内容正文:
第四章 指数函数、对数函数与幂函数
4.2 对数与对数函数
4.2.3 对数函数的性质与图象
第2课时 对数函数性质的应用
知识对点练
目录
40分钟综合练
知识对点练
知识点一 对数型函数的定义域
1.函数f(x)=log2(x2+3x-4)的定义域是( )
A.[-4,1]
B.(-4,1)
C.(-∞,-4]∪[1,+∞)
D.(-∞,-4)∪(1,+∞)
解析:由x2+3x-4>0,得x>1或x<-4,所以函数f(x)的定义域为(-∞,-4)∪(1,+∞).故选D.
答案
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5.已知log3(2m2+2m-1)>log3(m-1),则实数m的取值范围是________.
答案
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(1,+∞)
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6.解不等式loga(2x-5)>loga(x-1).
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[0,1)
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2.已知函数f(x)=loga|x|在(0,+∞)上单调递增,则( )
A.f(3)<f(-2)<f(1) B.f(1)<f(-2)<f(3)
C.f(-2)<f(1)<f(3) D.f(3)<f(1)<f(-2)
解析:因为函数f(x)=loga|x|是偶函数,且函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,所以f(1)<f(2)=f(-2)<f(3).故选B.
答案
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3.设函数f(x)=ln (1+x)-ln (1-x),则f(x)是( )
A.奇函数,且在(0,1)上是增函数
B.奇函数,且在(0,1)上是减函数
C.偶函数,且在(0,1)上是增函数
D.偶函数,且在(0,1)上是减函数
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解析:当x<1时,f(x)=ex+x-4,因为y=ex,y=x-4在(-∞,1)上均单调递增,所以f(x)单调递增,当x≥1时,易知f(x)=ln x单调递增,且当x=1时,e1+1-4=e-3<0=ln 1,则f(x)在R上单调递增,因为a2+1≥1,则f(a2+1)+f(5)=ln (a2+1)+ln 5=ln [5(a2+1)]=f(5(a2+1)),所以由f(a2+≤1) f(-10a)-f(5),得f(5(a2+1))≤f(-10a),所以5(a2+1)≤-10a,解得a=-1.故选A.
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7.已知函数f(x)=loga(x+1),g(x)=loga(1-x)(a>0且a≠1),则( )
A.函数f(x)+g(x)的定义域为(-1,1)
B.函数f(x)+g(x)的图象关于y轴对称
C.函数f(x)+g(x)在定义域上有最小值0
D.函数f(x)-g(x)在区间(0,1)上是减函数
解析: ∵f(x)=loga(x+1),g(x)=loga(1-x)(a>0且a≠1),∴f(x)+g(x)=loga(x+1)+loga(1-x),由x+1>0且1-x>0,得-1<x<1,故A正确;由f(-x)+g(-x)=loga(-x+1)+loga(1+x)=f(x)+g(x),得函数f(x)+g(x)是偶函数,其图象关于y轴对称,故B正确;∵-1<x<1,∴f(x)+g(x)=loga(1-x2),由复合函数的单调性可知,当0<a<1时,函数f(x)+g(x)在(-1,0)上单调递减,在[0,1)上单调递增,
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解析
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有最小值f(0)+g(0)=loga(1-0)=0,当a>1时,函数f(x)+g(x)在(-1,0)上单调递增,在[0,1)上单调递减,无最小值,故C错误;∵f(x)-g(x)=loga(x+1)-loga(1-x),当0<a<1时,f(x)=loga(x+1)在(0,1)上单调递减,g(x)=loga(1-x)在(0,1)上单调递增,函数f(x)-g(x)在(0,1)上单调递减,当a>1时,f(x)=loga(x+1)在(0,1)上单调递增,g(x)=loga(1-x)在(0,1)上单调递减,函数f(x)-g(x)在(0,1)上单调递增,故D错误.故选AB.
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-1
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9.函数y=log2(x2+2x-3)的单调递减区间是_____________.
解析:∵x2+2x-3>0,∴x>1或x<-3.∵y=x2+2x-3在(-∞,-3)上是减函数,在(1,+∞)上是增函数,且y=log2x在(0,+∞)上是增函数,∴函数y=log2(x2+2x-3)的单调递减区间是(-∞,-3).
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解析
(-∞,-3)
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10.已知对数函数f(x)的图象过点(4,-2),则不等式f(x-1)-f(x+1)>3的解集为_______________.
答案
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12.(2024·福建福州阶段练习)已知函数f(x)=loga(2+x)+loga(4-x)(a>0且a≠1)的图象过点(1,2).
(1)求a的值及f(x)的定义域;
(2)求f(x)在[0,3]上的最小值.
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(2)因为f(x)=log3(2+x)+log3(4-x)=log3(2+x)(4-x)=log3(8+2x-x2),
令t=8+2x-x2=-(x-1)2+9,x∈[0,3],
由二次函数的性质可知t在[0,1]上单调递增,在(1,3]上单调递减,
又y=log3t在(0,+∞)上单调递增,
所以f(x)在[0,1]上单调递增,在(1,3]上单调递减.
因为f(0)=log38,f(3)=log35,
所以f(x)min=log35.
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14.(2024·河北邯郸高一期末)已知函数f(x)=a(log2x)2-2alog2x+b-1(a>0)在区间[4,8]上的最大值为2,最小值为-1.
(1)求实数a,b的值;
(2)若对任意的x∈[1,4],f(x)≤klog2x恒成立,求实数k的取值范围.
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R
2.函数f(x)=eq \f(\r(2-x),ln x)的定义域为( )
A.(-∞,2]
B.(0,1)∪(1,2]
C.(1,2]
D.(1,+∞)
解析:由题意得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2-x≥0,,ln x≠0,,x>0,))解得0<x<1或1<x≤2,所以函数f(x)=eq \f(\r(2-x),ln x)的定义域为(0,1)∪(1,2].故选B.
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3),1))
3.函数f(x)=eq \f(3x2,\r(1-x))+lg (3x+1)的定义域是________.
解析:由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(1-x>0,,3x+1>0,))解得-eq \f(1,3)<x<1,所以函数f(x)的定义域是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3),1)).
知识点二 解对数不等式
4.不等式logeq \s\up-12(\f(1,2))
eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,2)))>-1的解集是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,2),\f(5,2)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,2),\f(1,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(5,2)))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),\f(1,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(5,2)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,2),\f(1,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),2))
解析:由logeq \s\up-12(\f(1,2))eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,2)))=-log2eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,2)))>-1,得log2eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,2)))<1=log22,即0<eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,2)))<2,即-eq \f(3,2)<x<eq \f(5,2)且x≠eq \f(1,2).
解析:因为函数y=log3x是增函数,且定义域为(0,+∞),所以2m2+2m-1>m-1>0,即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2m2+2m-1>m-1,,m-1>0,))解得m>1.故实数m的取值范围是(1,+∞).
解:当a>1时,原不等式等价于eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x-5>0,,x-1>0,,2x-5>x-1,))解得x>4;当0<a<1时,原不等式等价于eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x-5>0,,x-1>0,,2x-5<x-1,))解得eq \f(5,2)<x<4.
综上,当a>1时,原不等式的解集为{x|x>4};
当0<a<1时,原不等式的解集为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(\f(5,2)<x<4)))).
知识点三 对数型函数的单调性及值域
7.函数y=logeq \s\up-12(\f(1,2))(1-x2)的单调递增区间是________,最小值是________.
解析:要使y=logeq \s\up-12(\f(1,2))(1-x2)有意义,则1-x2>0,∴x2<1,则-1<x<1,因此函数的定义域为(-1,1).令t=1-x2,x∈(-1,1).当x∈(-1,0]时,x增大,t增大,y=logeq \s\up-12(\f(1,2))t减小,∴当x∈(-1,0]时,y=logeq \s\up-12(\f(1,2))(1-x2)是减函数;当x∈[0,1)时,x增大,t减小,y=logeq \s\up-12(\f(1,2))t增大,∴当x∈[0,1)时,y=logeq \s\up-12(\f(1,2))(1-x2)是增函数.故函数y=logeq \s\up-12(\f(1,2))(1-x2)的单调递增区间为[0,1),且函数的最小值ymin=logeq \s\up-12(\f(1,2))(1-02)=0.
-eq \f(1,4)
8.函数f(x)=log2eq \r(x)×logeq \s\up-12(\r(2))(2x)的最小值为________.
解析:显然x>0,所以f(x)=log2eq \r(x)×logeq \s\up-12(\r(2))(2x)=eq \f(1,2)log2x×log2(4x2)=eq \f(1,2)log2x×(log24+2log2x)=log2x+(log2x)2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(log2x+\f(1,2)))
eq \s\up15(2)-eq \f(1,4)≥-eq \f(1,4),当且仅当x=eq \f(\r(2),2)时,有f(x)min=-eq \f(1,4).
知识点四 对数函数的综合应用
9.已知函数f(x)=log2eq \f(1+x,1-x).
(1)判断函数f(x)的奇偶性并证明你的结论;
(2)解不等式f(x)<-1.
解:(1)函数f(x)为奇函数.
证明:由eq \f(1+x,1-x)>0,得-1<x<1,
所以f(x)的定义域为(-1,1),关于原点对称,任取x∈(-1,1),则-x∈(-1,1),
f(-x)+f(x)=log2eq \f(1-x,1+x)+log2eq \f(1+x,1-x)
=log2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1-x,1+x)·\f(1+x,1-x)))=log21=0,
所以f(-x)=-f(x),所以函数f(x)为奇函数.
(2)由(1)知-1<x<1,
因为log2eq \f(1+x,1-x)<-1,
所以eq \f(1+x,1-x)<2-1=eq \f(1,2),
即eq \f(1+x,1-x)-eq \f(1,2)=eq \f((2+2x)-(1-x),2(1-x))=eq \f(3x+1,2(1-x))<0,
所以eq \f(3x+1,x-1)>0,所以x<-eq \f(1,3)或x>1.
又-1<x<1,所以-1<x<-eq \f(1,3).
故不等式f(x)<-1的解集为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1,-\f(1,3))).
一、单项选择题
1.函数f(x)=lg (6-x)+eq \r(x-4)的定义域为( )
A.(-∞,6)
B.[4,6)
C.[4,+∞)
D.(4,6)
解析:由题意得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(6-x>0,,x-4≥0,))解得4≤x<6.故选B.
解析:由题意可得,函数f(x)的定义域为(-1,1),且f(-x)=ln (1-x)-ln (1+x)=-f(x),故f(x)为奇函数.又f(x)=ln eq \f(1+x,1-x)=ln eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,1-x)-1)),易知y=eq \f(2,1-x)-1在(0,1)上为增函数,故f(x)在(0,1)上为增函数.
4.(2024·安徽六安期末)函数f(x)=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(ex+x-4,x<1,,ln x,x≥1,))若f(a2+1)≤f(-10a)-f(5),则实数a的取值范围是( )
A.{-1}
B.(-∞,-1]
C.[-1,+∞)
D.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1,-\f(1,e)))
5.已知函数f(x)=logeq \s\up-12(\f(1,2))(x2-2ax+2),则以下说法错误的是( )
A.∃a∈R,使得f(x)为偶函数
B.若f(x)的定义域为R,则a∈(-eq \r(2),eq \r(2))
C.若f(x)在区间(-∞,1)上单调递增,则a∈[1,+∞)
D.若f(x)的值域是(-∞,2],则a∈eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-\f(\r(7),2),\f(\r(7),2)))
解析:对于A,令a=0,则f(x)=logeq \s\up-12(\f(1,2))(x2+2),此时函数的定义域为R,且f(-x)=logeq \s\up-12(\f(1,2))(x2+2)=f(x),即f(x)=logeq \s\up-12(\f(1,2))(x2+2)为偶函数,故A正确;对于B,因为f(x)的定义域为R,则x2-2ax+2>0恒成立,即Δ=(-2a)2-4×2<0,解得-eq \r(2)<a<eq \r(2),即a∈(-eq \r(2),eq \r(2)),故B正确;对于C,令g(x)=x2-2ax+2,因为y=logeq \s\up-12(\f(1,2))x在定义域上单调递减,要使函数f(x)在区间(-∞,1)上单调递增,则g(x)=x2-2ax+2在(-∞,1)上单调递减且大于0恒成立,所以eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a≥1,,g(1)≥0,))即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a≥1,,12-2a+2≥0,))解得1≤a≤eq \f(3,2),故C错误;对于D,因为函数f(x)的值域是(-∞,2],所以f(x)max=2=logeq \s\up-12(\f(1,2))eq \f(1,4),所以g(x)min=eq \f(1,4),即g(a)=-a2+2=eq \f(1,4),解得a=±eq \f(\r(7),2),即a∈eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-\f(\r(7),2),\f(\r(7),2))),故D正确.故选C.
二、多项选择题
6.(2024·陕西西安期末)下列函数中,值域为(0,+∞)的增函数是( )
A.y=eq \r(x)
B.y=2x
C.y=log3(2x+1)
D.y=ln (x2+1)
解析:对于A,因为函数y=eq \r(x)的定义域为[0,+∞),可得其值域为[0,+∞),故A错误;对于B,因为∀x∈R,2x>0恒成立,故函数y=2x的值域为(0,+∞),且2>1,y=2x为增函数,故B正确;对于C,设t=2x+1,显然为增函数,因为∀x∈R,2x>0,所以t=2x+1>1,又函数y=log3t在定义域内为增函数,由复合函数“同增异减”原则,知y=log3(2x+1)为增函数,且f(x)=log3(2x+1)>0,
即函数值域为(0,+∞),故C正确;对于D,设t=x2+1,则t≥1,函数y=ln t在定义域内为增函数,而函数t=x2+1在(-∞,0]上单调递减,在[0,+∞)上单调递增,故函数y=ln (x2+1)在(-∞,0]上单调递减,在[0,+∞)上单调递增,且值域为[0,+∞),故D错误.故选BC.
三、填空题
8.若f(x)=ln eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+\f(2,x+b)))为奇函数,则b=________.
解析:对于函数f(x)=ln eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+\f(2,x+b))),令1+eq \f(2,x+b)>0,解得x>-b或x<-b-2,所以函数f(x)的定义域为(-∞,-b-2)∪(-b,+∞),又f(x)为奇函数,所以-b-b-2=0,所以b=-1,此时f(x)=ln eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+\f(2,x-1)))=ln eq \f(x+1,x-1),定义域为(-∞,-1)∪(1,+∞),且f(-x)=ln eq \f(-x+1,-x-1)=ln eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x+1,x-1)))
eq \s\up15(-1)=-ln eq \f(x+1,x-1)=-f(x),满足f(x)为奇函数.
eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(1<x<\f(9,7)))))
解析:设函数f(x)的解析式为f(x)=logax(a>0且a≠1),由函数的图象过点(4,-2)可得-2=loga4,即a-2=4,则a=eq \f(1,2)或a=-eq \f(1,2)(舍去).由f(x-1)-f(x+1)>3可得f(x-1)>3+f(x+1),即logeq \s\up-12(\f(1,2))(x-1)>logeq \s\up-12(\f(1,2))
eq \f(1,8)+logeq \s\up-12(\f(1,2))(x+1)=logeq \s\up-12(\f(1,2))eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,8)(x+1))),所以原不等式等价于eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x-1>0,,x-1<\f(1,8)(x+1),,x+1>0,))解得1<x<eq \f(9,7).
四、解答题
11.(2024·江苏南京月考)求函数f(x)=logeq \s\up-12(\f(1,2))
eq \f(8,x)×log2(2x),x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),16))的值域.
解:f(x)=logeq \s\up-12(\f(1,2))eq \f(8,x)×log2(2x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-log2\f(8,x)))×log2(2x)=(log2x-log28)(log22+log2x)=(log2x-3)(log2x+1)=(log2x)2-2log2x-3,
由x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),16)),得log2x∈[-1,4],
令t=log2x,则t∈[-1,4],
则g(t)=t2-2t-3=(t-1)2-4,易知g(t)在[-1,4]上的值域为[-4,5],
故函数f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),16))上的值域为[-4,5].
解:(1)由f(x)的图象过点(1,2),可得f(1)=loga(2+1)+loga(4-1)=2loga3=2,
解得a=3.
则有f(x)=log3(2+x)+log3(4-x),
定义域满足eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2+x>0,,4-x>0,)) 解得-2<x<4,
故f(x)的定义域为(-2,4).
13.设a>0,若对任意t∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1)),函数h(x)=log2eq \f(1+ax,x-1)+log2eq \f(x-1,x)在区间[t+1,t+3]上的最大值与最小值的差不超过1,求实数a的取值范围.
解:h(x)=log2eq \f(1+ax,x-1)+log2eq \f(x-1,x)=log2eq \f(1+ax,x)=log2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,x)+a)),μ=eq \f(1,x)+a在区间[t+1,t+3]上单调递减,y=log2μ为增函数,
∴函数h(x)=log2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,x)+a))在区间[t+1,t+3]上单调递减,
由题意得h(t+1)-h(t+3)≤1,
即log2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t+1)+a))-log2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t+3)+a))≤1,
即eq \f(1,t+1)+a≤2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t+3)+a)),
即at2+(4a+1)t+3a-1≥0,t∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1)).
令y=at2+(4a+1)t+3a-1,t∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1)),
∵a>0,∴-eq \f(4a+1,2a)<0,
∴函数y=at2+(4a+1)t+3a-1在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1))上单调递增,
当t=eq \f(1,2)时,y有最小值eq \f(21a,4)-eq \f(1,2)≥0,
解得a≥eq \f(2,21).
∴实数a的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,21),+∞)).
解:(1)令t=log2x,∵x∈[4,8],∴t∈[2,3],
设m(t)=at2-2at+b-1(a>0),
∵a>0,m(t)图象的对称轴为直线t=1,
∴m(t)=at2-2at+b-1在[2,3]上单调递增,则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m(2)=-1,,m(3)=2,))即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(4a-4a+b-1=-1,,9a-6a+b-1=2,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=1,,b=0,))∴实数a的值为1,b的值为0.
(2)由f(x)≤klog2x,得(log2x)2-2log2x-1≤klog2x,
令t=log2x,则t∈[0,2],t2-2t-1≤kt,
当t=0时,-1≤0恒成立,即k∈R;
当t∈(0,2]时,t2-2t-1≤kt⇔k≥eq \f(t2-2t-1,t)=t-eq \f(1,t)-2,
令g(t)=t-eq \f(1,t)-2,则只需k≥g(t)max.
∵y=t,y=-eq \f(1,t)均为t∈(0,2]上的增函数,
∴g(t)=t-eq \f(1,t)-2在t∈(0,2]上单调递增,
∴g(t)max=g(2)=2-eq \f(1,2)-2=-eq \f(1,2),∴k≥-eq \f(1,2).
综上,实数k的取值范围为eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),+∞)).
$$