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文档简介

第四章:鬲函数、指数函数和对数函数

01思维导图

n次方根的定义

根式的定义与性质

有理数指数寻朝一算化简盘值

分数揄孀

题型二含有例啕牛的求值问题

有号的运算砥

寻函数

聊三募函数的定义域和值域

常见寻函数的图象与性质题型四号函数的图象及应用

题型五靠函数性质的综合应用

一段寻函数的图象与性质

懒(函数的概念

感型六揄j函数的图象及应用

揄j爆炸、揄媚长与傩彘减题型七揄理复合函数的定义域和值域

指数函数瞰国雌单

懒I函数的图象与性质题型九揄婢复合函数的奇偶性

迹十与指数有关的复合画脸合

的函数的底数对图象的影响

对数题型十一钢与魂孀合运算

鬲函数、指数函数现蜓意却in

和对数函数

对数函数的概念

题型十三对数型复合函数的定义域和值域

对数函数现S函数的图象与性质迪十四对数函数图象及应用

题型十五现域函数单调性与奇^性

反函数

迹-7ms函数的侬百

康对对数函数图象的影响

迹十七判断零点所在区间或求参数

方程的根与函数的零点

整十八求国数的零点或方程的根

函数与方程零点存在定理题型十九根据零点的个数求参数范围

迹二十二次函数的零点分布问题

计算函数零点的二例

题型二十一用二分法求方程的迫嫄

霆型二十二已知函数模型解决实际问题

函数模型及其应用几种函数增长快慢的比蛟I

《函数模型及解题步要题型二十三图表型函数的实际应用问题

筮型二十四国数模型的探究应用

02知识速记

知识点1实数指数募

1、有理数指数嘉

(1)〃次方根的定义与性质

①定义:一般地,如果炉=。,那么x叫做〃的〃次方根,其中且〃£N*.

②几次方根的表示:

6Z>0,x>0厂

当〃是奇数时,\cc,X的值仅有一个,记为布;

a<0,x<0

当力是偶数,。>0时,x的有两个值,且互为相反数,记为土而;。<0时,%不存在;

负数没有偶次方根(负数的偶次方根无意义);

0的任何次方根都是0,记作而=0(〃e>1).

(2)根式的定义与性质

①定义:式子标叫做根式,这里,叫做根指数,a叫做被开方数.

lI-“为奇数,

②性质:">1,且z?eN*):丽)"=a;(V«)=j,।"为偶数

(3)分数指数累

①正分数指数累:规定:U=m(a>0,m,neN*,n>l)

—%11

at

②负分数指数幕:规定:"=—=j=T(a>0,m,neN,n>l)

an弋。

③性质:0的正分数指数累等于0,0的负分数指数募没有意义.

(4)有理数指数幕的运算性质

①a'as=ar+s(a>Q,r,5eR).

②(")'=ars(a>0,r,5eR).

③(ab)「=arbr(a>0,Z>>0,reR).

2、无理数指数累

(1)无理数指数累的概念:它是一个确定的实数,它是有理数指数嘉无限逼近的结果.定义了无理数指数

累后,哥的指数就由原来的有理数范围扩充到了实数范围.

(2)定义:给定任意正数。,对任意实数“,。的"次幕a",。叫作底数,”叫作指数.

(3)幕运算基本不等式

①对任意的正数"和正数。,若a>l,贝Ua">l;若。<1,贝1」屋<1;

②对任意的负数“和正数。,若a>l,贝物"<1;若。<1,则屋>1.

知识点2幕函数

1、塞函数

(1)幕函数的定义:一般地,函数叫做幕函数,其中尤是自变量,a是常数.

(2)幕函数的特征:①K的系数是1;的底数尤是自变量;③K的指数a为常数.

只有满足这三个条件,才是塞函数.对于形如y=(2x)%>=2好,y=K+6等的函数都不是事函数.

2、常见塞函数的图象与性质

y=%2y=

函数y=xy=x^y二%1

定义域RRR[0,+8)(—8,0)(0收)

值域R[0,+8)R[0,+8)(-8,0)(0,+co)

奇偶性奇函数偶函数奇函数非奇非偶函数奇函数

单调性增函数在(0,+00)上递增,在增函数增函数在(-00,0)和(0,4-00)

(-00,0]上递减上递减

过定点点(1,1)

3、一般塞函数的图象与性质

(1)所有的累函数在(0,十与上都有定义,并且图象都过点(1,1);

(2)如果a>0,那么塞函数的图象过原点,并且在区间[0,+8)上单调递增;

(3)如果a<0,那么累函数的图象在区间(0,+s)上单调递减,

在第一象限内,当x从右边趋向于原点时,图象在y轴右方无限接近y轴,

当X从原点趋向于+oo时,图象在X轴上方无限接近无轴;

(4)在(1,内)上,随幕指数的逐渐增大,图象越来越靠近y轴.

知识点3指数函数

1,指数函数的概念:一般地,函数、=优(4>0且4H1)叫做指数函数,其中指数X是自变量,定义域是

R,。是指数函数的底数.

2、指数爆炸、指数增长与指数衰减

(1)指数爆炸:当底数。〉1时,指数函数值随自变量的增长而增大,底数。较大时指数函数值增长速度惊

人,被称为指数爆炸.

(2)指数增长:在经济学或其他学科中,当某个量在一个既定的时间周期中,其增长百分比是一个常量时,

这个量就被描述为指数式增长,也称指数增长.

(3)指数衰减:当底数。满足0<。<1时,指数函数值随自变量的增长而缩小以至无限接近于0,叫作指

数衰减.指数衰减的特点是:在一个既定的时间周期中,其缩小百分比是一个常量.

3、指数函数的图象与性质

1、指数函数的图象与性质

a>\0<〃<1

y1iy=axy=ax4

图象

(04)一,

卜_y=i

0Xo]r

定义域R

值域(0,+oo)

性质过定点(0,1)

单调性在区上是增函数在R上是减函数

奇偶性非奇三X禺函数

4、指数函数的底数对图象的影响

函数y=2',y=3"丁=4'和'=己尸,y=(-)\y=(工厂的图象如图所示.

当0<。<1且x<0时,底数越小,图象越“陡”.

(2)在y轴右侧,图象从上到下相应的底数由大变小,即“底数大图象高”;

在y轴左侧,图象从上到下相应的底数由小变大,即“底数大图象低”.

知识点4对数

1、对数的概念

(1)对数的概念:如果(a>0且awl),那么数6叫做以。为底N的对数,记作6=log.N,其

中a叫作对数的底数,N叫作对数的真数.

(2)对数与底数的关系

①Mog。N=N(N>0,a>0且〃w1);

h

②b=logaa(beR,a>0且a中1);

③底的对数为1,即log”a=log。"=1;1的对数为0,即log01=log0a°=0.

(3)常用对数与自然对数

名称定义记法

常用对数以10为底的对数叫做常用对数1g

自然对数以无理数e=2.71828…为底的对数称为自然对数In

2、对数运算法则:。〉0,且“1,M>0,N>0

⑴logfl(W)=logflM+logflN;

⑵log。R=log"log.N;

n

(3)logaM=nlogflM

3、对数的换底公式

(1)换底公式:logab=-^—(a>0,且。Al;c>0,且c/1;Z?>0).

log,。

(2)可用换底公式证明以下结论:

n

®^gab=------②log“0」og/」ogca=l;®logfl„b=loga/?;

log/

④叫产=";

⑤log】b=-\ogab.

a

知识点5对数函数

1、对数函数的概念:函数y=log〃x(a>0,且awl)叫做对数函数,其中尤是自变量,定义域为(。,+“).

2、对数函数的图象与性质

函数值的变化

当x>l时,y>0当x>l时,y<0

单调性是(0,+到上的增函数是(0,+oo)上的减函数

3、反函数

(1)反函数的概念:指数函数>=4和对数函数>=log”%互为反函数.指数函数的定义域是对数函数的

值域,指数函数的值域是对数函数的定义域,两者图象关于直线y=龙.一般地,若/(%)与g(x)互为反函

数,则它们的图象关于直线y=x对称.

(2)反函数的性质

①并非任意一个函数y=/(x)都有反函数,只有定义域和值域满足“一一对应”的函数才有反函数.

②一般来说,单调函数都有反函数,且单调函数的反函数与原函数有相同的单调性.

③若一个奇函数存在反函数,则它的反函数也是奇函数.

4、底数对对数函数图象的影响

斗尸logj*

2r尸阿产

1卜尸g

0345x

-21^\r=logi*

产log14

2

(1)底数。与1的大小关系决定了对数函数图象的“升降”:当。>1时,图象呈上升趋势;当。<。<1时,图

象呈下降趋势;

(2)函数y=log〃x与k叱;(«>0,且"1)的图象关于x轴对称;

(3)底数的大小决定了图象相对位置的高低:无论。>1还是0<“<1,在第一象限内,自左向右,图象对应

的对数函数的底数逐渐变大.

知识点6函数与方程

1、方程的根与函数的零点

(1)函数零点的概念:对于一般函数y=/(%),我们把使/(x)=0的实数x叫做函数y=/(x)的零点.即

函数的零点就是使函数值为零的自变量的值.

(2)函数的零点与方程的解的关系:函数y=/(x)的零点就是方程/(x)=0的实数解,也就是函数

y=/(x)的图象与x轴的公共点的横坐标.所以方程/(x)=0有实数根o函数y=/(x)的图象与x轴

有交点o函数y=/(%)有零点.

2、零点存在定理:如果函数/(%)在区间[a,可上的图象是一条连续不断的曲线,且/(。)-/伍)<0,那

么,函数y=/(%)在区间(。力)内至少有一个零点,即存在使得/(c)=0,这个c也就是方程

/(x)=0的解.

3、计算函数零点的二分法

(1)二分法的定义:对于区间可上图象连续不断且的函数/(九),通过不断把它的零

点所在区间一分为二,使所得区间的两个端点逐步逼近零点,进而得到近似值的方法.

(2)用二分法求函数近似零点的步骤:给定精确度£,

①确定零点/的初始区间[。,可,验证

②求区间的中点C;

③计算/(c),进一步确定零点所在的区间:

若〃c)=0(此时x0=c),则c就是函数的零点;

若/(a),/(c)<0(此时/e(a,c)),则令Z?=c;

若/(c)・/®<0(此时/e(c,5)),则令a=c.

④判断是否达到精确度£:若,―耳<£,则得到零点近似值。(或万);否则重复(2)~(4)

【注意】初始区间的确定要包含函数的变号零点.

知识点7函数模型及其应用

1、几种函数增长快慢的比较

(1)当。>1时,指数函数y="是增函数,并且当。越大时,其函数值的增长就越快;

当匕>1时,对数函数y=log"x是增函数,并且当〃越小时,其函数值的增长就越快;

当x〉0,a〉0时,幕函数y=x0也是增函数,并且当x>l时,。越大,其函数值的增长就越快;

当人>0时,一次函数y=是增函数,并且当左越大时,其函数值的增长就越快.

(2)在区间(0,+00)上,a>l,。>0,总会存在一个%,当x〉/时,就有log。x<x"</.只要自变

量足够大,幕函数丁=%"(。>1)的增长比一次函数丁=依+6(左>0)快,而一次函数y=Ax+b(左>0)的

增长比暴函数丁=/(0<。<1)增长快.

2、函数模型及解题步骤

(1)数学建模的概念:把现实世界中的实际问题加以提炼,抽象为数学模型,求出模型的解,验证模型的

合理性,并用该数学模型所提供的解来解释现实问题,数学知识的这一应用过程称为数学建模.

(2)数学建模的步骤通常是:

①正确理解并简化实际问题:了解问题的实际背景,明确其实际意义,掌握对象的各种信息.根据实际

对象的特征和建模的目的,对问题进行必要的简化,并用精确的语言提出一些恰当的假设;

②建立数学模型:在上述基础上,利用适当的数学工具来刻画各变量之间的数学关系,建立相应的数学

结构;

③求得数学问题的解;

④将求解时分析计算的结果与实际情形进行比较,验证模型的准确性、合理性和适用性.

03题型归纳

题型一指数运算化简与求值

【例1】(23-24高一上.重庆沙坪坝•期中)计算:

【答案】兀

【解析】2+1+71-3=71•

【变式1-1](24-25高一上・江苏泰州・月考)0.0081^-3x[jx

【答案】3

【变式1-2](23-24高一上.陕西咸阳・月考)计算下列各式:

1

,其中x,y>0.

775---

【答案】⑴(为…

1

3

【解析】(1)由8日一(石-石=04>一1+37

3=3—1+—=—;

22

/_2「

Uy

(2)由5%3y22一在尸

4

77

【变式1・3](23-24高一上•天津•期中)(1)求值:

(2)求值:出°+2-2义(2广一

(3)化简:吁壮

观•际I)

【答案】(1)2;(2)(3)y

15b

【解析】⑴、卜6町+8、蚯-^L]|/xl+2%L|力

2

39127+516

=l+-x----1—=

421063015

/2J_A2

(扬司,四M•京52

(3)a.

四.扬庐J_2425b

a9

题型二含有附加条件的求值问题

【例2】(24-25高一上•江苏南京•期中)已知贝IJ/—42=()

A.3A/5B.±3A/5C.2175D.±21百

【答案】C

11(---Y

【解析】由/5=不得源-”=〃-2+〃T=5,即〃+QT=7,

7

故"2_Q-2=(〃+〃—XQ"-1)=2]逐,故选:C

【变式2-1](24-25高一上•广东广州・月考)己知一+3x-l=0,贝口,+二二

X

【答案】11

【解析】因为%2+3%-1=0,所以%2_1=_3X,^--=-3,

X

111

两边平方得.2+*9,

故/+二=9+2=11.

【变式2-2](24-25高一上•辽宁・月考)已知实数。满足:a+a-^3,贝以3+/=

【答案】18

[解析]i+〃2)=("+a1>J+[i)—3=18.

221i

【变式2-3](24-25高一上•上海•期中)已知/+f§=5(%>0),那么?+£,等于

【答案】布

(Y2_2

【解析】由?+”=/+工1+2=5+2=7,

\7

11

因为尤>0,则/>0,丁3>0,

故+x§>0'即得尤§+无§=币,

故答案为:币.

题型三塞函数的定义域与值域

【例3】(23-24高一上•山西吕梁・月考)已知累函数/(X)的图象过点卜,手]

,则/卜-2/)的定义域为()

A.(0,2)B.C.(0,2]D.[o,1

【答案】B

【解析】/⑺是幕函数,,设/(尤)=*'",将&与代入解析式,

得8"'=变,解得"7=-[故〃尤)=/=3,则小-2犬)=

42\Jx-2x

故%-2/>0,解得故选:B

【变式3-1](23-24高一上•广东广州•期中)塞函数/(x)图象过点[2,1],则>=/(》)+/(2-凶)的定义域

为()

A.(0,2)B.(0,2]C.[0,2]D.(-2,2)

【答案】A

【解析】设塞函数为〃x)=V,贝丫(2)=2"=#,故。=一;,/(x)=^,

则〃x)的定义域为(。,+8),

Z]|\[%>0

故y"(尤)+/(2-附满足彳2Tx>0,解得0<x<2.故选:A

2

【变式3-2](23-24高一下.辽宁・月考)函数'=户,_1〈》《0的值域为.

【答案】[0,1]

[解析】由幕函数性质可知y=XT在[°,+8)上单调递增,

2

又易知y=#,xeR为偶函数,

2

所以当TWxWO时,可知y=Q在[T,0]上单调递减,可得OVyVL

故答案为:[0,1]

【变式3-3](23-24高一上.四川成都・月考)下列函数中,值域为(0,+。)的是()

A.f(x)=GB./(x)=x+—(x>0)

C.小)=焉D.〃X)=T(X>1)

【答案】C

【解析】由已知/(x)=«值域为[。,+力),故A错误;

x>0,fix]=x+—>2.XX—=2,x=l时,等号成立,

xvx

所以〃x)=x+:(x>0)的值域是[2,+s),B错误;

'(x)=WzT因为定义域为xc(T'+8)'Jx+1>0,函数值域为(0,+8),故C正确;

f(x)=l--(x>l),-e(O,l),--(-l,0),所以〃x)qo,l),故D错误.故选:C.

九XXe

题型四幕函数的图象及应用

【例4】(23-24高一上.河南郑州•月考)函数>=乙y=«和y=L的图像都通过同一个点,则该点坐标为

()

A.(1,-1)B.(1,0)C.(1,1)D.(1,2)

【答案】C

【解析】根据幕函数的定义可知,函数y=x,v一4_£与,=1=/均为募函数,

因为幕函数图像所过定点为(1,1),所以可得这三个函数图像均过点(1,1).故选:c

2

【变式4-1](24-25高一上•甘肃庆阳・月考)累函数〃x)=?的图象大致为()

【答案】B

【解析】由函数〃尤)=/=叱,可得函数的定义域为R,关于原点对称,

且〃-尤)=而了=疗=〃尤),所以函数为偶函数,

所以函数“X)的图象关于,轴对称,

又由幕函数的性质得,当无20时,函数”X)单调递增,

结合选项,选项B符合题意.故选:B.

【变式4-2](23-24高一上•河南南阳・月考)幕函数丁二武)二峭的图象如图,则将列〃,夕应的大

小关系是()

B.p>m>q>n

C.n>p>m>qD.n>q>m>p

【答案】B

【解析】对于幕函数y=若函数在(。,内)上单调递增,则戊>0,若函数在(。,y)上单调递减,则。<0,

所以"0,

当兄>1时,若y=%a的图象在y=x的上方,则。〉1,若y=%a的图象在y=x的下方,则二<1,

所以〃>1,0<机<1,0<4<1,

因为当X>1时,指数越大,图象越高,所以,

综上,p>m>q>n,故选:B

【变式4-3](23-24高一上.河北沧州•期中)(多选)已知函数/⑺=x"—a(aeR)的图象可能为()

【答案】BCD

【解析】AD选项,可以看出函数为偶函数,且在(0,+e)上单调递减,

故a<0,此时一a>0,/(x)=x"-a>0在(0,+8)上恒成立,A错误,D正确.

当a=-2时,〃力=4+2,选项D符合.

当a>0时,—的定义域为R,

B选项,可以看出。>0且。为偶数,当。=2时,/任)=Y-2满足要求,选项B正确.

C选项,当。=3时,〃%)=%3-3满足,选项C正确.故选:BCD

题型五塞函数的性质的综合应用

[例5](24-25高一上•江西上饶•月考)塞函数〃x)=(病一2*2卜"L在(0,+向上是减函数,则“㈤的

值为.

【答案】1

[m2—2m—2=1

【解析】由题意可得2「八,解得:根=-1,

\nr+m-2<0

所以/(%)=%-2,==L

故答案为:1

【变式5-1](23-24高一上.宁夏•期中)(多选)已知嘉函数/(x)的图象经过点(2,0),则()

A.〃x)的定义域为[0,m)B.“X)的值域为[0,+8)

C.“X)是偶函数D.的单调增区间为[。,”)

【答案】ABD

【解析】设〃x)=x"(aeR),贝1」〃2)=2。=0,可得a=g,则〃*)=%=«,

对于A选项,对于函数〃尤)=«,有xNO,则函数“X)的定义域为[。,+8),A对;

对于B选项,〃力=石",则函数"X)的值域为[0,+8),B对;

对于C选项,函数/(*)=«的定义域为[0,行),定义域不关于原点对称,

所以,函数/(X)为非奇非偶函数,C错;

对于D选项,“X)的单调增区间为[0,—),D对.故选:ABD.

【变式5-2](23-24高一上.辽宁・月考)已知累函数/(x)=(8疗-1*的图象过点(-根,〃).

(1)求实数”的值;

1

⑵设函数g(尤)=〃司十面‘用定义证明:g(x)在(0,1)上单调递减.

【答案】(1)&;(2)证明见解析.

【解析】(1)由函数/。)=(8/一1)产是幕函数,得8--1=1,解得相=±g,

当根=;时,函数)=%的定义域为[°,+°°),显然此函数图象不可能过点(-[〃),即根=;不符合

题意,

当相=一:时,函数》的定义域为(0,+s),显然此函数图象可以过点(;,〃),

j1111

所以m=一万,函数/(%)=一,«=/(-)=(-)2=V2.

_111

(2)由(1)知,函数/(x)=>,则函数g(x)=x2+X?=6+]=,

V%e(0,l),X]</,g(占)=

由得0<喜<喜'<1,且0<JXR<1因止匕<0,1—0,

即有(嘉一>°,则g(Xl)>g(X2),

所以函数g(x)在(。,1)上单调递减.

【变式5-3](23-24高一上•河北石家庄•期中)已知哥函数"尤)=尸混-"+3,其中〃7e{M-2<m<2,〃zeZ},

满足:

①在区间(O,+8)上单调递增;

②对任意的尤eR,都有/(—x)+/(x)=0.

求同时满足条件①②的幕函数的解析式,并求xe[0,3]时〃x)的值域.

【答案】/W=x3,值域为[0,27]

【解析】因塞函数y=〃尤)在区间(。,+e)为增函数,

贝I—2m2—m+3>0,即2m2+机一3<0,

3

解得:一一<相<1,

2

又因相£Z,所以m=一1或m=0,

当根=—1时,y=/(x)=f为偶函数,不满足〃_司+〃司=0;

当m=0时,、=/(%)=城为奇函数,满足/(—x)+/(x)=0;故〃x)=4,

当xe[0,3]时,f(x)e[0,27],

即函数的值域[0,27].

题型六指数函数的图象及应用

【例6】(23-24高一上.广东江门•期末)已知函数/(X)=/T+1(a>0,且分1)的图象恒过定点P,则

P的坐标为.

【答案】(L2)

【解析】由函数〃X)=/T+1可知,当尤=1时,f(V)=a°+1=2,

即函数图象恒过点尸(1,2).

故答案为:(L2)

【变式6-1](23-24高一上.河北邯郸•期中)(多选)若函数>且awl)的图象过第一,三,

四象限,则()

A.OVQVIB.a>lC.b>0D.b<0

【答案】BC

【解析】由题意可知:函数大致图象如下图所示,

若则y=a'-2b-l的图象必过第二象限,不符合题意,所以。>1.

当。>1时,要使y=a*-2b-l的图象过第一、三、四象限,2b+l>l,解得b>0.故选:BC.

【变式6-2](23-24高一上.山东济南・月考)在同一直角坐标系中,函数屋,g(x)=/(xNO)的部分

【解析】对于A和B,指数函数/")="过定点(。,1),且递增,贝股>1,

所以幕函数g(x)=x"递增,且增加的越来越快,故A不符合,B不符合;

对于C和D,指数函数〃力=就过定点(0,1),且递减,则0<”1,

所以幕函数g(x)=x。递增,且增加的越来越慢,故C符合,D不符合.故选:C.

【变式6-3](23-24高一上.河南南阳・月考)四个指数函数y=2、y=3',y=y=的图象如图所

X

A.图象①,②,③,④对应的函数依次为>=I,y=I,y=2犬和y=3”

B.图象①,②,③,④对应的函数依次为y=y=,>=2'和>=3,

C.图象①,②,③,④对应的函数依次为y=[£],y=,y=y^y=r

D,图象①,②,③,④对应的函数依次为y=y=,y=y^y=Y

【答案】D

【解析】当x=l时,31>21>Q^,

所以图象①,②,③,④对应的函数依次为y=y=,y=3x^y=r,故选:D.

题型七指数复合型函数的定义域和值域

【例7】(24-25高一上•福建福州•月考)函数〃x)=,3工-9的定义域为()

A.[-3,+巧B.[-2,+oo)C.[2,+oo)D.[4,+co)

【答案】C

【解析】由函数“X)=7?万有意义,则满足3,-920,即3-9=32,解得XW2,

所以函数“X)的定义域为[2,+功.故选:C.

【变式7-1](23-24高一上•陕西榆林•月考)函数/(元)=收工-!的定义域为()

A.B.(-co,0)u|^0,1C.(-8,-2]D.

【答案】B

【解析】由题意可知2-4-0,XRO,解得xwg且XHO:

故该函数定义域为(-%0)[]。].故选:B.

【变式7-2](23-24高一上陕西西安・月考)函数>=23-2(尤(2)的值域为()

【答案】C

【解析】因为xW2,那么可知x-lVl,

而函数y=2,在R上是增函数,故有:0<2,i42i=2,

所以:-2<y=2'-2W0,故C项正确故选:C.

【变式7-3](24-25高一上•湖南常德・月考)已知函数/(X)=2,+2-3X4*,若Y+XWO,则八>)的最大值和

最小值分别是()

2445

A.—,0B.—,1C.一,—D.3,1

3334

【答案】B

【解析】由公+xWO,得到TWxWO,令2*=tc1,1,

2

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