3.1.1《函数的概念2》
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3.1.1 函数的概念(二)本节课选自《普通高中课程标准数学教科书-必修一》(人教A版)第三章《函数的概念与性质》,本节课是第1课时。
函数的基本知识是高中数学的核心内容之一,函数的思想贯穿于整个初中和高中数学. 对于高一学生来说,函数不是一个陌生的概念。
但是,由于局限初中阶段学生的认知水平;学生又善未学习集合的概念,只是用运动变化的观点来定义函数,通过对正比例函数、反比例函数、一次和二次函数的学习来理解函数的意义,对于函数的概念理解并不深刻.高一学生学习集合的概念之后,进一步运用集合与对应的观点来刻画函数,突出了函数是两个集合之间的对应关系,领会集合思想、对应思想和模型思想。
所以把第一课时的重点放在函数的概念理解,通过生活中的实际事例,引出函数的定义,懂得数学与人类生活的密切联系,通过对函数三要素剖析,进一步理解充实函数的内涵。
所以在教学过程中分别设计了不同问题来理解函数的定义域、对应法则、函数图象的特征、两个相同函数的条件等问题.学生在初中阶段,已经知道函数的定义域是使函数解析式有意义、实际问题要符合实际意义的自变量的范围,所以在教学中进一步强调定义域的集合表示.课程目标学科素养A.能根据函数的定义判断两个函数是否为同一个函数B.会求函数的定义域C.会求函数的值域1.逻辑推理:同一个函数的判断;2.数学运算:求函数的定义域,值域;1.教学重点:函数的概念,函数的三要素;2.教学难点:求函数的值域。
多媒体思考2:求二次函数2(0)y ax bx c a =++≠的值域时为什么分0a >和0a <两种情况?提示:当a >0时,二次函数的图象是开口向上的抛物线,观察图象得值域为{y |y ≥4ac -b 24a}. 当a <0时,二次函数的图象是开口向下的抛物线,观察图象得值域为{y |y ≤4ac -b 24a }.例1.判断正误(对的打“√”,错的打“×”)(1)f (x )=x 2x与g (x )=x 是同一个函数.( ) (2)若两个函数的定义域与值域都相同,则这两个函数是同一个函数.( )(3)函数f (x )=x 2-x 与g (t )=t 2-t 是同一个函数.( )[解析] (1)f (x )=x 2x与g (x )=x 的定义域不相同,所以不是同一个函数. (2)例如f (x )=3x 与g (x )=5x的定义域与值域相同,但这两个函数不是同一个函数. (3)函数f (x )=x 2-x 与g (t )=t 2-t 的定义域都是R ,对应关系完全一致,所以这两个函数是同一个函数.例2 (2019·江苏启东中学高一检测)下图中,能表示函数y =f(x)的图象的是( )[解析] 由函数定义可知,任意作一条垂直于x 轴的直线x =a ,则直线与函数的图象至多有一个交点,可知选项D 中图象能表示y 是x 的函数.例3.若函数y =x 2-3x 的定义域为{-1,0,2,3},则其值域为( A )A .{-2,0,4}B .{-2,0,2,4}C .{y |y ≤-94}D .{y |0≤y ≤3}例4.下表表示y 是x 的函数,则函数的值域是( )A .{y|-1≤y ≤1}B .RC .{y|2≤y ≤3}D .{-1,0,1}[解析] 函数值只有-1,0,1三个数值,故值域为{-1,0,1}.关键能力·攻重难题型一 函数的值域1、函数21,12y x x =-+-≤<的值域是( )A .(-3,0]B .(-3,1]C .[0,1]D .[1,5)[分析] 首先看二次函数的开口方向,再考虑二次函数的对称轴与限定区间的位置关系.[解析] 由21,12y x x =-+-≤<,可知当x =2时,min 413y =-+=-;当x =0时,max 1y =,因为x≠2,所以函数的值域为(-3,1].[归纳提升] 二次函数2(0)y ax bx c a =++>的值域(1)对称轴在限定区间的左边,则函数在限定区间左端点取最小值,右端点取最大值;(2)对称轴在限定区间的右边,则函数在限定区间左端点取最大值,右端点取最小值;(3)对称轴在限定区间内,则函数在对称轴处取最小值,限定区间中距离对称轴较远的端点取最大值.题型二 同一个函数2、判断下列各组函数是否是同一个函数,为什么?(1)y =x x与y =1; (2)y =x 2与y =x ;(3)y =x +1·1-x 与y =1-x 2.[分析] 判断两个函数是否是同一个函数,只须看这两个函数的定义域和对应关系是否函数概念理解有误1、设集合M ={x|0≤x ≤2},集合N ={y|0≤y ≤2},给出下列四个图形(如图所示),其中能表示集合M 到N 的函数关系的个数是( )A .0B .1C .2D .3[错解]函数的对应关系可以一对一,也可以多对一,故(1)(2)(3)正确,选D .[错因分析] 不但要考虑几对几的问题,还要考虑定义域中的元素x 在值域中是否有相应的y 值与之对应.[正解] 图(1)定义域M 中的(1,2]部分在值域N 中没有和它对应的数,不符合函数的定义;图(2)中定义域、值域及对应关系都是符合的;图(3)显然不符合函数的定义;图(4)中在定义域(0,2]上任给一个元素,在值域(0,2]上有两个元素和它对应,因此不唯一.故只有图(2)正确.答案为B .[方法点拨] 函数的定义中,从数的角度描述了函数的对应关系,首先它是两个非空数集之间的对应,它可以一对一,也可以多对一,除此之外,还要弄清定义域与数集A 、值域与数集B 之间的关系.学科素养求函数值域的方法——转化与化归思想及数形结合思想的应用1.分离常数法求函数y =3x +2x -2的值域. [分析] 这种求函数值域的问题,我们常把它们化为y =a +c x +b的形式再求函数的值域.[解析] ∵y =3x +2x -2=(3x -6)+8x -2=3+8x -2, 又∵8x -2≠0,∴y ≠3.∴函数y =3x +2x -2的值域是{y |y ∈R ,且y ≠3}. [归纳提升] 求y =ax +c x +b 这种类型的函数的值域,应采用分离常数法,将函数化为。
10 / 103.1.1 函数的概念一、知识点归纳知识点1. 函数的有关概念 (1)函数的概念(2)同一个函数:如果两个函数的定义域相同,并且对应关系完全一致,即相同的自变量对应的函数值相同,那么这两个函数是同一个函数.(3)函数的三要素:定义域、对应关系、值域是函数的三要素,缺一不可. 知识点2.知识点二 区间及相关概念 (1)区间的概念及记法设a ,b 是两个实数,而且a <b ,我们规定:(2)无穷大实数集R可以用区间表示为(-∞,+∞),“∞”读作“无穷大”,“-∞”读作“负无穷大”,“+∞”读作“正无穷大”.(3)特殊区间的表示二、题型分析题型一函数的定义【例1】根据函数的定义判断下列对应关系是否为从集合A到集合B的函数:(1)A={1,2,3},B={7,8,9},f(1)=f(2)=7,f(3)=8;(2)A={1,2,3},B={4,5,6},对应关系如图所示;(3)A=R,B={y|y>0},f:x→y=|x|;10 / 10(4)A=Z,B={-1,1},n为奇数时,f(n)=-1,n为偶数时,f(n)=1.【答案】见解析【解析】对于集合A中的任意一个值,在集合B中都有唯一的值与之对应,因此(1)(4)中对应关系f是从集合A到集合B的一个函数.(2)集合A中的元素3在集合B中没有对应元素,且集合A中的元素2在集合B中有两个元素(5和6)与之对应,故所给对应关系不是集合A到集合B的函数.(3)A中的元素0在B中没有对应元素,故所给对应关系不是集合A到集合B的函数.【规律方法总结】(1)判断一个集合A到集合B的对应关系是不是函数关系的方法:∈A,B必须都是非空数集;∈A中任意一个数在B中必须有并且是唯一的实数和它对应.【注意】A中元素无剩余,B中元素允许有剩余.(2)函数的定义中“任意一个x”与“有唯一确定的y”说明函数中两变量x,y的对应关系是“一对一”或者是“多对一”,而不能是“一对多”.【变式1】. 下列对应或关系式中是A到B的函数的是()A.A=R,B=R,x2+y2=1 B.A={1,2,3,4},B={0,1},对应关系如图:C.A=R,B=R,f:x→y=1 x-2D.A=Z,B=Z,f:x→y=2x-1【答案】B【解析】:A错误,x2+y2=1可化为y=±1-x2,显然对任意x∈A,y值不唯一.B正确,符合函数的定义.C错误,2∈A,在B中找不到与之相对应的数.D错误,-1∈A,在B中找不到与之相对应的数.10 / 1010 / 10题型二 求函数的定义域【例2】求下列函数的定义域.(1)y =3-12x ;(2)y =(x +1)0x +2;(3)y =5-x |x |-3;(4)f (x )=x +1-x 2-3x +4. 【答案】见解析【解析】(1)函数y =3-12x 的定义域为R.(2)由于0的零次幂无意义,故x +1≠0,即x ≠-1. 又x +2>0,即x >-2,所以x >-2且x ≠-1. 所以函数y =(x +1)0x +2的定义域为{x |x >-2且x ≠-1}.(3)要使函数有意义,自变量x 的取值必须满足⎩⎪⎨⎪⎧5-x ≥0,|x |-3≠0,解得x ≤5,且x ≠±3,所以函数y =5-x|x |-3的定义域为{x |x ≤5且x ≠±3}. (4)要使函数f (x )有意义,则⎩⎪⎨⎪⎧x +1≥0,-x 2-3x +4>0,即⎩⎪⎨⎪⎧x ≥-1,(x +4)(x -1)<0,解不等式组得-1≤x <1. 因此函数f (x )的定义域为{x |-1≤x <1}.10 / 10【规律方法总结】求函数定义域的常用方法 (1)若f (x )是分式,则应考虑使分母不为零; (2)若f (x )是偶次根式,则被开方数大于或等于零;(3)若f (x )是指数幂,则函数的定义域是使指数幂运算有意义的实数集合; (4)若f (x )是由几个式子构成的,则函数的定义域要使各个式子都有意义; (5)若f (x )是实际问题的解析式,则应符合实际问题,使实际问题有意义. 【变式2】.设全集为R ,函数f (x )=2-x 的定义域为M ,则∈R M 为( ) A .(2,+∞) B .(-∞,2) C .(-∞,2] D .[2,+∞)【答案】A【解析】: 由2-x ≥0解得x ≤2,所以M =(-∞,2],所以∈R M =(2,+∞). 【变式3】.函数f (x )=x x -1的定义域为________.【答案】:{x |x ≥0且x ≠1}【解析】:要使x x -1有意义,需满足⎩⎪⎨⎪⎧x ≥0,x -1≠0,解得x ≥0且x ≠1,故函数f (x )的定义域为{x |x ≥0且x ≠1}.题型三 同一函数(2)两个注意点:10 / 10题型四 求函数的值、值域问题【例4】(1)f (x )=2x 2+2,g (x )=1x +2,则f (2)=________;g (f (2))=________;g (a )+g (0)(a ≠-2)=________. (2)求下列函数的值域: ∈y =x +1,x ∈{1,2,3,4,5}; ∈y =x 2-2x +3,x ∈[0,3); ∈y =2x +1x -3;∈y =2x -x -1.【答案】:10112 1a +2+12【解析】(1)因为f (x )=2x 2+2, 所以f (2)=2×22+2=10, 又因为g (x )=1x +2,10 / 10所以g (f (2))=g (10)=110+2=112,g (a )+g (0)=1a +2+12(a ≠2).(2)∈观察法:因为x ∈{1,2,3,4,5},分别代入求值,可得函数的值域为{2,3,4,5,6}.∈配方法:y =x 2-2x +3=(x -1)2+2,由x ∈[0,3),再结合函数的图象(如图),可得函数的值域为[2,6). ∈分离常数法:y =2x +1x -3=2(x -3)+7x -3=2+7x -3,显然7x -3≠0,所以y ≠2.故函数的值域为(-∞,2)∈(2,+∞).∈换元法:设t =x -1,则t ≥0且x =t 2+1,所以y =2(t 2+1)-t =2⎝⎛⎭⎫t -142+158,由t ≥0,再结合函数的图象(如图),可得函数的值域为⎣⎡⎭⎫158,+∞. 【规律方法总结】1.函数求值的方法(1)已知f (x )的表达式时,只需用a 替换表达式中的x 即得f (a )的值. (2)求f (g (a ))的值应遵循由里往外的原则. 2.求函数值域常用的4种方法(1)观察法:对于一些比较简单的函数,其值域可通过观察得到;(2)配方法:当所给函数是二次函数或可化为二次函数处理的函数时,可利用配方法求其值域;(3)分离常数法:此方法主要是针对有理分式,即将有理分式转化为“反比例函数类”的形式,便于求值域;10 / 10(4)换元法:即运用新元代换,将所给函数化成值域易确定的函数,从而求得原函数的值域.对于f (x )=ax +b +cx +d (其中a ,b ,c ,d 为常数,且a ≠0)型的函数常用换元法. 【变式5】求下列函数的值域: (1)y =2x +1+1;(2)y =1-x 21+x 2.【解析】:(1)因为2x +1≥0,所以2x +1+1≥1,即所求函数的值域为[1,+∞). (2)因为y =1-x 21+x 2=-1+21+x 2,又函数的定义域为R ,所以x 2+1≥1, 所以0<21+x 2≤2,则y ∈(-1,1].所以所求函数的值域为(-1,1].三、课堂达标检测1.下列各个图形中,不可能是函数y =f (x )的图象的是( )【答案】:A【解析】:对于1个x 有无数个y 与其对应,故不是y 的函数. 2.已知函数f (x )=-1,则f (2)的值为( ) A .-2 B .-1 C .0 D .不确定 【答案】:B【解析】:因为函数f (x )=-1,4.函数y=1+2-x的定义域为()A.[1,+∞)B.(-∞,1]C.[2,+∞)D.(-∞,2]【答案】D【解析】:要使函数式有意义,需2-x≥0,解得x≤2.5.用区间表示下列数集:(1){x|x≥1}=________;(2){x|2<x≤4}=________;(3){x|x>-1,且x≠2}=________.【答案】:(1)[1,+∞)(2)(2,4](3)(-1,2)∈(2,+∞)6.已知函数f(x)=2x-3,x∈{x∈N|1≤x≤5},则函数f(x)的值域为________.【答案】:{-1,1,3,5,7}【解析】:定义域为{1,2,3,4,5},逐一代入求值可得值域为{-1,1,3,5,7}.10 / 1010 / 107.下列各组函数是同一个函数的是________.(填序号) ∈f (x )=-2x 3与g (x )=x -2x ; ∈f (x )=x 0与g (x )=1x0;∈f (x )=x 2-2x -1与g (t )=t 2-2t -1. 【答案】∈∈【解析】∈f (x )=-x -2x ,g (x )=x -2x ,对应关系不同,故f (x )与g (x )不是同一个函数; ∈f (x )=x 0=1(x ≠0),g (x )=1x 0=1(x ≠0),对应关系与定义域均相同,故是同一个函数;∈f (x )=x 2-2x -1与g (t )=t 2-2t -1,对应关系和定义域均相同,故是同一个函数. 8.若f (x )=1-x1+x (x ≠-1),求f (0),f (1),f (1-a )(a ≠2),f (f (2))的值.【答案】2【解析】:f (0)=1-01+0=1,f (1)=1-11+1=0,f (1-a )=1-(1-a )1+(1-a )=a2-a (a ≠2),f (f (2))=1-f (2)1+f (2)=1-1-21+21+1-21+2=2. 四、课后提升作业一、选择题1.已知f (x )=x 2+1,则f (f (-1))=( ) A .2 B .3 C .4D .510 / 10【答案】D【解析】: 因为f (-1)=(-1)2+1=2,所以f (f (-1))=f (2)=22+1=5.2.已知M ={x |-2≤x ≤2},N ={y |0≤y ≤2},函数f (x )的定义域为M ,值域为N ,则f (x )的图象可以是( )【答案】B【解析】: A 项中函数的定义域为[-2,0],C 项中对任一x 都有两个y 值与之对应,D 项中函数的值域不是[0,2],均不是函数f (x )的图象.故选B. 3.下列各组函数表示相等函数的是( ) A .y =x 2-3x -3与y =x +3(x ≠3)B .y =x 2-1与y =x -1C .y =x 0(x ≠0)与y =1(x ≠0)D .y =2x +1,x ∈Z 与y =2x -1,x ∈Z 【答案】C【解析】: 选项A 、B 及D 中对应关系都不同,故都不是相等函数. 4.函数f (x )=3x 21-x -23x +1的定义域是( )A.⎣⎡⎦⎤-13,1 B.⎝⎛⎭⎫-13,1 C.⎝⎛⎭⎫-13,13 D.⎝⎛⎭⎫-∞,-13 【答案】B【解析】: 由⎩⎪⎨⎪⎧1-x >0,3x +1>0,可得-13<x <1,从而得B 答案.10 / 105.若函数f (x )=ax 2-1,a 为一个正数,且f (f (-1))=-1,那么a 的值是( ) A .1 B .0 C .-1 D .2【答案】A【解析】: ∈f (x )=ax 2-1,∈f (-1)=a -1, f (f (-1))=f (a -1)=a ·(a -1)2-1=-1. ∈a (a -1)2=0. 又∈a 为正数,∈a =1.6.已知函数y =f (x ),则函数与直线x =a 的交点个数有( ) A .1个 B .2个 C .无数个 D .至多一个【答案】D【解析】根据函数的概念,在定义域范围内任意一个自变量x 的值都有唯一的函数值与之对应,因此直线x =a 与函数y =f (x )的图象最多只有一个交点.7.已知等腰三角形ABC 的周长为10,底边长y 关于腰长x 的函数关系式为y =10-2x ,则此函数的定义域为( ) A .RB .{x |x >0}C .{x |0<x <5} D.⎩⎨⎧⎭⎬⎫x ⎪⎪52<x <5 【答案】 D【解析】 ∈∈ABC 的底边长显然大于0,即y =10-2x >0,∈x <5.又两边之和大于第三边,∈2x >10-2x ,∈x >52,∈此函数的定义域为⎩⎨⎧⎭⎬⎫x ⎪⎪52<x <5. 8.若一系列函数的解析式相同,值域相同,但其定义域不同,则称这些函数为“同族函数”,那么函数解析式10 / 10为y =x 2,值域为{1,4}的“同族函数”的个数为( )A .6B .9C .12D .16 【答案】B【解析】由题意知,问题的关键在于确定函数定义域的个数.函数解析式为y =x 2,值域为{1,4},当x =±1时,y =1,当x =±2时,y =4,则定义域可以为{1,2},{1,-2},{-1,2},{-1,-2},{1,-1,2},{1,-1,-2},{-1,2,-2},{1,-2,2},{1,-1,2,-2},因此“同族函数”共有9个.二、填空题9.设f (x )=11-x ,则f (f (a ))=________.【答案】:a -1a(a ≠0,且a ≠1)【解析】:f (f (a ))=11-11-a =11-a -11-a =a -1a (a ≠0,且a ≠1).10.函数y =2x +41-x 的值域为________(用区间表示). 【答案】:(-∞,4]【解析】:令t =1-x ,则x =1-t 2(t ≥0), y =2x +41-x =2-2t 2+4t =-2(t -1)2+4. 又∈t ≥0,∈当t =1时,y max =4. 故原函数的值域是(-∞,4].11.设常数a ∈R ,函数f (x )=|x -1|+|x 2-a |,若f (2)=1,则f (1)=________. 【答案】3【解析】由f (2)=1+|22-a |=1,可得a =4,所以f (1)=|1-1|+|1-4|=3.12.若函数y =x 2-3x -4的定义域为[0,m ],值域为⎣⎡⎦⎤-254,-4,则m 的取值范围为________.10 / 10【答案】 ⎣⎡⎦⎤32,3【解析】 ∈当x =0或x =3时,y =-4;当x =32时,y =-254,∈m ∈⎣⎡⎦⎤32,3. 13.已知函数f (x )=2kx 2-4kx +k +3的定义域为R ,则k 的取值范围是________.【答案】 0≤k <1【解析】 由题意可得kx 2-4kx +k +3>0恒成立. ∈当k =0时,3>0恒成立,所以满足题意;∈当k ≠0时,须使⎩⎪⎨⎪⎧k >0,Δ=(4k )2-4k (k +3)<0, 解得0<k <1.综上所得,k 的取值范围为0≤k <1.三、解答题14.试求下列函数的定义域与值域: (1)f (x )=(x -1)2+1,x ∈{-1,0,1,2,3}; (2)f (x )=5x +4x -1; (3)f (x )=x -x +1. 【答案】见解析【解析】:(1)函数的定义域为{-1,0,1,2,3},则f (-1)=[(-1)-1]2+1=5,同理可得f (0)=2,f (1)=1,f (2)=2,f (3)=5,所以函数的值域为{1,2,5}.(2)函数的定义域是{x |x ≠1},y =5x +4x -1=5+9x -1,所以函数的值域为{y |y ≠5}.(3)要使函数式有意义,需x +1≥0,即x ≥-1,故函数的定义域是{x |x ≥-1}.设t =x +1,则x =t 2-1(t ≥0),10 / 10于是f (t )=t 2-1-t =⎝⎛⎭⎫t -122-54.又t ≥0,故f (t )≥-54.所以函数的值域是⎩⎨⎧⎭⎬⎫y ⎪⎪y ≥-54. 15.(1)已知函数f (x )的定义域为[-1,5],求函数f (x -5)的定义域; (2)已知函数f (x -1)的定义域是[0,3],求函数f (x )的定义域; (3)若f (x )的定义域为[-3,5],求φ(x )=f (-x )+f (x )的定义域. 【答案】见解析【解析】 (1)由-1≤x -5≤5,得4≤x ≤10,所以函数f (x -5)的定义域是[4,10]. (2)由0≤x ≤3,得-1≤x -1≤2,所以函数f (x )的定义域是[-1,2].(3)已知f (x )的定义域为[-3,5],则φ(x )的定义域需满足⎩⎪⎨⎪⎧ -3≤-x ≤5,-3≤x ≤5,即⎩⎪⎨⎪⎧-5≤x ≤3,-3≤x ≤5,解得-3≤x ≤3.所以函数φ(x )的定义域为[-3,3]. 16.已知函数f (x )=x 21+x 2.(1)求f (2)+⎪⎭⎫ ⎝⎛21f ,f (3)+⎪⎭⎫ ⎝⎛31f 的值;(2)由(1)中求得的结果,你发现f (x )与⎪⎭⎫⎝⎛x 1f 有什么关系?并证明你的结论; (3)求f (2)+⎪⎭⎫⎝⎛21f +f (3)+⎪⎭⎫ ⎝⎛31f +…+f (2 019)+f ⎪⎭⎫⎝⎛20191f 的值. 【答案】见解析【解析】:(1)∈f (x )=x 21+x 2,∈f (2)+f ⎝⎛⎭⎫12=221+22+⎝⎛⎭⎫1221+⎝⎛⎭⎫122=1,10 / 10f (3)+f ⎝⎛⎭⎫13=321+32+⎝⎛⎭⎫1321+⎝⎛⎭⎫132=1. (2)由(1)可发现f (x )+f ⎝⎛⎭⎫1x =1.证明:f (x )+f ⎝⎛⎭⎫1x =x 21+x 2+⎝⎛⎭⎫1x 21+⎝⎛⎭⎫1x 2=x 21+x 2+1x 2+1=x 2+1x 2+1=1. (3)由(2)知f (x )+f ⎝⎛⎭⎫1x =1,∈f (2)+f ⎝⎛⎭⎫12=1,f (3)+f ⎝⎛⎭⎫13=1,f (4)+f ⎝⎛⎭⎫14=1,…,f (2 019)+f ⎝⎛⎭⎫12 019=1. ∈f (2)+f ⎝⎛⎭⎫12+f (3)+f ⎝⎛⎭⎫13+…+f (2 019)+f ⎝⎛⎭⎫12 019=2 018.。