内容正文:
第6课时 幂函数与二次函数
[考试要求] 1.通过具体实例,了解幂函数及其图象的变化规律.2.掌握二次函数的图象与性质(单调性、对称性、顶点、最值等),能用二次函数与一元二次方程、不等式之间的关系解决简单问题.
1.幂函数
(1)幂函数的定义
一般地,函数________叫做幂函数,其中x是自变量,α为常数.
(2)常见的五种幂函数的图象
(3)幂函数的性质
①幂函数在(0,+∞)上都有定义;
②当α>0时,幂函数的图象都过点__________和__________,且在(0,+∞)上单调递增;
③当α<0时,幂函数的图象都过点__________,且在(0,+∞)上单调递减;
④当α为奇数时,y=xα为______;当α为偶数时,y=xα为______.
2.二次函数
(1)二次函数解析式的三种形式
一般式:f (x)=__________________________.
顶点式:f (x)=a(x-m)2+n(a≠0),顶点坐标为__________.
零点式:f (x)=a(x-x1)(x-x2)(a≠0),x1,x2为f (x)的____.
(2)二次函数的图象和性质
函数
y=ax2+bx+c(a>0)
y=ax2+bx+c(a<0)
图象
(抛物线)
定义域
R
值域
对称轴
方程
x=-
顶点
坐标
奇偶性
当______时是偶函数,当______时是非奇非偶函数
单调性
在上单调递__;
在上单调递__
在上单调递__;
在上单调递__
[常用结论]
二次函数在闭区间上的最值
设二次函数f (x)=ax2+bx+c(a>0),x∈[m,n].
(1)当-≤m时,最小值为f (m),最大值为f (n);
(2)当m<-时,最小值为f ,最大值为f (n);
(3)当<-≤n时,最小值为f ,最大值为f (m);
(4)当->n时,最小值为f (n),最大值为f (m).
一、易错易混辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)函数y=是幂函数. ( )
(2)当n>0时,幂函数y=xn在(0,+∞)上单调递增. ( )
(3)如果幂函数的图象与坐标轴相交,则交点一定是原点. ( )
(4)二次函数y=ax2+bx+c(a≠0),x∈[m,n]的最值一定是. ( )
二、教材经典衍生
1.(人教A版必修第一册P86T7改编)函数f (x)=-2x2+4x,x∈[-1,2]的值域为( )
A.[-6,2] B.[-6,1]
C.[0,2] D.[0,1]
2.(人教A版必修第一册P100复习参考题3T4改编)若函数f (x)=3x2-kx-8在[5,20]上具有单调性,则实数k的取值范围为________.
3.(人教A版必修第一册P100复习参考题3T5改编)已知幂函数y=f (x)的图象过点,则此函数的解析式为________;在区间________上单调递减.
4.(人教A版必修第一册P91练习T2改编)已知a=0.40.3,b=0.30.3,c=0.30.4,则a,b,c的大小关系是________.(用“<”连接)
考点一 幂函数的图象及性质
[典例1] (1)若幂函数y=x-1,y=xm与y=xn在第一象限内的图象如图所示,则m与n的取值情况为( )
A.-1<m<0<n<1 B.-1<n<0<m
C.-1<m<0<n D.-1<n<0<m<1
(2)(2024·成都石室中学模拟)幂函数f (x)=(m2-3m-3)xm在区间(0,+∞)上单调递减,则下列说法正确的是( )
A.m=4 B.f (x)是减函数
C.f (x)是奇函数 D.f (x)是偶函数
(3)若<,则实数a的取值范围是________.
[听课记录]
与幂函数有关问题的解题思路
(1)关于幂函数y=xα,若α∈Z且函数是偶函数,则α必为偶数.当α是分数时,一般将xα先化为根式,再分析函数的性质.
(2)若幂函数y=xα在(0,+∞)上单调递增,则α>0;若幂函数y=xα在(0,+∞)上单调递减,则α<0.
(3)在比较幂值的大小时,结合幂值的特点,选择适当的函数,借助其单调性进行比较.
[跟进训练]
1.已知a=,b=,c=,则( )
A.b<a<c B.a<b<c
C.b<c<a D.c<a<b
考点二 二次函数的图象与解析式
[典例2] (1)(多选)已知二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的部分图象如图所示,图象过点A(-3,0),对称轴为直线x=-1,则( )
A.b2>4ac B.2a-b=1
C.a-b+c=0 D.5a<b
(2)已知二次函数f (x)满足f (2)=-1,f (-1)=-1,且f (x)的最大值是8,则f (x)=________.
[听课记录]
研究二次函数图象及解析式应从“三点一线一开口”进行分析,“三点”中有一个点是顶点,另两个点是图象上关于对称轴对称的两个点,常取零点;“一线”是指对称轴这条直线;“一开口”是指抛物线的开口方向.
[跟进训练]
2.(1)若abc>0,则二次函数f (x)=ax2+bx+c的图象可能是( )
A B
C D
(2)函数f (x)满足下列性质:①定义域为R,值域为[1,+∞);②图象关于直线x=2对称;③对任意x1,x2∈(-∞,0),且x1≠x2,都有<0.请写出函数f (x)的一个解析式:________.(写出一个即可)
考点三 二次函数的单调性与最值
[典例3] 已知函数f (x)=x2-tx-1.
(1)若f (x)在区间(-1,2)上不单调,求实数t的取值范围;
(2)若x∈[-1,2],求f (x)的最小值g(t).
[听课记录]
[拓展变式] 本例条件不变,求当x∈[-1,2]时,f (x)的最大值G(t).
二次函数在闭区间上的最值主要有三种类型:轴定区间定、轴动区间定、轴定区间动.无论哪种类型,解题的关键都是图象的对称轴与区间的位置关系,当含有参数时,要依据图象的对称轴与区间的位置关系进行分类讨论.
[跟进训练]
3.(1)已知函数f (x)=x2+2x+1,若f (x)>x+k在区间[-3,-1]上恒成立,则实数k的取值范围为________.
(2)设函数f (x)=x2-2x+2,x∈[t,t+1],t∈R,求函数f (x)的最小值.
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课时分层作业(十一) 幂函数与二次函数
一、单项选择题
1.如图,函数y=,y=x,y=1的图象和直线x=1将平面直角坐标系的第一象限分成八个部分:①②③④⑤⑥⑦⑧.若幂函数f (x)的图象经过的部分是④⑧,则f (x)可能是( )
A.y=x2 B.y=
C.y= D.y=x-2
2.若函数y=x2-3x+4的定义域为[0,m],值域为,则m的取值范围是( )
A.(0,4] B.
C. D.
3.若函数f (x)=ax2+(a-3)x+1在区间[-1,+∞)上单调递减,则实数a的取值范围是( )
A.[-3,0) B.(-∞,-3]
C.[-2,0] D.[-3,0]
4.当x∈(1,2)时,不等式x2+mx+4<0恒成立,则m的取值范围是( )
A.(-∞,4] B.(-∞,-5)
C.(-∞,-5] D.(-5,-4)
5.(2023·海淀区一模)已知二次函数f (x),对任意的x∈R,都有f (2x)<2f (x),则f (x)的图象可能是( )
A B
C D
6.(2023·渭南二模)在测量某物理量的过程中,因仪器和观察的误差,使得n次测量分别得到x1,x2,…,xn共n个数据.我们规定所测量物理量的“最佳近似值” a应该满足与所有测量数据的差的平方和最小.由此规定,从这些数据得出的“最佳近似值” a应是( )
A. B.
C. D.
二、多项选择题
7.若函数f (x)=,且x1<x2,则( )
A.(x1-x2)[f (x1)-f (x2)]>0
B.x1-f (x1)>x2-f (x2)
C.f (x1)-x2<f (x2)-x1
D.>f
8.已知函数f (x)=ax2+x-3,若对任意的x1,x2∈[1,+∞),且x1≠x2,<3恒成立,则实数a的取值可以是( )
A.-2 B.-1
C.1 D.2
三、填空题
9.(2023·南京二模)幂函数f (x)=xα(α∈R)满足:任意x∈R都有f (-x)=f (x),且f (-1)<f (2)<2.请写出符合上述条件的一个函数f (x)=________.
10.(2024·河北唐山开滦二中模拟)若函数f (x)=ax2+2ax+1在区间[1,2]上有最大值4,则a的值为________.
四、解答题
11.(2023·沈阳育才学校一模)在①f (4)=-1,f (3)=2,②当x=2时,f (x)取得最大值3,③f (x+2)=f (2-x),f (0)=-1这三个条件中任选一个,补充在下面的问题中,并作答.
问题:已知函数f (x)=-x2-2ax+b,且________.
(1)求f (x)的解析式;
(2)若f (x)在[m,n](m<n)上的值域为[3m-2,3n-2],求m+n的值.
12.已知f (x)=ax2-2x+1.
(1)若f (x)在[0,1]上单调,求实数a的取值范围;
(2)若x∈[0,1],求f (x)的最小值g(a).
13.(2024·广东深圳期中)俄国数学家切比雪夫是研究直线逼近函数理论的先驱.对定义在非空集合I上的函数f (x),以及函数g(x)=kx+b(k,b∈R),切比雪夫将函数y=|f (x)-g(x)|,x∈I的最大值称为函数f (x)与g(x)的“偏差”.
(1)若f (x)=x2(x∈[0,1]),g(x)=-x-1,求函数f (x)与g(x)的“偏差”;
(2)若f (x)=x2(x∈[-1,1]),g(x)=x+b,求实数b,使得函数f (x)与g(x)的“偏差”取得最小值,并求出“偏差”的最小值.
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第6课时 幂函数与二次函数
梳理·必备知识
1.(1)y=xα (3)(1,1) (0,0) (1,1) 奇函数 偶函数
2.(1)ax2+bx+c(a≠0) (m,n) 零点 (2) b=0 b≠0 减 增 增 减
激活·基本技能
一、(1)× (2)√ (3)√ (4)×
二、1.A [函数f (x)=-2x2+4x图象的对称轴为x=1,
则f (x)在[-1,1]上单调递增,在[1,2]上单调递减,
∴f (x)max=f (1)=2,f (x)min=f (-1)=-2-4=-6,即f (x)的值域为[-6,2].]
2.(-∞,30]∪[120,+∞) [依题意知,≥20或≤5,解得k≥120或k≤30.]
3.y= (0,+∞) [设y=f (x)=xα,因为图象过点,代入解析式得α=-,则y=,由性质可知函数y=在(0,+∞)上单调递减.]
4.c<b<a [由指数函数,幂函数的单调性可知0.30.4<0.30.3,0.40.3>0.30.3,即c<b<a.]
考点一
典例1 (1)D (2)C (3)
[(1)幂函数y=xα,当α>0时,y=xα在(0,+∞)上单调递增,且0<α<1时,图象上凸,所以0<m<1;当α<0时,y=xα在(0,+∞)上单调递减,不妨令x=2,根据图象可得2-1<2n,所以-1<n<0.综上所述,故选D.
(2)函数f (x)=(m2-3m-3)xm为幂函数,则m2-3m-3=1,解得m=4或m=-1.
当m=4时,f (x)=x4在区间(0,+∞)上单调递增,不满足条件,A错误;
当m=-1时,f (x)=x-1在区间(0,+∞)上单调递减,满足题意.
函数f (x)=x-1在(-∞,0)和(0,+∞)上单调递减,但不是减函数,B错误;
因为函数定义域关于原点对称,且f (-x)==-f (x),
所以函数f (x)是奇函数,不是偶函数,故C正确,D错误.故选C.
(3)易知函数y=的定义域为[0,+∞),在定义域内为增函数,
所以 解得-1≤a<.]
跟进训练
1.A [a==1,b==1,c=2,幂函数y=在R上单调递增,a<c,指数函数y=16x在R上单调递增,b<a,∴b<a<c.故选A.]
考点二
典例2 (1)AD (2)-4x2+4x+7 [(1)在题图中,二次函数与x轴交于两点,所以b2-4ac>0,即b2>4ac,A正确;对称轴为直线x=-1,即-=-1,2a-b=0,B错误;结合题图,当x=-1时,y>0,即a-b+c>0,C错误;由对称轴为x=-1知,b=2a.根据抛物线开口向下,知a<0,所以5a<2a,即5a<b,D正确.
(2)法一(利用“一般式”)
设f (x)=ax2+bx+c(a≠0).
由题意得
解得
所以所求二次函数的解析式为f (x)=-4x2+4x+7.
法二(利用“顶点式”)
设f (x)=a(x-m)2+n(a≠0).
因为f (2)=f (-1),所以抛物线的对称轴为x=,所以m=.
又根据题意,函数有最大值8,所以n=8,
所以f (x)=a+8.
因为f (2)=-1,所以a+8=-1,解得a=-4,
所以f (x)=-4+8=-4x2+4x+7.
法三(利用“零点式”)
由已知f (x)+1=0的两根为x1=2,x2=-1,
故可设f (x)+1=a(x-2)(x+1)(a≠0),
即f (x)=ax2-ax-2a-1.
又函数有最大值8,
即=8.
解得a=-4或a=0(舍).
故所求函数的解析式为f (x)=-4x2+4x+7.]
跟进训练
2.(1)D (2)f (x)=x2-4x+5(答案不唯一) [(1)在A中,a<0,b<0,c<0,不符合题意;B中,a<0,b>0,c>0,不符合题意;C中,a>0,b>0,c<0,不符合题意;D中,a>0,b<0,c<0,符合题意.故选D.
(2)由二次函数的对称性、值域及单调性可知解析式取f (x)=(x-2)2+1,
此时f (x)图象的对称轴为x=2,开口向上,
满足②,
∵对任意x1,x2∈(-∞,0),且x1≠x2,
都有<0,
等价于f (x)在(-∞,0)上单调递减,
∴f (x)=(x-2)2+1满足③,
又f (x)=(x-2)2+1≥1,满足①,
故f (x)的解析式可以为f (x)=x2-4x+5.]
考点三
典例3 解:f (x)=x2-tx-1=-1-.
(1)依题意,-1<<2,解得-2<t<4,
∴实数t的取值范围是(-2,4).
(2)①当≥2,即t≥4时,f (x)在[-1,2]上单调递减,
∴f (x)min=f (2)=3-2t.
②当-1<<2,即-2<t<4时,f (x)min=f =-1-.
③当≤-1,即t≤-2时,f (x)在[-1,2]上单调递增,∴f (x)min=f (-1)=t.
综上有g(t)=
拓展变式
解:∵f (-1)=t,f (2)=3-2t,
∴f (x)max=max{f (-1),f (2)}.
又f (2)-f (-1)=3-3t,
当t≥1时,f (2)-f (-1)≤0,
∴f (2)≤f (-1),
∴f (x)max=f (-1)=t;
当t<1时,f (2)-f (-1)>0,
∴f (2)>f (-1),
∴f (x)max=f (2)=3-2t,
综上有G(t)=
跟进训练
3.(1)(-∞,1) [由题意得x2+x+1>k在区间[-3,-1]上恒成立.设g(x)=x2+x+1,x∈[-3,-1].
∵g(x)在[-3,-1]上单调递减,∴g(x)min=g(-1)=1.
∴k<1.故k的取值范围为(-∞,1).]
(2)解:f (x)=x2-2x+2=(x-1)2+1,x∈[t,t+1],t∈R,函数图象的对称轴为x=1.
当t+1≤1,即t≤0时,函数图象如图①所示,函数f (x)在区间[t,t+1]上为减函数,所以最小值为f (t+1)=t2+1.
当t<1<t+1,即0<t<1时,函数图象如图②所示,在对称轴x=1处f (x)取得最小值,最小值为f (1)=1.
当t≥1时,函数图象如图③所示,函数f (x)在区间[t,t+1]上为增函数,
所以最小值为f (t)=t2-2t+2.
综上可知,f (x)min=
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课时分层作业(十一) 幂函数与二次函数
1.B [因为函数y=xα的图象过④⑧部分,所以函数y=xα在第一象限内单调递减,所以α<0.又易知当x=2时,<y<1,所以只有B选项符合题意.]
2.C [y=x2-3x+4=+的定义域为[0,m],显然,当x=0时,y=4,又值域为,根据二次函数图象的对称性知≤m≤3.]
3.D [当a=0时,f (x)=-3x+1在区间[-1,+∞)上单调递减,满足题意;
当a≠0时,f (x)图象的对称轴为x=,由f (x)在区间[-1,+∞)上单调递减,知
解得-3≤a<0.综上,a的取值范围为[-3,0].]
4.C [令f (x)=x2+mx+4,∵当x∈(1,2)时,f (x)<0恒成立,
∴即解得m≤-5.]
5.A [二次函数f (x),对任意的x∈R,有f (2x)<2f (x),令x=0得,f (0)<2f (0),即f (0)>0,故CD都不可能,对于B,二次函数图象的对称轴方程为x=-,由图象可知f <0,设f (x)的图象与x轴的两个交点为x1,x2,且0<x1<x2,则x1+x2=->0,所以0<x1<-<x2<-,所以f >0,当x=-时,f (2x)=f <2f <0,两者相矛盾,故B不可能.
故选A.]
6.A [根据题意得f (a)=(a-x1)2+(a-x2)2+…+(a-xn)2=,由于n>0,所以f (a)是关于a的二次函数,因此当a=,即a=时,f (a)取得最小值.故选A.]
7.AC [由幂函数的性质知,f (x)=在R上单调递增.
因为x1<x2,所以f (x1)<f (x2),即x1-x2<0,f (x1)-f (x2)<0,
所以(x1-x2)[f (x1)-f (x2)]>0.故A正确;
令x1=0,x2=1,则0-f (0)=1-f (1)=0,故B错误;
令g(x)=f (x)+x=+x,则
由函数单调性的性质知,f (x)=在R上单调递增,y=x在R上单调递增,
所以y=f (x)+x=+x在R上单调递增,
因为x1<x2,所以g(x1)<g(x2),即f (x1)+x1<f (x2)+x2,于是有f (x1)-x2<f (x2)-x1,故C正确;
令x1=-1,x2=1,则=0,
所以=f (0)=0,故D错误.故选AC.]
8.AB [不妨设1≤x1<x2,则x1-x2<0,
根据题意,可得f (x1)-f (x2)>3(x1-x2)恒成立,
即f (x1)-3x1>f (x2)-3x2恒成立,
令g(x)=f (x)-3x=ax2-2x-3,
则g(x1)>g(x2)恒成立,所以函数g(x)在[1,+∞)上单调递减.
当a=0时,g(x)=-2x-3在[1,+∞)上单调递减,符合题意;
当a≠0时,要使g(x)=ax2-2x-3在[1,+∞)上单调递减,
则解得a<0.
综上所述,实数a的取值范围是(-∞,0].故选AB.]
9.(答案不唯一) [取f (x)=,则定义域为R,且f (-x)===f (x),f (-1)=1,f (2)==,满足f (-1)<f (2)<2.]
10. [f (x)=a(x+1)2+1-a.
①当a=0时,函数f (x)在区间[1,2]上的值为常数1,不符合题意,舍去.
②当a>0时,函数f (x)在区间[1,2]上单调递增,最大值为f (2)=8a+1=4,解得a=.
③当a<0时,函数f (x)在区间[1,2]上单调递减,最大值为f (1)=3a+1=4,解得a=1,不符合题意,舍去.
综上可知,a的值为.]
11.解:(1)若选①,
由题意可得
解得a=-2,b=-1,
故f (x)=-x2+4x-1.
若选②,
由题意可得
解得a=-2,b=-1,
故f (x)=-x2+4x-1.
若选③,
因为f (x+2)=f (2-x),
所以f (x)图象的对称轴方程为x=2,
则-a=2,即a=-2,因为f (0)=-1,所以b=-1,
故f (x)=-x2+4x-1.
(2)因为f (x)=-x2+4x-1在R上的值域为(-∞,3],
所以3n-2≤3,即n≤,
因为f (x)图象的对称轴方程为x=2,且n≤<2,
所以f (x)在[m,n]上单调递增,
则
整理得n2-m2+m-n=0,即(n-m)(n+m-1)=0,
因为n-m≠0,所以n+m-1=0,即n+m=1.
12.解:(1)当a=0时,f (x)=-2x+1单调递减;
当a>0时,f (x)图象的对称轴为x=,且>0,
∴≥1,即0<a≤1;
当a<0时,f (x)图象的对称轴为x=且<0,
∴a<0符合题意.
综上,实数a的取值范围是(-∞,1].
(2)①当a=0时,f (x)=-2x+1在[0,1]上单调递减,
∴f (x)min=f (1)=-1.
②当a>0时,f (x)=ax2-2x+1的图象开口方向向上,且对称轴为x=.
(ⅰ)当<1,即a>1时,f (x)=ax2-2x+1图象的对称轴在[0,1]内,
∴f (x)在上单调递减,在上单调递增.
∴f (x)min=f =+1=-+1.
(ⅱ)当≥1,即0<a≤1时,f (x)在[0,1]上单调递减.
∴f (x)min=f (1)=a-1.
③当a<0时,f (x)=ax2-2x+1的图象开口方向向下,且对称轴x=<0,在y轴的左侧,
∴f (x)=ax2-2x+1在[0,1]上单调递减.
∴f (x)min=f (1)=a-1.
综上所述,g(a)=
13.解:(1)y=|f (x)-g(x)|=|x2+x+1|==+,x∈[0,1],因为x∈[0,1],
由二次函数的性质可得y=+∈[1,3],
故函数f (x)与g(x)的“偏差”为3.
(2)令t(x)=f (x)-g(x)=x2-x-b=-b-,x∈[-1,1],
因为t(-1)=2-b,t=-b-,t(1)=-b,
令h(x)=|t(x)|=,x∈[-1,1],
因为x∈[-1,1],x-∈∈,
当-b-=0,即b=-时,此时-b-≥0,
则h(x)=的“偏差”为2-b,由于2-b=,有最小值,满足要求;
当-b->0,即b<-时,此时-b->0,
则h(x)=的“偏差”为2-b,由于2-b>,无最小值,不满足要求;
当-b-<0,t(-1)=2-b>0且b+<2-b,即-<b<时,
则h(x)=的“偏差”为2-b,由于<2-b<,无最小值,不满足要求;
当-b-<0,t(-1)=2-b>0且b+>2-b,即b>时,
则h(x)=的“偏差”为b+,由于b+>,无最小值,不满足要求;
当-b-<0,t(-1)=2-b>0且b+=2-b,即b=时,
则h(x)=的“偏差”为b+,由于b+=,有最小值,满足要求;
当-b-<0,t(-1)=2-b<0,即b>2时,
则h(x)=的“偏差”为b+,由于b+>,无最小值,不满足要求;
当-b-<0,t(-1)=2-b=0,即b=2时,
则h(x)=的“偏差”为b+,由于b+=,有最小值,满足要求;
综上,b=或-或2时,满足要求.
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