴c >a >b .4.函数y______.答案 ⎝⎛⎦⎤12,1解析 由23log (21)x -≥0,得0<2x -1≤1.∴12<x ≤1. ∴函数y⎝⎛⎦⎤12,1.题组三 易错自纠5.已知b >0,log 5b =a ,lg b =c,5d =10,则下列等式一定成立的是( ) A .d =ac B .a =cd C .c =ad D .d =a +c 答案 B6.已知函数y =log a (x +c )(a ,c 为常数,其中a >0,a ≠1)的图象如图,则下列结论成立的是()A .a >1,c >1B .a >1,0<c <1C .0<a <1,c >1D .0<a <1,0<c <1答案 D解析 由该函数的图象通过第一、二、四象限知该函数为减函数,∴0<a <1,∵图象与x 轴的交点在区间(0,1)之间,∴该函数的图象是由函数y =log a x 的图象向左平移不到1个单位后得到的,∴0<c <1.7.若log a 34<1(a >0且a ≠1),则实数a 的取值范围是____________________.答案 ⎝⎛⎭⎫0,34∪(1,+∞) 解析 当0<a <1时,log a 34<log a a =1,∴0<a <34;当a >1时,log a 34<log a a =1,∴a >1.∴实数a 的取值范围是⎝⎛⎭⎫0,34∪(1,+∞).题型一 对数的运算1.设2a =5b =m ,且1a +1b =2,则m 等于( )A.10 B .10 C .20 D .100 答案 A解析 由已知,得a =log 2m ,b =log 5m , 则1a +1b =1log 2m +1log 5m =log m 2+log m 5=log m 10=2. 解得m =10.2.计算:⎝⎛⎭⎫lg 14-lg 25÷12100-=________. 答案 -20 解析原式=(lg 2-2-lg 52)×12100=lg ⎝⎛⎭⎫122×52×10=lg 10-2×10=-2×10=-20.3.计算:(1-log 63)2+log 62·log 618log 64=________.答案 1 解析 原式=1-2log 63+(log 63)2+log 663·log 6(6×3)log 64=1-2log 63+(log 63)2+1-(log 63)2log 64=2(1-log 63)2log 62=log 66-log 63log 62=log 62log 62=1.4.设函数f (x )=3x +9x ,则f (log 32)=________. 答案 6解析 ∵函数f (x )=3x +9x , ∴f (log 32)=3log 23+3log 29=2+9log 49=2+4=6.思维升华 对数运算的一般思路(1)拆:首先利用幂的运算把底数或真数进行变形,化成分数指数幂的形式,使幂的底数最简,然后利用对数运算性质化简合并.(2)合:将对数式化为同底数的和、差、倍数运算,然后逆用对数的运算性质,转化为同底对数真数的积、商、幂的运算. 题型二 对数函数的图象及应用例1 (1)已知函数f (x )是定义在R 上的偶函数,且当x ≥0时,f (x )=ln(x +1),则函数f (x )的大致图象为( )答案 C解析 先作出当x ≥0时,f (x )=ln(x +1)的图象,显然图象经过点(0,0),再作此图象关于y 轴对称的图象,可得函数f (x )在R 上的大致图象,如选项C 中图象所示. (2)函数f (x )=2x |log 0.5x |-1的零点个数为( ) A .1 B .2 C .3 D .4 答案 B解析 函数f (x )=2x |log 0.5x |-1的零点个数即方程|log 0.5x |=⎝⎛⎭⎫12x的解的个数,即函数y =|log 0.5x |与函数y =⎝⎛⎭⎫12x图象交点的个数,作出两函数的图象(图略)可知它们有2个交点. (3)当0<x ≤12时,4x <log a x ,则a 的取值范围是( )A.⎝⎛⎭⎫0,22 B.⎝⎛⎭⎫22,1C .(1,2)D .(2,2)答案 B解析 由题意得,当0<a <1时,要使得4x <log a x ⎝⎛⎭⎫0<x ≤12, 即当0<x ≤12时,函数y =4x 的图象在函数y =log a x 图象的下方.又当x =12时,124=2,即函数y =4x 的图象过点⎝⎛⎭⎫12,2.把点⎝⎛⎭⎫12,2代入y =log a x ,得a =22.若函数y =4x 的图象在函数y =log a x 图象的下方,则需22<a <1(如图所示).当a >1时,不符合题意,舍去. 所以实数a 的取值范围是⎝⎛⎭⎫22,1.引申探究若本例(3)变为方程4x =log a x 在⎝⎛⎦⎤0,12上有解,则实数a 的取值范围为__________. 答案 ⎝⎛⎦⎤0,22解析 若方程4x =log a x 在⎝⎛⎦⎤0,12上有解,则函数y =4x 和函数y =log a x 在⎝⎛⎦⎤0,12上有交点, 由图象知⎩⎪⎨⎪⎧0<a <1,log a 12≤2,解得0<a ≤22. 思维升华 (1)对一些可通过平移、对称变换作出其图象的对数型函数,在求解其单调性(单调区间)、值域(最值)、零点时,常利用数形结合思想求解.(2)一些对数型方程、不等式问题常转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解. 跟踪训练1 (1)函数y =2log 4(1-x )的图象大致是( )答案 C解析 函数y =2log 4(1-x )的定义域为(-∞,1),排除A ,B ;又函数y =2log 4(1-x )在定义域内单调递减,排除D.故选C.(2)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧log 2x ,x >0,3x ,x ≤0,且关于x 的方程f (x )+x -a =0有且只有一个实根,则实数a 的取值范围是____________. 答案 (1,+∞)解析 如图,在同一坐标系中分别作出y =f (x )与y =-x +a 的图象,其中a 表示直线在y 轴上的截距.由图可知,当a >1时,直线y =-x +a 与y =f (x )只有一个交点.题型三 对数函数的性质及应用命题点1 比较对数值的大小例2 设a =log 412,b =log 515,c =log 618,则( ) A .a >b >c B .b >c >a C .a >c >b D .c >b >a答案 A解析 a =1+log 43,b =1+log 53,c =1+log 63, ∵log 43>log 53>log 63,∴a >b >c . 命题点2 解对数方程、不等式例3 (1)方程log 2(x -1)=2-log 2(x +1)的解为________. 答案 x = 5解析 原方程变形为log 2(x -1)+log 2(x +1)=log 2(x 2-1)=2,即x 2-1=4,解得x =±5,又x >1,所以x = 5.(2)已知不等式log x (2x 2+1)<log x (3x )<0成立,则实数x 的取值范围是____________. 答案 ⎝⎛⎭⎫13,12解析 原不等式⇔①⎩⎪⎨⎪⎧0<x <1,2x 2+1>3x >1,或②⎩⎪⎨⎪⎧x >1,2x 2+1<3x <1,解不等式组①得13<x <12,不等式组②无解.所以实数x 的取值范围为⎝⎛⎭⎫13,12. 命题点3 对数函数性质的综合应用例4 (1)若函数f (x )=log 2(x 2-ax -3a )在区间(-∞,-2]上是减函数,则实数a 的取值范围是( )A .(-∞,4)B .(-4,4]C .(-∞,-4)∪[-2,+∞)D .[-4,4)答案 D解析 由题意得x 2-ax -3a >0在区间(-∞,-2]上恒成立且函数y =x 2-ax -3a 在(-∞,-2]上单调递减,则a2≥-2且(-2)2-(-2)a -3a >0,解得实数a 的取值范围是[-4,4),故选D.(2)函数f (x )=log 2x ·()2x 的最小值为______.答案 -14解析 依题意得f (x )=12log 2x ·(2+2log 2x )=(log 2x )2+log 2x =⎝⎛⎭⎫log 2x +122-14≥-14,当log 2x =-12,即x =22时等号成立,所以函数f (x )的最小值为-14. (3)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧(a -1)x +4-2a ,x <1,1+log 2x ,x ≥1,若f (x )的值域为R ,则实数a 的取值范围是____________. 答案 (1,2]解析 当x ≥1时,f (x )=1+log 2x ≥1,当x <1时,f (x )=(a -1)x +4-2a 必须是增函数,且最大值大于或等于1才能满足f (x )的值域为R ,可得⎩⎪⎨⎪⎧a -1>0,a -1+4-2a ≥1,解得a ∈(1,2].思维升华 利用对数函数的性质,求与对数函数有关的函数值域和复合函数的单调性问题,必须弄清三方面的问题:一是定义域,所有问题都必须在定义域内讨论;二是底数与1的大小关系;三是复合函数的构成,即它是由哪些基本初等函数复合而成的.另外,解题时要注意数形结合、分类讨论、转化与化归思想的应用.跟踪训练2 (1)已知a ,b >0且a ≠1,b ≠1,若log a b >1,则( ) A .(a -1)(b -1)<0 B .(a -1)(a -b )>0 C .(b -1)(b -a )<0 D .(b -1)(b -a )>0答案 D解析 由a ,b >0且a ≠1,b ≠1,及log a b >1=log a a 可得,当a >1时,b >a >1,当0<a <1时,0<b <a <1,代入验证只有D 满足题意.(2)已知函数f (x )=log a (8-ax )(a >0,且a ≠1),若f (x )>1在区间[1,2]上恒成立,则实数a 的取值范围是__________. 答案 ⎝⎛⎭⎫1,83 解析 当a >1时,f (x )=log a (8-ax )在[1,2]上是减函数,由f (x )>1在区间[1,2]上恒成立, 则f (x )min =f (2)=log a (8-2a )>1,且8-2a >0,解得1<a <83.当0<a <1时,f (x )在[1,2]上是增函数, 由f (x )>1在区间[1,2]上恒成立,知f (x )min =f (1)=log a (8-a )>1,且8-2a >0. ∴a >4,且a <4,故不存在.综上可知,实数a 的取值范围是⎝⎛⎭⎫1,83.比较指数式、对数式的大小比较大小问题是每年高考的必考内容之一,基本思路是:(1)比较指数式和对数式的大小,可以利用函数的单调性,引入中间量;有时也可用数形结合的方法.(2)解题时要根据实际情况来构造相应的函数,利用函数单调性进行比较,如果指数相同,而底数不同则构造幂函数,若底数相同而指数不同则构造指数函数,若引入中间量,一般选0或1.例 (1)已知a =log 23+log 23,b =log 29-log 23,c =log 32,则a ,b ,c 的大小关系是( ) A .a =b <c B .a =b >c C .a <b <c D .a >b >c答案 B解析 因为a =log 23+log 23=log 233=32log 23>1,b =log 29-log 23=log 233=a ,c =log 32<log 33=1,所以a =b >c .(2)(2018·全国Ⅲ)设a =log 0.20.3,b =log 20.3,则( ) A .a +b <ab <0 B .ab <a +b <0 C .a +b <0<ab D .ab <0<a +b 答案 B解析 ∵a =log 0.20.3>log 0.21=0,b =log 20.3<log 21=0,∴ab <0. ∵a +b ab =1a +1b=log 0.30.2+log 0.32=log 0.30.4, ∴1=log 0.30.3>log 0.30.4>log 0.31=0, ∴0<a +b ab<1,∴ab <a +b <0.(3)设a =log 3π,b =log 23,c =log 32,则a ,b ,c 的大小关系是________. 答案 a >b >c解析 因为a =log 3π>log 33=1,b =log 23<log 22=1,所以a >b ,又b c =12log 2312log 32=(log 23)2>1,c >0,所以b >c ,故a >b >c .(4)若实数a ,b ,c 满足log a 2<log b 2<log c 2,则下列关系中不可能成立的是________.(填序号) ①a <b <c ;②b <a <c ;③c <b <a ;④a <c <b . 答案 ①解析 由log a 2<log b 2<log c 2的大小关系,可知a ,b ,c 有如下可能:1<c <b <a ;0<a <1<c <b ;0<b <a <1<c ;0<c <b <a <1.故①中关系不可能成立.(5)已知函数y =f (x +2)的图象关于直线x =-2对称,且当x ∈(0,+∞)时,f (x )=|log 2x |,若a =f (-3),b =f ⎝⎛⎭⎫14,c =f (2),则a ,b ,c 的大小关系是________. 答案 b >a >c解析 易知y =f (x )是偶函数.当x ∈(0,+∞)时,f (x )=f ⎝⎛⎭⎫1x =|log 2x |,且当x ∈[1,+∞)时,f (x )=log 2x 单调递增,又a =f (-3)=f (3),b =f ⎝⎛⎭⎫14=f (4),所以b >a >c.1.log 29·log 34等于( ) A.14 B.12 C .2 D .4 答案 D解析 方法一 原式=lg 9lg 2·lg 4lg 3=2lg 3·2lg 2lg 2·lg 3=4.方法二 原式=2log 23·log 24log 23=2×2=4.2.(2018·宁夏银川一中模拟)设a =0.50.4,b =log 0.40.3,c =log 80.4,则a ,b ,c 的大小关系是( )A .a <b <cB .c <b <aC .c <a <bD .b <c <a 答案 C解析 ∵0<a =0.50.4<0.50=1, b =log 0.40.3>log 0.40.4=1, c =log 80.4<log 81=0,∴a ,b ,c 的大小关系是c <a <b .3.已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧log 2x ,x >0,3-x +1,x ≤0,则f (f (1))+f ⎝⎛⎭⎫log 312的值是( ) A .5 B .3 C .-1 D.72答案 A解析 由题意可知f (1)=log 21=0, f (f (1))=f (0)=30+1=2,f ⎝⎛⎭⎫log 312=31log 23-+1=3log 23+1=2+1=3, 所以f (f (1))+f ⎝⎛⎭⎫log 312=5.4.函数f (x )=x log a |x ||x |(0<a <1)的大致图象是( )答案 C解析 当x >0时,f (x )=log a x 单调递减,排除A ,B ;当x <0时,f (x )=-log a (-x )单调递减,排除D.故选C. 5.已知函数f (x )=ln e x e -x,若f ⎝⎛⎭⎫e 2 019+f ⎝⎛⎭⎫2e 2 019+…+f ⎝⎛⎭⎫2 018e 2 019=1 009(a +b ),则a 2+b 2的最小值为( )A .1B .2C .3D .4 答案 B解析 ∵f (x )+f (e -x )=2,∴f ⎝⎛⎭⎫e 2 019+f ⎝⎛⎭⎫2e 2 019+…+f ⎝⎛⎭⎫2 018e 2 019=2 018, ∴1 009(a +b )=2 018,∴a +b =2.∴a 2+b 2≥(a +b )22=2,当且仅当a =b =1时取等号.6.若函数f (x )=log a ⎝⎛⎭⎫x 2+32x (a >0,a ≠1)在区间⎝⎛⎭⎫12,+∞内恒有f (x )>0,则f (x )的单调递增区间为( ) A .(0,+∞) B .(2,+∞) C .(1,+∞) D.⎝⎛⎭⎫12,+∞ 答案 A解析 令M =x 2+32x ,当x ∈⎝⎛⎭⎫12,+∞时,M ∈(1,+∞),f (x )>0,所以a >1,所以函数y =log a M 为增函数,又M =⎝⎛⎭⎫x +342-916, 因此M 的单调递增区间为⎝⎛⎭⎫-34,+∞. 又x 2+32x >0,所以x >0或x <-32,所以函数f (x )的单调递增区间为(0,+∞).7.已知a >b >1.若log a b +log b a =52,a b =b a ,则a =______,b =________.答案 4 2解析 令log a b =t ,∵a >b >1,∴0<t <1,由log a b +log b a =52,得t +1t =52,解得t =12或t =2(舍去),即log a b =12,∴b =a ,又a b =b a ,∴(a )a ,即2a a ,即a =a2,解得a =4,∴b =2.8.设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧21-x,x ≤1,1-log 2x ,x >1,则满足f (x )≤2的x 的取值范围是__________.答案 [0,+∞)解析 当x ≤1时,由21-x ≤2,解得x ≥0,所以0≤x ≤1; 当x >1时,由1-log 2x ≤2,解得x ≥12,所以x >1.综上可知x ≥0.9.设实数a ,b 是关于x 的方程|lg x |=c 的两个不同实数根,且a <b <10,则abc 的取值范围是________. 答案 (0,1)解析 由题意知,在(0,10)上,函数y =|lg x |的图象和直线y =c 有两个不同交点,∴ab =1,0<c <lg 10=1,∴abc 的取值范围是(0,1).10.已知函数f (x )=ln x1-x ,若f (a )+f (b )=0,且0<a <b <1,则ab 的取值范围是________.答案 ⎝⎛⎭⎫0,14 解析 由题意可知ln a 1-a +ln b1-b=0,即ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫a 1-a ×b 1-b =0,从而a 1-a ×b1-b=1, 化简得a +b =1,故ab =a (1-a )=-a 2+a =-⎝⎛⎭⎫a -122+14,又0<a <b <1,∴0<a <12,故0<-⎝⎛⎭⎫a -122+14<14. 11.设f (x )=log a (1+x )+log a (3-x )(a >0,且a ≠1),且f (1)=2. (1)求实数a 的值及f (x )的定义域; (2)求f (x )在区间⎣⎡⎦⎤0,32上的最大值. 解 (1)∵f (1)=2,∴log a 4=2(a >0,且a ≠1),∴a =2.由⎩⎪⎨⎪⎧1+x >0,3-x >0,得-1<x <3,∴函数f (x )的定义域为(-1,3). (2)f (x )=log 2(1+x )+log 2(3-x )=log 2[(1+x )(3-x )]=log 2[-(x -1)2+4], ∴当x ∈(-1,1]时,f (x )是增函数; 当x ∈(1,3)时,f (x )是减函数,故函数f (x )在⎣⎡⎦⎤0,32上的最大值是f (1)=log 24=2. 12.已知函数f (x )是定义在R 上的偶函数,f (0)=0,当x >0时,f (x )=12log x .(1)求函数f (x )的解析式; (2)解不等式f (x 2-1)>-2. 解 (1)当x <0时,-x >0, 则f (-x )=()12log x -.因为函数f (x )是偶函数,所以f (-x )=f (x ). 所以x <0时,f (x )=()12log x -,所以函数f (x )的解析式为()()1212log ,00=0log ,0.x x f x x x x ⎧⎪⎪⎨⎪-⎪⎩>,=,,<(2)因为f (4)=12log 4=-2,f (x )是偶函数,所以不等式f (x 2-1)>-2可化为f (|x 2-1|)>f (4). 又因为函数f (x )在(0,+∞)上是减函数, 所以0<|x 2-1|<4,解得-5<x <5且x ≠±1, 而x 2-1=0时,f (0)=0>-2,所以x =1或x =-1. 所以-5<x < 5.所以不等式的解集为{x |-5<x <5}.13.根据有关资料,围棋状态空间复杂度的上限M 约为3361,而可观测宇宙中普通物质的原子总数N 约为1080.则下列各数中与MN 最接近的是( )(参考数据:lg 3≈0.48)A .1033B .1053C .1073D .1093 答案 D解析 由题意,lg M N =lg 33611080=lg 3361-lg 1080=361lg 3-80lg 10≈361×0.48-80×1=93.28. 又lg 1033=33,lg 1053=53,lg 1073=73,lg 1093=93, 故与MN最接近的是1093.故选D.14.已知函数f (x )=log a (2x -a )在区间⎣⎡⎦⎤12,23上恒有f (x )>0,则实数a 的取值范围是( ) A.⎝⎛⎭⎫13,1 B.⎣⎡⎭⎫13,1 C.⎝⎛⎭⎫23,1 D.⎣⎡⎭⎫23,1 答案 A解析 当0<a <1时,函数f (x )在区间⎣⎡⎦⎤12,23上是减函数,所以log a ⎝⎛⎭⎫43-a >0,即0<43-a <1,解得13<a <43,故13<a <1;当a >1时,函数f (x )在区间⎣⎡⎦⎤12,23上是增函数,所以log a (1-a )>0,即1-a >1,解得a <0,此时无解.综上所述,实数a 的取值范围是⎝⎛⎭⎫13,1.15.若函数f (x )=log a (x 2-x +2)在区间[0,2]上的最大值为2,则实数a =________. 答案 2解析 令u (x )=x 2-x +2,则u (x )在[0,2]上的最大值u (x )max =4,最小值u (x )min =74.当a >1时,y =log a u 是增函数,f (x )max =log a 4=2, 得a =2;当0<a <1时,y =log a u 是减函数,f (x )max =log a 74=2,得a =72(舍去).故a =2. 16.已知函数f (x )=lg x -1x +1.(1)计算:f (2 020)+f (-2 020); (2)对于x ∈[2,6],f (x )<lgm(x +1)(7-x )恒成立,求实数m 的取值范围.解 (1)由x -1x +1>0,得x >1或x <-1.∴函数的定义域为{x |x >1或x <-1}.又f (x )+f (-x )=lg ⎝⎛⎭⎪⎫1-x 1+x ·1+x 1-x =0, ∴f (x )为奇函数. 故f (2 020)+f (-2 020)=0.(2)当x ∈[2,6]时,f (x )<lg m(x +1)(7-x )恒成立可化为x -11+x <m(x +1)(7-x )恒成立.即m >(x -1)(7-x )在[2,6]上恒成立.又当x ∈[2,6]时,(x -1)(7-x )=-x 2+8x -7=-(x -4)2+9. ∴当x =4时,[(x -1)(7-x )]max =9,∴m >9. 即实数m 的取值范围是(9,+∞).。
第七节对数与对数函数1.对数概念如果a x=N(a>0,且a≠1),那么数x叫做以a为底N的对数,记作x=log a N,其中a叫做对数的底数,N叫做真数,log a N叫做对数式.其中常用对数:log10N⇔lg N;自然对数:log e N⇔lnN性质对数式与指数式的互化:a x=N⇔x=log a N❶log a1=0,log a a=1,a log a N=N运算法则❷log a(M·N)=log a M+log a Na>0,且a≠1,M>0,N>0 log aMN=log a M-log a Nlog a M n=n log a M(n∈R)换底公式换底公式:log a b=log c blog c a(a>0,且a≠1,c>0,且c≠1,b>0)函数y=log a x(a>0,且a≠1)图象❸a>10<a<1图象特征在y轴右侧,过定点(1,0)当x逐渐增大时,图象是上升的当x逐渐增大时,图象是下降的性质定义域(0,+∞)值域R单调性在(0,+∞)上是增函数在(0,+∞)上是减函数函数值变化规律当x=1时,y=0当x>1时,y>0;当0<x<1时,y<0当x>1时,y<0;当0<x<1时,y>0谨记运算法则有关口诀积的对数变加法;商的对数变减法;幂的乘方取对数,要把指数提到前.①对数函数y =log a x (a >0,且a ≠1)的图象过定点(1,0),且过点(a,1),⎝⎛⎭⎫1a ,-1,函数图象只在第一、四象限.②在直线x =1的右侧,当a >1时,底数越大,图象越靠近x 轴;当0<a <1时,底数越小,图象越靠近x 轴,即“底大图低”.③函数y =log a x 与y =log 1ax 的图象关于x 轴对称.[熟记常用结论]1.换底公式的两个重要结论 (1)log a b =1log b a;(2)log am b n =n m log a b .其中a >0且a ≠1,b >0且b ≠1,m ≠0,n ∈R.2.对数函数的图象与底数大小的比较如图,作直线y =1,则该直线与四个函数图象交点的横坐标为相应的底数,故0<c <d <1<a <b .由此我们可得到以下规律:在第一象限内从左到右底数逐渐增大.[小题查验基础]一、判断题(对的打“√”,错的打“×”) (1)函数y =log 2(x +1)是对数函数.( ) (2)log 2x 2=2log 2x .( ) (3)当x >1时,log a x >0.( )(4)若MN >0,则log a (MN )=log a M +log a N .( )(5)对数函数y =log a x (a >0且a ≠1)在(0,+∞)上是增函数.( ) 答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× 二、选填题1.函数y =lg|x |( )A .是偶函数,在区间(-∞,0)上单调递增B .是偶函数,在区间(-∞,0)上单调递减C .是奇函数,在区间(0,+∞)上单调递减D .是奇函数,在区间(0,+∞)上单调递增解析:选B y =lg|x |是偶函数,由图象知在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增.2.已知a >0,a ≠1,函数y =a x 与y =log a (-x )的图象可能是( )解析:选B 函数y =log a (-x )的图象与y =log a x 的图象关于y 轴对称,符合条件的只有B.3.函数y =log 0.5(4x -3)的定义域为______.解析:要使函数有意义,须满足⎩⎪⎨⎪⎧4x -3>0,log 0.5(4x -3)≥0,解得34<x ≤1.答案:⎝⎛⎦⎤34,14.函数y =log a (x -1)+2(a >0,且a ≠1)的图象恒过的定点是________.解析:当x =2时,函数y =log a (x -1)+2(a >0,且a ≠1)的值为2,所以图象恒过定点(2,2). 答案:(2,2)5.计算:log 23·log 34+(3)log 34=________. 解析:log 23·log 34+(3)log 34=lg 3lg 2·2lg 2lg 3+312log 34=2+3log 32=2+2=4. 答案:4考点一 对数式的化简与求值[基础自学过关][题组练透]1.设log a 2=m ,log a 3=n ,则a 2m+n的值为________.解析:由已知得a 2m +n =a 2log a 2+log a 3=a log a 4+log a 3=a log a 12=12. 答案:122.已知log 189=a,18b =5,则log 3645=________(用关于a ,b 的式子表示). 解析:因为18b =5,所以log 185=b ,又log 189=a ,于是log 3645=log 1845log 1836=log 18(9×5)1+log 182=a +b1+log 18189=a +b2-a.答案:a+b 2-a3.计算:(1)lg 25+lg 2·lg 50+(lg 2)2;(2)(lg 3)2-lg 9+1·(lg27+lg 8-lg 1 000)lg 0.3·lg 1.2;(3)(log32+log92)·(log43+log83).解:(1)原式=(lg 2)2+(1+lg 5)lg 2+lg 52=(lg 2+lg 5+1)lg 2+2lg 5=(1+1)lg 2+2lg 5=2(lg 2+lg 5)=2.(2)原式=(lg 3)2-2lg 3+1·⎝⎛⎭⎫32lg 3+3lg 2-32 (lg 3-1)·(lg 3+2lg 2-1)=(1-lg 3)·32(lg 3+2lg 2-1)(lg 3-1)·(lg 3+2lg 2-1)=-32.(3)原式=log32·log43+log32·log83+log92·log43+log92·log83=lg 2lg 3·lg 32lg 2+lg 2lg 3·lg 33lg 2+lg 22lg 3·lg 32lg 2+lg 22lg 3·lg 33lg 2=12+13+14+16=54.[名师微点]对数运算的一般思路(1)将真数化为底数的指数幂的形式进行化简;(2)将同底对数的和、差、倍合并;(3)利用换底公式将不同底的对数式转化成同底的对数式,要注意换底公式的正用、逆用及变形应用;(4)利用常用对数中的lg 2+lg 5=1.考点二对数函数的图象及应用[师生共研过关][典例精析][例1](2019·合肥质检)函数y=ln(2-|x|)的大致图象为()[解析] 令f (x )=ln(2-|x |),易知函数f (x )的定义域为{x |-2<x <2},且f (-x )=ln(2-|-x |)=ln(2-|x |)=f (x ),所以函数f (x )为偶函数,排除选项C 、D.由对数函数的单调性及函数y =2-|x |的单调性知A 正确.[答案] A[例2] 当0<x ≤12时,4x <log a x ,则a 的取值范围是( )A.⎝⎛⎭⎫0,22 B.⎝⎛⎭⎫22,1 C .(1,2)D .(2,2)[解析] 易知0<a <1,函数y =4x 与y =log a x 的大致图象如图,则由题意可知只需满足log a 12>412,解得a >22,∴22<a <1,故选B. [答案] B [变式发散]1.(变条件)将例2中“4x <log a x ”变为“4x =log a x 有解”,a 的取值范围为__________. 解析:若方程4x =log a x 在⎝⎛⎦⎤0,12上有解,则函数y =4x 与函数y =log a x 的图象在⎝⎛⎦⎤0,12上有交点.由图象可知⎩⎪⎨⎪⎧0<a <1,log a 12≤2,解得0<a ≤22,即a 的取值范围为⎝⎛⎦⎤0,22. 答案:⎝⎛⎦⎤0,22 2.(变条件)若例2变为:已知不等式x 2-log a x <0对x ∈⎝⎛⎭⎫0,12恒成立,则实数a 的取值范围为__________.解析:由x 2-log a x <0得x 2<log a x ,设f 1(x )=x 2,f 2(x )=log a x ,要使x ∈⎝⎛⎭⎫0,12时,不等式x 2<log a x 恒成立,只需f 1(x )=x 2在⎝⎛⎭⎫0,12上的图象在f 2(x )=log a x 图象的下方即可. 当a >1时,显然不成立;当0<a <1时,如图所示,要使x 2<log a x 在x ∈⎝⎛⎭⎫0,12上恒成立,需f 1⎝⎛⎭⎫12≤f 2⎝⎛⎭⎫12, 所以有⎝⎛⎭⎫122≤log a 12,解得a ≥116,所以116≤a <1. 即实数a 的取值范围是⎣⎡⎭⎫116,1. 答案:⎣⎡⎭⎫116,13.(变条件)若例2变为:当0<x ≤14时,x <log a x ,则实数a 的取值范围为________.解析:若x <log a x 在x ∈⎝⎛⎦⎤0,14上恒成立,则0<a <1,且y =x 的图象在y =log a x 图象的下方,如图所示,由图象知14<log a 14, 所以⎩⎪⎨⎪⎧0<a <1,a 12>14,解得116<a <1.即实数a 的取值范围是⎝⎛⎭⎫116,1. 答案:⎝⎛⎭⎫116,1[解题技法](1)识别对数函数图象时,要注意底数a 以1为分界:当a >1时,是增函数;当0<a <1时,是减函数.注意对数函数图象恒过定点(1,0),且以y 轴为渐近线.(2)一些对数型方程、不等式问题常转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解.[口诀记忆]对数增减有思路,函数图象看底数;底数只能大于0,等于1来也不行;底数若是大于1,图象从下往上增;底数0到1之间,图象从上往下减;无论函数增和减,图象都过(1,0)点.[过关训练]1.若函数y=a|x|(a>0,且a≠1)的值域为{y|y≥1},则函数y=log a|x|的图象大致是()2.设方程10x=|lg(-x)|的两个根分别为x1,x2,则()A.x1x2<0 B.x1x2=0C.x1x2>1 D.0<x1x2<1解析:选D作出y=10x与y=|lg(-x)|的大致图象,如图.显然x1<0,x2<0.不妨令x1<x2,则x1<-1<x2<0,所以10x1=lg(-x1),10x2=-lg(-x2),此时10x1<10x2,即lg(-x1)<-lg(-x2),由此得lg(x1x2)<0,所以0<x1x2<1,故选D.考点三对数函数的性质及应用[全析考法过关][考法全析]考法(一)比较对数值的大小[例1]设a=log3π,b=log23,c=log32,则a,b,c的大小关系是()A.a>b>c B.a>c>bC.b>a>c D.b>c>a[解析] 因为a =log 3π>log 33=1,b =log 23<log 22=1,所以a >b ;又b c =12log 2312log 32=(log 23)2>1,c >0,所以b >c .故a >b >c .[答案] A考法(二) 解简单的对数不等式[例2] 设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧log 2x ,x >0,log 12(-x ),x <0.若f (a )>f (-a ),则实数a 的取值范围是( )A .(-1,0)∪(0,1)B .(-∞,-1)∪(1,+∞)C .(-1,0)∪(1,+∞)D .(-∞,-1)∪(0,1)[解析] 由题意得⎩⎪⎨⎪⎧a >0,log 2a >-log 2a或⎩⎪⎨⎪⎧a <0,-log 2(-a )>log 2(-a ), 解得a >1或-1<a <0.故选C. [答案] C考法(三) 对数函数的综合应用[例3] 若函数f (x )=log 12(-x 2+4x +5)在区间(3m -2,m +2)内单调递增,则实数m 的取值范围为( )A.⎣⎡⎦⎤43,3B.⎣⎡⎦⎤43,2C.⎣⎡⎭⎫43,2D.⎣⎡⎭⎫43,+∞[解析] 由-x 2+4x +5>0,解得-1<x <5.二次函数y =-x 2+4x +5的对称轴为x =2.由复合函数单调性可得函数f (x )=log 12(-x 2+4x +5)的单调递增区间为(2,5).要使函数f (x )=log 12(-x 2+4x +5)在区间(3m -2,m +2)内单调递增,只需⎩⎪⎨⎪⎧3m -2≥2,m +2≤5,3m -2<m +2,解得43≤m <2.[答案] C[规律探求]看个性考法(一)是利用对数函数的单调性比较对数值的大小.常有以下题型及求法:考法(二)是直接考查对数函数的单调性,解决此类问题时应注意两点:(1)真数大于0;(2)底数a 的值.考法(三)考查与对数函数有关的复合函数的单调性,解决此类问题有以下三个步骤: (1)求出函数的定义域;(2)判断对数函数的底数与1的大小关系,当底数是含字母的代数式(包含单独一个字母)时,若涉及其单调性,就必须对底数进行分类讨论;(3)判断内层函数和外层函数的单调性,运用复合函数“同增异减”原则判断函数的单调性找共性无论题型如何变化,都是围绕对数函数的单调性,变换不同的角度来应用.考法(一)与考法(二)是对数函数单调性的直接应用,利用单调性来比较大小、解不等式;考法(三)是对数函数单调性的迁移应用,根据单调性来求参数的范围,所以弄清对数函数的单调性是解题的关键,并注意有时需对底数字母参数进行讨论 [过关训练]1.设a ,b ,c 均为正数,且2a =log 12a ,⎝⎛⎭⎫12b =log 12b ,⎝⎛⎭⎫12c =log 2c ,则a ,b ,c 的大小关系是( )A .a <b <cB .c <b <aC .c <a <bD .b <a <c解析:选A ∵a >0,∴2a >1,∴log 12a >1,∴0<a <12.∵b >0,∴0<⎝⎛⎭⎫12b <1,∴0<log 12b <1,∴12<b <1. ∵c >0,∴⎝⎛⎭⎫12c >0,∴log 2c >0,∴c >1. ∴0<a <12<b <1<c ,故选A.2.(2018·全国卷Ⅲ)设a =log 0.20.3,b =log 20.3,则( )A .a +b <ab <0B .ab <a +b <0C .a +b <0<abD .ab <0<a +b解析:选B ∵a =log 0.20.3>log 0.21=0,b =log 20.3<log 21=0,∴ab <0.∵a +b ab =1a +1b =log 0.30.2+log 0.32=log 0.30.4,∴1=log 0.30.3>log 0.30.4>log 0.31=0,∴0<a +bab <1,∴ab <a +b <0.3.若函数f (x )=log a (x 2-26x +a )(a >0,且a ≠1)有最小值12,则实数a 的值等于________.解析:令g (x )=x 2-26x +a ,则f (x )=log a [g (x )]. ①若a >1,由于函数f (x )有最小值12,则g (x )应有最小值 a ,而g (x )=x 2-26x +a =(x -6)2+a -6, 当x =6时,取最小值a -6,因此有⎩⎨⎧a >1,a =a -6,解得a =9.②若0<a <1,由于函数f (x )有最小值12,则g (x )应有最大值a ,而g (x )不存在最大值,不符合题意.综上,实数a =9. 答案:94.(2019·西安模拟)已知函数f (x )=log a (8-ax )(a >0,且a ≠1),若f (x )>1在区间[1,2]上恒成立,则实数a 的取值范围为________.解析:当a >1时,f (x )>1等价于8-ax >a 在[1,2]上恒成立. 即a <⎝⎛⎭⎫8x +1min =83,∴1<a <83.当0<a <1时,f (x )>1等价于0<8-ax <a 在[1,2]上恒成立,即a >⎝⎛⎭⎫8x +1max 且a <⎝⎛⎭⎫8x min .解得a >4且a <4,故不存在. 综上可知,a 的取值范围为⎝⎛⎭⎫1,83. 答案:⎝⎛⎭⎫1,83。