内容正文:
2025届高考数学一轮复习教案讲义(原卷版)——函数之指数函数
【知识梳理】
1. 指数函数的概念
函数y=ax(a>0,且a≠1)叫做指数函数,其中指数x是自变量,定义域是R.
2.指数函数的图象与性质
a>1
0<a<1
图象
定义域
R
值域
性质
过定点 ,即x=0时,y=1
当x>0时, ;当x<0时,
当x<0时, ;当x>0
时,
在(-∞,+∞)上是
在(-∞,+∞)上是
y=ax与y=的图象关于y轴对称
[常用结论]
1.画指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象,应抓住三个关键点:(1,a),(0,1),.
2.指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象和性质跟a的取值有关,要特别注意应分a>1与0<a<1来研究.
3.如图所示是指数函数
(1)y=ax,(2)y=bx,
(3)y=cx,(4)y=dx的图象,则c>d>1>a>b>0.
【诊断自测】
1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)
(1)函数y=2x-1是指数函数.( )
(2)函数y=ax2+1(a>1)的值域是(0,+∞).( )
(3)2-3>2-4.( )
(4)若am<an(a>0,且a≠1),则m<n.( )
2.函数f(x)=1-e|x|的图象大致是( )
3.(必修一P119T6改编)已知a=0.750.1,b=1.012.7,c=1.013.5,则( )
A.a>b>c B.a>c>b
C.c>b>a D.c>a>b
4.函数y=2的值域为________.
考点一 指数函数的图象及应用
例1 (1)函数f(x)=ax-b的图象如图所示,其中a,b为常数,则下列结论正确的是( )
A.a>1,b<0 B.a>1,b>0
C.0<a<1,b>0 D.0<a<1,b<0
(2)(多选)(2024·青岛质检)点M(x1,y1)在函数y=ex的图象上,当x1∈[0,1)时,的值可能等于( )
A.-1 B.-2
C.-3 D.0
方法总结 1.对于有关指数型函数的图象问题,一般是从最基本的指数函数的图象入手,通过平移、伸缩、对称变换得到.特别地,当底数a与1的大小关系不确定时应注意分类讨论.
2.有关指数方程、不等式问题的求解,往往利用相应的指数型函数图象,数形结合求解.
训练1 (1)函数f(x)=的部分图象大致为( )
(2)(2024·深圳质检)若直线y=2a与函数y=|ax-1|(a>0,且a≠1)的图象有两个交点,则a的取值范围是________.
考点二 指数函数的性质及应用
角度1 比较大小
例2 (1)(2023·天津卷)若a=1.010.5,b=1.010.6,c=0.60.5,则a,b,c的大小关系为( )
A.c>a>b B.c>b>a
C.a>b>c D.b>a>c
(2)若ea+πb≥e-b+π-a,下列结论一定成立的是( )
A.a+b≤0 B.a-b≥0
C.a-b≤0 D.a+b≥0
角度2 解简单的指数方程或不等式
例3 已知y=4x-3·2x+3的值域为[1,7],则x的取值范围是( )
A.[2,4] B.(-∞,0)
C.(0,1)∪[2,4] D.(-∞,0]∪[1,2]
角度3 指数函数性质的综合应用
例4 已知函数f(x)=(a为常数,且a≠0,a∈R),且f(x)是奇函数.
(1)求a的值;
(2)若∀x∈[1,2],都有f(2x)-mf(x)≥0成立,求实数m的取值范围.
方法总结 1.比较指数式的大小的方法是:
(1)能化成同底数的先化成同底数幂,再利用单调性比较大小;(2)不能化成同底数的,一般引入“0或1”等中间量比较大小.
2.指数方程(不等式)的求解主要利用指数函数的单调性进行转化.
3.涉及指数函数的综合问题,首先要掌握指数函数相关性质,其次要明确复合函数的构成,涉及值域、单调区间、最值等问题时,都要借助“同增异减”这一性质分析判断.
易错警示 在研究指数型函数的单调性时,当底数a与“1”的大小关系不确定时,要分类讨论.
训练2 (1)(多选)下列各式比较大小正确的是( )
A.1.72.5>1.73 B.>2-
C.1.70.3>0.93.1 D.<
(2)(多选)(2024·福州多校联考)已知函数f(x)=4x++2,则( )
A.f(x)在(-∞,0)上单调递增
B.f(x)的图象关于y轴对称
C.f(x)的图象关于点(0,1)对称
D.不等式f(x+1)<的解集是(-2,0)
习题演练
1.下列函数中,值域是(0,+∞)的为( )
A.y= B.y=
C.y= D.y=3
2.已知指数函数f(x)=(2a2-5a+3)ax在(0,+∞)上单调递增,则实数a的值为( )
A. B.1
C. D.2
3.函数y=ax-(a>0,且a≠1)的图象可能是( )
4.(2023·郑州模拟)已知a=2,b=4,c=5,则( )
A.c<b<a B.a<b<c
C.b<a<c D.c<a<b
5.函数y=的图象的大致形状是( )
6.(多选)(2024·武汉调研)已知函数y=,则下列说法正确的是( )
A.定义域为R B.值域为(0,2]
C.在[-2,+∞)上单调递增 D.在[-2,+∞)上单调递减
7.(2024·自贡诊断)已知函数f(x)=+3x+3,且f(a2)+f(3a-4)>6,则实数a的取值范围为( )
A.(-4,1) B.(-3,2)
C.(0,5) D.(-∞,-4)∪(1,+∞)
8.(2024·东莞调研)已知函数f(x)=+是奇函数,则a=________.
9.已知0≤x≤2,则函数y=4x--3×2x+5的最大值为________.
10.满足下列三个性质的一个函数f(x)=______.
①若xy>0,则f(x+y)=f(x)f(y);②f(x)=f(-x);③f(x)在(0,+∞)上单调递减.
11.已知函数f(x)=2mx2-x+1.
(1)若m=1,判断f(x)在区间上的单调性并证明;
(2)若f(x)的值域是[,+∞),求m的取值范围.
12.已知定义域为R的函数f(x)=ax-(k-1)·a-x(a>0,且a≠1)是奇函数.
(1)求实数k的值;
(2)若f(1)<0,判断函数f(x)的单调性,若f(m2-2)+f(m)>0,求实数m的取值范围.
13.(多选)(2024·南京调研)已知函数f(x)=a·+b的图象经过原点,且无限接近直线y=2,但又不与该直线相交,则下列说法正确的是( )
A.a+b=0
B.若f(x)=f(y),且x≠y,则x+y=0
C.若x<y<0,则f(x)<f(y)
D.f(x)的值域为[0,2)
14.定义在D上的函数f(x),如果满足: 对任意x∈D,存在常数M>0,都有
-M≤f(x)≤M成立,则称f(x)是D上的有界函数,其中M称为函数f(x)的上界.已知f(x)=4x+a·2x-2.
(1)当a=-2时,求函数f(x)在(0,+∞)上的值域,并判断函数f(x)在(0,+∞)上是否为有界函数,请说明理由;
(2)若函数f(x)在(-∞,0)上是以2为上界的有界函数,求实数a的取值范围.
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2025届高考数学一轮复习教案讲义(解析版)——函数之指数函数
【知识梳理】
1. 指数函数的概念
函数y=ax(a>0,且a≠1)叫做指数函数,其中指数x是自变量,定义域是R.
2.指数函数的图象与性质
a>1
0<a<1
图象
定义域
R
值域
(0,+∞)
性质
过定点(0,1),即x=0时,y=1
当x>0时,y>1;当x<0时,0<y<1
当x<0时,y>1;当x>0时,0<y<1
在(-∞,+∞)上是增函数
在(-∞,+∞)上是减函数
y=ax与y=的图象关于y轴对称
[常用结论]
1.画指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象,应抓住三个关键点:(1,a),(0,1),.
2.指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象和性质跟a的取值有关,要特别注意应分a>1与0<a<1来研究.
3.如图所示是指数函数
(1)y=ax,(2)y=bx,
(3)y=cx,(4)y=dx的图象,则c>d>1>a>b>0.
【诊断自测】
1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)
(1)函数y=2x-1是指数函数.( )
(2)函数y=ax2+1(a>1)的值域是(0,+∞).( )
(3)2-3>2-4.( )
(4)若am<an(a>0,且a≠1),则m<n.( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)×
解析 (1)由于指数函数解析式为y=ax(a>0,且a≠1),故y=2x-1不是指数函数,故(1)错误.
(2)由于x2+1≥1,又a>1,∴ax2+1≥a.
故y=ax2+1(a>1)的值域是[a,+∞),(2)错误.
(4)m与n的大小关系与a的取值有关.
2.函数f(x)=1-e|x|的图象大致是( )
答案 A
解析 易知f(x)为偶函数,且f(x)=1-e|x|≤0,A正确.
3.(必修一P119T6改编)已知a=0.750.1,b=1.012.7,c=1.013.5,则( )
A.a>b>c B.a>c>b
C.c>b>a D.c>a>b
答案 C
解析 因为函数y=1.01x在(-∞,+∞)上是增函数,且3.5>2.7,故1.013.5>1.012.7>1>0.750.1,即c>b>a.
4.函数y=2的值域为________.
答案 {y|y>0,且y≠1}
解析 函数的定义域为{x|x≠1},
因为≠0,所以y≠1,
又指数函数y=2x的值域为(0,+∞),
故所求函数的值域为{y|y>0,且y≠1}.
考点一 指数函数的图象及应用
例1 (1)函数f(x)=ax-b的图象如图所示,其中a,b为常数,则下列结论正确的是( )
A.a>1,b<0 B.a>1,b>0
C.0<a<1,b>0 D.0<a<1,b<0
答案 D
解析 由f(x)=ax-b的图象可以观察出,函数f(x)=ax-b在定义域上单调递减,
所以0<a<1.
又f(0)=a-b<a0,
所以-b>0,即b<0.
(2)(多选)(2024·青岛质检)点M(x1,y1)在函数y=ex的图象上,当x1∈[0,1)时,的值可能等于( )
A.-1 B.-2
C.-3 D.0
答案 BC
解析 表示过点M(x1,y1)与点A(1,-1)的直线的斜率k.
M(x1,y1)是y=ex在x∈[0,1)图象上的动点,
如图,B(1,e),则k∈(-∞,-2],只有B,C满足.
方法总结 1.对于有关指数型函数的图象问题,一般是从最基本的指数函数的图象入手,通过平移、伸缩、对称变换得到.特别地,当底数a与1的大小关系不确定时应注意分类讨论.
2.有关指数方程、不等式问题的求解,往往利用相应的指数型函数图象,数形结合求解.
训练1 (1)函数f(x)=的部分图象大致为( )
答案 B
解析 由题意得,f(x)的定义域为R,排除C,D;
当x≥-2时,f(x)=,
因为0<<1,所以f(x)在[-2,+∞)上单调递减,排除A.故选B.
(2)(2024·深圳质检)若直线y=2a与函数y=|ax-1|(a>0,且a≠1)的图象有两个交点,则a的取值范围是________.
答案
解析 y=|ax-1|的图象是由y=ax的图象先向下平移1个单位长度,再将x轴下方的图象翻折到x轴上方,保持x轴上及其上方的图象不变得到的.
当a>1时,如图1,两图象只有一个交点,不符合题意;当0<a<1时,如图2,要使两个图象有两个交点,则0<2a<1,即0<a<.
综上可知,a的取值范围是.
考点二 指数函数的性质及应用
角度1 比较大小
例2 (1)(2023·天津卷)若a=1.010.5,b=1.010.6,c=0.60.5,则a,b,c的大小关系为( )
A.c>a>b B.c>b>a
C.a>b>c D.b>a>c
答案 D
解析 法一 因为函数f(x)=1.01x是增函数,且0.6>0.5>0,
所以1.010.6>1.010.5>1,即b>a>1;
因为函数g(x)=0.6x是减函数,且0.5>0,
所以0.60.5<0.60=1,即c<1.
综上,b>a>c.
法二 因为函数f(x)=1.01x是增函数,
且0.6>0.5,所以1.010.6>1.010.5,即b>a;
因为函数h(x)=x0.5在(0,+∞)上单调递增,
且1.01>0.6>0,所以1.010.5>0.60.5,即a>c.
综上,b>a>c.
(2)若ea+πb≥e-b+π-a,下列结论一定成立的是( )
A.a+b≤0 B.a-b≥0
C.a-b≤0 D.a+b≥0
答案 D
解析 ∵ea+πb≥e-b+π-a,
∴ea-π-a≥e-b-πb,(*)
令f(x)=ex-π-x,
则f(x)是R上的增函数,
(*)式即为f(a)≥f(-b),
∴a≥-b,即a+b≥0.
角度2 解简单的指数方程或不等式
例3 已知y=4x-3·2x+3的值域为[1,7],则x的取值范围是( )
A.[2,4] B.(-∞,0)
C.(0,1)∪[2,4] D.(-∞,0]∪[1,2]
答案 D
解析 ∵y=4x-3·2x+3的值域为[1,7],
∴1≤4x-3·2x+3≤7,且2x>0,
∴0<2x≤1或2≤2x≤4,
∴x≤0或1≤x≤2.
角度3 指数函数性质的综合应用
例4 已知函数f(x)=(a为常数,且a≠0,a∈R),且f(x)是奇函数.
(1)求a的值;
(2)若∀x∈[1,2],都有f(2x)-mf(x)≥0成立,求实数m的取值范围.
解 (1)f(x)=×2x+,
因为f(x)是奇函数,
所以f(-x)=-f(x),
所以×+2x=-,
所以=0,
即+1=0,解得a=-1.
(2)因为f(x)=-2x,x∈[1,2],
所以-22x≥m,
所以m≥+2x,x∈[1,2],
令t=2x,t∈[2,4],
由于y=t+在[2,4]上单调递增,
所以m≥4+=.
方法总结 1.比较指数式的大小的方法是:
(1)能化成同底数的先化成同底数幂,再利用单调性比较大小;(2)不能化成同底数的,一般引入“0或1”等中间量比较大小.
2.指数方程(不等式)的求解主要利用指数函数的单调性进行转化.
3.涉及指数函数的综合问题,首先要掌握指数函数相关性质,其次要明确复合函数的构成,涉及值域、单调区间、最值等问题时,都要借助“同增异减”这一性质分析判断.
易错警示 在研究指数型函数的单调性时,当底数a与“1”的大小关系不确定时,要分类讨论.
训练2 (1)(多选)下列各式比较大小正确的是( )
A.1.72.5>1.73 B.>2-
C.1.70.3>0.93.1 D.<
答案 BCD
解析 因为y=1.7x为增函数,
所以1.72.5<1.73,故A不正确;
2-=,y=为减函数,
所以>=2-,故B正确;
因为1.70.3>1,而0.93.1∈(0,1),
所以1.70.3>0.93.1,故C正确;
因为y=为减函数,所以<.
又y=x在(0,+∞)上单调递增,
所以<,
所以<<,故D正确.
(2)(多选)(2024·福州多校联考)已知函数f(x)=4x++2,则( )
A.f(x)在(-∞,0)上单调递增
B.f(x)的图象关于y轴对称
C.f(x)的图象关于点(0,1)对称
D.不等式f(x+1)<的解集是(-2,0)
答案 BD
解析 对于A,当x<0时,f′(x)=4xln 4+ln =ln 4<0,
所以函数f(x)在(-∞,0)上单调递减,故A错误;
对于B,f(x)的定义域为R,f(-x)=4-x++2=+4x+2=f(x),
所以f(x)的图象关于y轴对称,故B正确;
对于C,因为f(x)+f(-x)=2+4>2,
故函数f(x)的图象不关于点(0,1)对称,故C错误;
对于D,由f(x+1)=4x+1++2<,
得(4x+1)2-·4x+1+1<0,
则<4x+1<4,可得-1<x+1<1,
解得-2<x<0,
因此不等式f(x+1)<的解集是(-2,0),故D正确.故选BD.
习题演练
1.下列函数中,值域是(0,+∞)的为( )
A.y= B.y=
C.y= D.y=3
答案 B
解析 函数y=的值域为[0,+∞);
函数y=的值域为(0,+∞);
函数y=的值域为[0,1);
函数y=3的值域为(0,1)∪(1,+∞).故选B.
2.已知指数函数f(x)=(2a2-5a+3)ax在(0,+∞)上单调递增,则实数a的值为( )
A. B.1
C. D.2
答案 D
解析 由题意得2a2-5a+3=1,
∴2a2-5a+2=0,∴a=2或a=.
当a=2时,f(x)=2x在(0,+∞)上单调递增,符合题意;
当a=时,f(x)=在(0,+∞)上单调递减,不符合题意.
∴a=2.
3.函数y=ax-(a>0,且a≠1)的图象可能是( )
答案 D
解析 根据题意,函数y=ax-(a>0,且a≠1),
当x=-1时,必有y=0,即函数经过点(-1,0),排除ABC.
4.(2023·郑州模拟)已知a=2,b=4,c=5,则( )
A.c<b<a B.a<b<c
C.b<a<c D.c<a<b
答案 A
解析 因为a=2=4,b=4,
所以a=4>4=b,
因为163>55,所以16>5,
所以4>5,即b>c.
综上所述,a>b>c.
5.函数y=的图象的大致形状是( )
答案 C
解析 ∵y==
∴根据指数函数图象即可判断选项C符合.
6.(多选)(2024·武汉调研)已知函数y=,则下列说法正确的是( )
A.定义域为R B.值域为(0,2]
C.在[-2,+∞)上单调递增 D.在[-2,+∞)上单调递减
答案 ABD
解析 函数y=的定义域为R,A正确;
∵x2+4x+3=(x+2)2-1≥-1,
∴0<≤2,故函数y=的值域为(0,2],B正确;
∵y=在R上是减函数,u=x2+4x+3在(-∞,-2]上是减函数,在[-2,
+∞)上是增函数,
∴函数y=在[-2,+∞)上单调递减,C错误,D正确.
7.(2024·自贡诊断)已知函数f(x)=+3x+3,且f(a2)+f(3a-4)>6,则实数a的取值范围为( )
A.(-4,1) B.(-3,2)
C.(0,5) D.(-∞,-4)∪(1,+∞)
答案 D
解析 函数f(x)的定义域为R.
令g(x)=+3x,g(x)的定义域为R,
则g(x)=f(x)-3,
g(x)+g(-x)=+3x+-3x=+=0,
所以g(x)为奇函数,且g(x)=1-+3x为R上的增函数.
因为f(a2)+f(3a-4)>6,
所以f(a2)-3+f(3a-4)-3>0,
所以g(a2)+g(3a-4)>0,
即g(a2)>-g(3a-4)=g(4-3a),
所以a2>4-3a,解得a<-4或a>1,
故a的取值范围为(-∞,-4)∪(1,+∞).故选D.
8.(2024·东莞调研)已知函数f(x)=+是奇函数,则a=________.
答案 1
解析 法一 f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),
因为f(x)为奇函数,所以f(-x)=-f(x),
所以+=-,
即+=--,
所以+=-1,
即=-1,所以a=1.
法二 f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),
因为f(x)为奇函数,所以f(-1)=-f(1),
即+=-,解得a=1.
当a=1时,f(x)=+,
f(-x)=+=+=-+=-+
=--=-=-f(x),
所以当a=1时,f(x)为奇函数.
9.已知0≤x≤2,则函数y=4x--3×2x+5的最大值为________.
答案
解析 设2x=t,0≤x≤2,则1≤t≤4,
y=4x--3×2x+5=t2-3t+5=(t-3)2+,
故当t=1,即x=0时,函数有最大值.
10.满足下列三个性质的一个函数f(x)=______.
①若xy>0,则f(x+y)=f(x)f(y);②f(x)=f(-x);③f(x)在(0,+∞)上单调递减.
答案 (a>1)(答案不唯一)
解析 令f(x)=(a>1),f(x+y)=,f(x)f(y)=·==(xy>0),
所以满足若xy>0,则f(x+y)=f(x)f(y).f(-x)==f(x),
即f(x)=f(-x)成立.
又f(x)在(0,+∞)上单调递减,
所以f(x)=(a>1)符合题意.
11.已知函数f(x)=2mx2-x+1.
(1)若m=1,判断f(x)在区间上的单调性并证明;
(2)若f(x)的值域是[,+∞),求m的取值范围.
解 (1)当m=1时,f(x)=2x2-x+1,f(x)在上单调递增.
证明如下:记u=x2-x+1,任取≤x1<x2,
则u1-u2=(x-x1+1)-(x-x2+1)=(x1-x2)(x1+x2-1),
因为≤x1<x2,
所以x1-x2<0,x1+x2-1>0,
所以(x1-x2)(x1+x2-1)<0,
即有u1-u2<0,所以u1<u2,
所以2u1<2u2,即f(x1)<f(x2),
所以f(x)在上单调递增.
(2)f(x)的值域是[,+∞),
即2mx2-x+1≥=2,
所以mx2-x+1≥且取到最小值,
所以有(mx2-x+1)min=.
①当m=0时,不符合要求;
②当m≠0时,则有m>0且=,
解得m=.
综上可知,m=,即m的取值范围是.
12.已知定义域为R的函数f(x)=ax-(k-1)·a-x(a>0,且a≠1)是奇函数.
(1)求实数k的值;
(2)若f(1)<0,判断函数f(x)的单调性,若f(m2-2)+f(m)>0,求实数m的取值范围.
解 (1)∵f(x)是定义域为R的奇函数,
∴f(0)=a0-(k-1)a0=1-(k-1)=0,
∴k=2,
经检验k=2符合题意,
所以k=2.
(2)由(1)知,f(x)=ax-a-x(a>0且a≠1),
∵f(1)<0,即a-<0,
又a>0,且a≠1,∴0<a<1,
而y=ax在R上单调递减,y=-a-x在R上单调递减,
故由单调性的性质可判断f(x)=ax-a-x在R上单调递减,
不等式f(m2-2)+f(m)>0可化为f(m2-2)>f(-m),
∴m2-2<-m,即m2+m-2<0,
解得-2<m<1,
∴实数m的取值范围是(-2,1).
13.(多选)(2024·南京调研)已知函数f(x)=a·+b的图象经过原点,且无限接近直线y=2,但又不与该直线相交,则下列说法正确的是( )
A.a+b=0
B.若f(x)=f(y),且x≠y,则x+y=0
C.若x<y<0,则f(x)<f(y)
D.f(x)的值域为[0,2)
答案 ABD
解析 ∵函数f(x)=a·+b的图象过原点,
∴a+b=0,即b=-a,f(x)=a·-a,
且f(x)的图象无限接近直线y=2,但又不与该直线相交,
∴b=2,a=-2,f(x)=-2·+2,故A正确;
由于f(x)为偶函数,故若f(x)=f(y),且x≠y,则x=-y,即x+y=0,故B正确;
由于在(-∞,0)上,f(x)=2-2·2x单调递减,
故若x<y<0,则f(x)>f(y),故C错误;
∵∈(0,1],
∴f(x)=-2·+2∈[0,2),故D正确.
14.定义在D上的函数f(x),如果满足: 对任意x∈D,存在常数M>0,都有
-M≤f(x)≤M成立,则称f(x)是D上的有界函数,其中M称为函数f(x)的上界.已知f(x)=4x+a·2x-2.
(1)当a=-2时,求函数f(x)在(0,+∞)上的值域,并判断函数f(x)在(0,+∞)上是否为有界函数,请说明理由;
(2)若函数f(x)在(-∞,0)上是以2为上界的有界函数,求实数a的取值范围.
解 (1)当a=-2时,
f(x)=4x-2×2x-2=(2x-1)2-3,
令2x=t,由x∈(0,+∞),可得t∈(1,+∞).
令g(t)=(t-1)2-3,有g(t)>-3,
可得函数f(x)的值域为(-3,+∞),
故函数f(x)在(0,+∞)上不是有界函数.
(2)由题意有,当x∈(-∞,0)时,-2≤4x+a·2x-2≤2,
可化为0≤4x+a·2x≤4,
必有a·2x≥0且a≤-2x.
令2x=k,由x∈(-∞,0),可得k∈(0,1),
由a·2x≥0恒成立,可得a≥0,
令h(k)=-k(0<k<1),
可知函数h(k)为减函数,
有h(k)>h(1)=4-1=3,
由a≤-2x恒成立,可得a≤3,
若故函数f(x)在(0,+∞)上是以2为上界的有界函数,
则实数a的取值范围为[0,3].
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$$2025届高考数学一轮复习讲义
课件——函数之指数函数
知识梳理
1. 指数函数的概念
函数y=ax(a>0,且a≠1)叫做指数函数,其中指数x是自变量,定义域是R.
3
2.指数函数的图象与性质
a>1 0<a<1
图象
定义域 R
值域 ______________
(0,+∞)
4
a>1 0<a<1
性质 过定点____________,即x=0时,y=1
当x>0时,________;当x<0时,____________ 当x<0时,________;当x>0时,____________
在(-∞,+∞)上是________ 在(-∞,+∞)上是________
y=ax与y= 的图象关于y轴对称
(0,1)
y>1
0<y<1
y>1
0<y<1
增函数
减函数
5
常用结论
(1)y=ax,(2)y=bx,
(3)y=cx,(4)y=dx的图象,则c>d>1>a>b>0.
诊断自测
1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)
(1)函数y=2x-1是指数函数.( )
(2)函数y=ax2+1(a>1)的值域是(0,+∞).( )
(3)2-3>2-4.( )
(4)若am<an(a>0,且a≠1),则m<n.( )
×
×
√
×
解析 (1)由于指数函数解析式为y=ax(a>0,且a≠1),故y=2x-1不是指数函数,故(1)错误.
(2)由于x2+1≥1,又a>1,∴ax2+1≥a.
故y=ax2+1(a>1)的值域是[a,+∞),(2)错误.
(4)m与n的大小关系与a的取值有关.
2.函数f(x)=1-e|x|的图象大致是( )
A
解析 易知f(x)为偶函数,且f(x)=1-e|x|≤0,A正确.
3.(必修一P119T6改编)已知a=0.750.1,b=1.012.7,c=1.013.5,则( )
A.a>b>c B.a>c>b C.c>b>a D.c>a>b
C
解析 因为函数y=1.01x在(-∞,+∞)上是增函数,且3.5>2.7,
故1.013.5>1.012.7>1>0.750.1,
即c>b>a.
{y|y>0,且y≠1}
解析 函数的定义域为{x|x≠1},
又指数函数y=2x的值域为(0,+∞),
故所求函数的值域为{y|y>0,且y≠1}.
考点一 指数函数的图象及应用
例1 (1)函数f(x)=ax-b的图象如图所示,其中a,b为常数,则下列结论正确的是( )
D
解析 由f(x)=ax-b的图象可以观察出,函数f(x)=ax-b在定义域上单调递减,
所以0<a<1.
又f(0)=a-b<a0,
所以-b>0,即b<0.
A.a>1,b<0 B.a>1,b>0
C.0<a<1,b>0 D.0<a<1,b<0
BC
M(x1,y1)是y=ex在x∈[0,1)图象上的动点,
如图,B(1,e),则k∈(-∞,-2],只有B,C满足.
方法总结
1.对于有关指数型函数的图象问题,一般是从最基本的指数函数的图象入手,通过平移、伸缩、对称变换得到.特别地,当底数a与1的大小关系不确定时应注意分类讨论.
2.有关指数方程、不等式问题的求解,往往利用相应的指数型函数图象,数形结合求解.
B
解析 由题意得,f(x)的定义域为R,排除C,D;
(2)(2024·深圳质检)若直线y=2a与函数y=|ax-1|(a>0,且a≠1)的图象有两个交
点,则a的取值范围是____________.
解析 y=|ax-1|的图象是由y=ax的图象先向下平移1个单位长度,再将x轴下方的图象翻折到x轴上方,保持x轴上及其上方的图象不变得到的.
考点二 指数函数的性质及应用
角度1 比较大小
例2 (1)(2023·天津卷)若a=1.010.5,b=1.010.6,c=0.60.5,则a,b,c的大小关系为( )
A.c>a>b B.c>b>a C.a>b>c D.b>a>c
D
解析 法一 因为函数f(x)=1.01x是增函数,且0.6>0.5>0,
所以1.010.6>1.010.5>1,即b>a>1;
因为函数g(x)=0.6x是减函数,且0.5>0,
所以0.60.5<0.60=1,即c<1.
综上,b>a>c.
法二 因为函数f(x)=1.01x是增函数,
且0.6>0.5,
所以1.010.6>1.010.5,
即b>a;
因为函数h(x)=x0.5在(0,+∞)上单调递增,
且1.01>0.6>0,
所以1.010.5>0.60.5,
即a>c.
综上,b>a>c.
(2)若ea+πb≥e-b+π-a,下列结论一定成立的是( )
A.a+b≤0 B.a-b≥0 C.a-b≤0 D.a+b≥0
D
解析 ∵ea+πb≥e-b+π-a,
∴ea-π-a≥e-b-πb,(*)
令f(x)=ex-π-x,
则f(x)是R上的增函数,
(*)式即为f(a)≥f(-b),
∴a≥-b,
即a+b≥0.
角度2 解简单的指数方程或不等式
例3 已知y=4x-3·2x+3的值域为[1,7],则x的取值范围是( )
A.[2,4] B.(-∞,0)
C.(0,1)∪[2,4] D.(-∞,0]∪[1,2]
D
解析 ∵y=4x-3·2x+3的值域为[1,7],
∴1≤4x-3·2x+3≤7,且2x>0,
∴0<2x≤1或2≤2x≤4,
∴x≤0或1≤x≤2.
因为f(x)是奇函数,
所以f(-x)=-f(x),
(2)若∀x∈[1,2],都有f(2x)-mf(x)≥0成立,求实数m的取值范围.
方法总结
1.比较指数式的大小的方法是:
(1)能化成同底数的先化成同底数幂,再利用单调性比较大小;(2)不能化成同底数的,一般引入“0或1”等中间量比较大小.
2.指数方程(不等式)的求解主要利用指数函数的单调性进行转化.
3.涉及指数函数的综合问题,首先要掌握指数函数相关性质,其次要明确复合函数的构成,涉及值域、单调区间、最值等问题时,都要借助“同增异减”这一性质分析判断.
易错警示 在研究指数型函数的单调性时,当底数a与“1”的大小关系不确定时,要分类讨论.
BCD
解析 因为y=1.7x为增函数,所以1.72.5<1.73,故A不正确;
因为1.70.3>1,而0.93.1∈(0,1),所以1.70.3>0.93.1,故C正确;
BD
所以函数f(x)在(-∞,0)上单调递减,故A错误;
所以f(x)的图象关于y轴对称,故B正确;
故函数f(x)的图象不关于点(0,1)对称,故C错误;
习题演练
B
D
解析 由题意得2a2-5a+3=1,
当a=2时,f(x)=2x在(0,+∞)上单调递增,符合题意;
∴a=2.
D
A
综上所述,a>b>c.
C
∴根据指数函数图象即可判断选项C符合.
ABD
D
解析 函数f(x)的定义域为R.
则g(x)=f(x)-3,
因为f(a2)+f(3a-4)>6,
所以f(a2)-3+f(3a-4)-3>0,
所以g(a2)+g(3a-4)>0,
即g(a2)>-g(3a-4)=g(4-3a),
所以a2>4-3a,
解得a<-4或a>1,
故a的取值范围为(-∞,-4)∪(1,+∞).故选D.
1
解析 法一 f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),
因为f(x)为奇函数,所以f(-x)=-f(x),
法二 f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),
因为f(x)为奇函数,所以f(-1)=-f(1),
所以当a=1时,f(x)为奇函数.
解析 设2x=t,0≤x≤2,则1≤t≤4,
10.满足下列三个性质的一个函数f(x)=__________________.
①若xy>0,则f(x+y)=f(x)f(y);②f(x)=f(-x);③f(x)在(0,+∞)上单调递减.
即f(x)=f(-x)成立.
又f(x)在(0,+∞)上单调递减,
所以x1-x2<0,x1+x2-1>0,
所以(x1-x2)(x1+x2-1)<0,
即有u1-u2<0,
所以u1<u2,
所以2u1<2u2,
即f(x1)<f(x2),
12.已知定义域为R的函数f(x)=ax-(k-1)·a-x(a>0,且a≠1)是奇函数.
(1)求实数k的值;
解 ∵f(x)是定义域为R的奇函数,
∴f(0)=a0-(k-1)a0=1-(k-1)=0,
∴k=2,
经检验k=2符合题意,
所以k=2.
(2)若f(1)<0,判断函数f(x)的单调性,若f(m2-2)+f(m)>0,求实数m的取值范围.
解 由(1)知,f(x)=ax-a-x(a>0且a≠1),
又a>0,且a≠1,∴0<a<1,
而y=ax在R上单调递减,y=-a-x在R上单调递减,
故由单调性的性质可判断f(x)=ax-a-x在R上单调递减,
不等式f(m2-2)+f(m)>0可化为f(m2-2)>f(-m),
∴m2-2<-m,即m2+m-2<0,解得-2<m<1,
∴实数m的取值范围是(-2,1).
ABD
且f(x)的图象无限接近直线y=2,但又不与该直线相交,
由于f(x)为偶函数,故若f(x)=f(y),且x≠y,则x=-y,即x+y=0,故B正确;
由于在(-∞,0)上,f(x)=2-2·2x单调递减,
故若x<y<0,则f(x)>f(y),故C错误;
14.定义在D上的函数f(x),如果满足: 对任意x∈D,存在常数M>0,都有-M≤f(x)
≤M成立,则称f(x)是D上的有界函数,其中M称为函数f(x)的上界.已知f(x)=4x+a·2x-2.
(1)当a=-2时,求函数f(x)在(0,+∞)上的值域,并判断函数f(x)在(0,+∞)上是否为有界函数,请说明理由;
解 当a=-2时,f(x)=4x-2×2x-2=(2x-1)2-3,
令2x=t,由x∈(0,+∞),可得t∈(1,+∞).
令g(t)=(t-1)2-3,有g(t)>-3,
可得函数f(x)的值域为(-3,+∞),
故函数f(x)在(0,+∞)上不是有界函数.
(2)若函数f(x)在(-∞,0)上是以2为上界的有界函数,求实数a的取值范围.
解 由题意有,当x∈(-∞,0)时,-2≤4x+a·2x-2≤2,
可化为0≤4x+a·2x≤4,
令2x=k,由x∈(-∞,0),可得k∈(0,1),
由a·2x≥0恒成立,可得a≥0,
可知函数h(k)为减函数,
有h(k)>h(1)=4-1=3,
若故函数f(x)在(0,+∞)上是以2为上界的有界函数,
则实数a的取值范围为[0,3].
1.画指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象,应抓住三个关键点:(1,a),(0,1),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1,\f(1,a))).
2.指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象和性质跟a的取值有关,要特别注意应分a>1与0<a<1来研究.
3.如图所示是指数函数
4.函数y=2eq \f(1,x-1)的值域为____________________.
因为≠0,所以y≠1,
(2)(多选)(2024·青岛质检)点M(x1,y1)在函数y=ex的图象上,当x1∈[0,1)时,eq \f(y1+1,x1-1)的值可能等于( )
A.-1
B.-2
C.-3
D.0
解析 eq \f(y1+1,x1-1)表示过点M(x1,y1)与点A(1,-1)的直线的斜率k.
因为0<eq \f(1,8)<1,所以f(x)在[-2,+∞)上单调递减,排除A.故选B.
训练1 (1)函数f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,8)))eq \s\up12(|x+2|)的部分图象大致为( )
当x≥-2时,f(x)=,
综上可知,a的取值范围是.
当a>1时,如图1,两图象只有一个交点,不符合题意;当0<a<1时,如图2,要使两个图象有两个交点,则0<2a<1,即0<a<eq \f(1,2).
所以=0,
即+1=0,解得a=-1.
角度3 指数函数性质的综合应用
例4 已知函数f(x)=eq \f(8x+a·2x,a·4x)(a为常数,且a≠0,a∈R),且f(x)是奇函数.
(1)求a的值;
解 f(x)=×2x+,
所以×+2x=-,
令t=2x,t∈[2,4],
由于y=t+在[2,4]上单调递增,
所以m≥4+=.
解 因为f(x)=-2x,x∈[1,2],
所以-22x≥m,
所以m≥+2x,x∈[1,2],
因为y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))eq \s\up12(x)为减函数,所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))eq \s\up12(\f(3,4))<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))eq \s\up12(\f(2,3)).
又y=xeq \f(2,3)在(0,+∞)上单调递增,所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))eq \s\up12(\f(2,3))<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)))eq \s\up12(\f(2,3)),所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))eq \s\up12(\f(3,4))<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))eq \s\up12(\f(2,3))<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)))eq \s\up12(\f(2,3)),故D正确.
训练2 (1)(多选)下列各式比较大小正确的是( )
A.1.72.5>1.73
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(\f(2,3))>2-eq \f(4,3)
C.1.70.3>0.93.1
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))eq \s\up12(\f(3,4))<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)))eq \s\up12(\f(2,3))
2-eq \f(4,3)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(\f(4,3)),y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x)为减函数,所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(\f(2,3))>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(\f(4,3))=2-eq \f(4,3),故B正确;
对于C,因为f(x)+f(-x)=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x+\f(1,4x)))+4>2,
(2)(多选)(2024·福州多校联考)已知函数f(x)=4x+eq \f(1,4x)+2,则( )
A.f(x)在(-∞,0)上单调递增
B.f(x)的图象关于y轴对称
C.f(x)的图象关于点(0,1)对称
D.不等式f(x+1)<eq \f(25,4)的解集是(-2,0)
解析 对于A,当x<0时,f′(x)=4xln 4+eq \f(1,4x)ln eq \f(1,4)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x-4-x))ln 4<0,
对于B,f(x)的定义域为R,f(-x)=4-x+eq \f(1,4-x)+2=eq \f(1,4x)+4x+2=f(x),
对于D,由f(x+1)=4x+1+eq \f(1,4x+1)+2<eq \f(25,4),得(4x+1)2-eq \f(17,4)·4x+1+1<0,
则eq \f(1,4)<4x+1<4,可得-1<x+1<1,
解得-2<x<0,
因此不等式f(x+1)<eq \f(25,4)的解集是(-2,0),故D正确.故选BD.
函数y=3eq \s\up6(\f(1,x))的值域为(0,1)∪(1,+∞).故选B.
1.下列函数中,值域是(0,+∞)的为( )
A.y=eq \r(3x-1)
B.y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))eq \s\up12(x)
C.y=eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))\s\up12(x))
D.y=3eq \s\up6(\f(1,x))
解析 函数y=eq \r(3x-1)的值域为[0,+∞);
函数y=的值域为(0,+∞);
函数y=的值域为[0,1);
当a=eq \f(1,2)时,f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x)在(0,+∞)上单调递减,不符合题意.
2.已知指数函数f(x)=(2a2-5a+3)ax在(0,+∞)上单调递增,则实数a的值为( )
A.eq \f(1,2)
B.1
C.eq \f(3,2)
D.2
∴2a2-5a+2=0,∴a=2或a=.
3.函数y=ax-eq \f(1,a)(a>0,且a≠1)的图象可能是( )
解析 根据题意,函数y=ax-eq \f(1,a)(a>0,且a≠1),当x=-1时,必有y=0,即函数经过点(-1,0),排除ABC.
因为163>55,所以16>5,
所以4>5,即b>c.
4.(2023·郑州模拟)已知a=2eq \s\up6(\f(4,3)),b=4eq \s\up6(\f(2,5)),c=5eq \s\up6(\f(1,3)),则( )
A.c<b<a
B.a<b<c
C.b<a<c
D.c<a<b
解析 因为a=2=4,b=4,
所以a=4>4=b,
5.函数y=eq \f(x,|x|ex)的图象的大致形状是( )
解析 ∵y=eq \f(x,|x|ex)=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,e)))\s\up12(x),x>0,,-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,e)))\s\up12(x),x<0,))
∵y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(u)在R上是减函数,u=x2+4x+3在(-∞,-2]上是减函数,在[-2,+∞)上是增函数,∴函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x2+4x+3)在[-2,+∞)上单调递减,C错误,D正确.
6.(多选)(2024·武汉调研)已知函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x2+4x+3),则下列说法正确的是( )
A.定义域为R
B.值域为(0,2]
C.在[-2,+∞)上单调递增
D.在[-2,+∞)上单调递减
解析 函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x2+4x+3)的定义域为R,A正确;
∵x2+4x+3=(x+2)2-1≥-1,∴0<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x2+4x+3)≤2,故函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x2+4x+3)的值域为(0,2],B正确;
g(x)+g(-x)=eq \f(3x-1,3x+1)+3x+eq \f(3-x-1,3-x+1)-3x=eq \f(3x-1,3x+1)+eq \f(1-3x,3x+1)=0,
7.(2024·自贡诊断)已知函数f(x)=eq \f(3x-1,3x+1)+3x+3,且f(a2)+f(3a-4)>6,则实数a的取值范围为( )
A.(-4,1)
B.(-3,2)
C.(0,5)
D.(-∞,-4)∪(1,+∞)
令g(x)=eq \f(3x-1,3x+1)+3x,g(x)的定义域为R,
所以g(x)为奇函数,且g(x)=1-eq \f(2,3x+1)+3x为R上的增函数.
所以+=-1,
即=-1,所以a=1.
8.(2024·东莞调研)已知函数f(x)=eq \f(a,2x-1)+eq \f(1,2)是奇函数,则a=________.
所以+=-,
即+=--,
即eq \f(a,2-1-1)+eq \f(1,2)=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a,2-1)+\f(1,2))),解得a=1.
当a=1时,f(x)=+,
f(-x)=eq \f(1,2-x-1)+eq \f(1,2)=eq \f(2x,1-2x)+eq \f(1,2)=-eq \f(2x,2x-1)+eq \f(1,2)=-eq \f(2x-1+1,2x-1)+eq \f(1,2)=-eq \f(1,2x-1)-eq \f(1,2)=
-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2x-1)+\f(1,2)))=-f(x),
故当t=1,即x=0时,函数有最大值eq \f(5,2).
9.已知0≤x≤2,则函数y=4x-eq \f(1,2)-3×2x+5的最大值为________.
y=4x-eq \f(1,2)-3×2x+5=eq \f(1,2)t2-3t+5=eq \f(1,2)(t-3)2+eq \f(1,2),
所以f(x)=(a>1)符合题意.
(a>1)(答案不唯一)
解析 令f(x)=eq \f(1,a|x|)(a>1),f(x+y)=eq \f(1,a|x+y|),f(x)f(y)=eq \f(1,a|x|)·eq \f(1,a|y|)=eq \f(1,a|x|+|y|)=eq \f(1,a|x+y|)(xy>0),
所以满足若xy>0,则f(x+y)=f(x)f(y).f(-x)=eq \f(1,a|-x|)=f(x),
因为≤x1<x2,
11.已知函数f(x)=2mx2-x+1.
(1)若m=1,判断f(x)在区间eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),+∞))上的单调性并证明;
解 当m=1时,f(x)=2x2-x+1,f(x)在eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),+∞))上单调递增.
证明如下:记u=x2-x+1,任取eq \f(1,2)≤x1<x2,
则u1-u2=(xeq \o\al(2,1)-x1+1)-(xeq \o\al(2,2)-x2+1)=(x1-x2)(x1+x2-1),
所以f(x)在上单调递增.
①当m=0时,不符合要求;
②当m≠0时,则有m>0且eq \f(4m-1,4m)=eq \f(1,2),解得m=eq \f(1,2).
综上可知,m=eq \f(1,2),即m的取值范围是eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))).
(2)若f(x)的值域是[eq \r(2),+∞),求m的取值范围.
解 f(x)的值域是[eq \r(2),+∞),即2mx2-x+1≥eq \r(2)=2eq \f(1,2),
所以mx2-x+1≥且取到最小值,
所以有(mx2-x+1)min=.
∵f(1)<0,即a-<0,
13.(多选)(2024·南京调研)已知函数f(x)=a·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(|x|)+b的图象经过原点,且无限接近直线y=2,但又不与该直线相交,则下列说法正确的是( )
A.a+b=0
B.若f(x)=f(y),且x≠y,则x+y=0
C.若x<y<0,则f(x)<f(y)
D.f(x)的值域为[0,2)
解析 ∵函数f(x)=a·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(|x|)+b的图象过原点,
∴a+b=0,即b=-a,f(x)=a·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(|x|)-a,
∴b=2,a=-2,f(x)=-2·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(|x|)+2,故A正确;
∵∈(0,1],
∴f(x)=-2·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up12(|x|)+2∈[0,2),故D正确.
必有a·2x≥0且a≤-2x.
令h(k)=-k(0<k<1),
由a≤-2x恒成立,可得a≤3,
$$