内容正文:
第二章 函数
§2.8 函数的图象
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01
跃升 关键能力
02
课时冲关
03
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★[考试要求]
1.在实际情境中,会根据不同的需要选择图象法、列表法、解析式法表示函数.2.会运用函数图象理解和研究函数的性质,解决方程解的个数与不等式解集的问题.
1.利用描点法作函数图象的方法步骤
2.利用图象变换法作函数的图象
(1)平移变换
(2)伸缩变换
①y=f(x)
y= f(ax) .
②y=f(x)eq \o(――――――――――――――――――――→,\s\up17(a>1,纵坐标伸长为原来的a倍,横坐标不变),\s\do15(0<a<1,纵坐标缩短为原来的a倍,横坐标不变))
y= af(x) .
(3)对称变换
①y=f(x)eq \o(――→,\s\up17(关于x轴对称))y= -f(x) .
②y=f(x)eq \o(――→,\s\up17(关于y轴对称))y= f(-x) .
③y=f(x)eq \o(――→,\s\up17(关于原点对称))y= -f(-x) .
④y=ax(a>0且a≠1)eq \o(――→,\s\up17(关于y=x对称))y= logax(a>0且a≠1) .
(4)翻折变换
①y=f(x)eq \o(――――――――――――→,\s\up17(保留x轴上方图象),\s\do15(将x轴下方图象翻折上去))y= |f(x)| .
②y=f(x)eq \o(――――――――――→,\s\up17(保留y轴右边图象,并作其),\s\do15(关于y轴对称的图象))y= f(|x|) .
1.函数图象自身的轴对称
(1)f(-x)=f(x)⇔函数y=f(x)的图象关于y轴对称.
(2)函数y=f(x)的图象关于x=a对称⇔f(a+x)
=f(a-x)⇔f(x)=f(2a-x)⇔f(-x)=f(2a+x).
(3)若函数y=f(x)的定义域为R,且有f(a+x)
=f(b-x),则函数y=f(x)的图象关于直线x=eq \f(a+b,2)对称.
2.函数图象自身的中心对称
(1)f(-x)=-f(x)⇔函数y=f(x)的图象关于原点对称.
(2)函数y=f(x)的图象关于点(a,0)对称⇔f(a+x)=-f(a-x)⇔f(x)=-f(2a-x)⇔f(-x)
=-f(2a+x).
(3)函数y=f(x)的图象关于点(a,b)成中心对称⇔f(a+x)=2b-f(a-x)⇔f(x)=2b-f(2a-x).
3.两个函数图象之间的对称关系
(1)函数y=f(a+x)与y=f(b-x)的图象关于直线x=eq \f(b-a,2)对称(由a+x=b-x得对称轴方程).
(2)函数y=f(x)与y=f(2a-x)的图象关于直线x=a对称.
(3)函数y=f(x)与y=2b-f(-x)的图象关于点(0,b)对称.
(4)函数y=f(x)与y=2b-f(2a-x)的图象关于点(a,b)对称.
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)函数y=|f(x)|为偶函数.( × )
(2)函数y=f(1-x)的图象,可由y=f(-x)的图象向左平移1个单位长度得到.( × )
(3)当x∈(0,+∞)时,函数y=|f(x)|与y=f(|x|)的图象相同.( × )
(4)函数y=f(x)的图象关于y轴对称即函数y=f(x)与y=f(-x)的图象关于y轴对称.( × )
2.小明骑车上学,开始时匀速行驶,途中因交通堵塞停留了一段时间后,为了赶时间加快速度行驶.与以上事件吻合得最好的图象是( )
解析:C [距学校的距离应逐渐减小,由于小明先是匀速运动,故前段是直线段,途中停留时距离不变,后段加速,后段比前段下降的快,故应选C.]
3.已知图甲中的图象对应的函数y=f(x),则图乙中的图象对应的函数在下列给出的四式中只可能是( )
A.y=f(|x|)
B.y=|f(x)|
C.y=f(-|x|)
D.y=-f(|x|)
解析:C [B项中y>0,D项中当x>0时,开口向下,B、D排除,A项中,x<0时,开口向下,可排除A项.]
4.函数y=f(x)的图象与y=ex的图象关于y轴对称,再把y=f(x)的图象向右平移1个单位长度后得到函数y=g(x)的图象,则g(x)=________.
解析:f(x)=e-x,则g(x)=e-(x-1)=e-x+1.
答案:e-x+1
作函数的图象
[例1] 作出下列各函数的图象:
(1)y=eq \f(2x-1,x-1);
(2)y=|x2-4x-5|;
(3)y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))|x-1|-1.
[解] (1)原函数解析式可化为y=2+eq \f(1,x-1),故函数图象可由函数y=eq \f(1,x)的图象向右平移1个单位长度,再向上平移2个单位长度得到,如图所示.
(2)y=|x2-4x-5|的图象可由函数y=x2-4x-5的图象保留x轴上方的部分不变,将x轴下方的部分翻折到x轴上方得到,如图所示.
(3)y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))|x-1|-1,其图象可看作由函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))|x|的图象向右平移1个单位长度,再向下平移1个单位长度得到,
而y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))|x|=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x,x≥0,,2x,x<0,))
其图象可由y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x的图象保留x≥0时的图象,
然后将该部分关于y轴对称得到,
则y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))|x-1|-1的图象如图所示.
函数图象的画法
分别作出下列函数的图象.
(1)y=eq \r(x2-2x+1)+eq \f(|x|,x);
(2)y=|x-2|(x+1);
(3)y=|log2(x+1)|.
解:(1)设m(x)=y
=eq \r(x2-2x+1)+eq \f(|x|,x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-x,x<0,,-x+2,0<x≤1,,x,x>1,))其图象如图.
(2)当x≥2,即x-2≥0时,y=(x-2)(x+1)=x2-x-2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,2)))2-eq \f(9,4);当x<2,即x-2<0时,y=-(x-2)(x+1)=-x2+x+2=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,2)))2+eq \f(9,4).
∴y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,2)))2-\f(9,4),x≥2,,-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,2)))2+\f(9,4),x<2.))这是分段函数,每段函数的图象可根据二次函数图象作出(如图).
(3)设t(x)=y=|log2(x+1)|,则其图象可由y
=log2x的图象向左平移1个单位,再保留x轴上方部分不变,将x轴下方部分翻折到x轴上方得到,如图.
函数图象的辨识
[例2] (1)(2024·全国甲卷(理))函数y=-x2+(ex-e-x)sin x在区间[-2.8,2.8]的图象大致为( )
[解析] 令f(x)=-x2+(ex-e-x)sin x,
则f(-x)=-(-x)2+(e-x-ex)sin(-x)
=-x2+(ex-e-x)sin x=f(x)
∴y=f(x)为偶函数,排除A,C;
故排除D,B正确.
[答案] B
(2)(2025·河北省高三模拟)已知函数f(x)的部分图象如图所示,则f(x)的解析式可能为( )
A.f(x)=xcos [π(x+1)]
B.f(x)=(x-1)cos πx
C.f(x)=(x-1)sin πx
D.f(x)=x3-2x2+x-1
[解析] 对于A选项,f(0)=0,A选项错误;对于C选项,f(0)=0,C选项错误;对于D选项,
f′(x)=3x2-4x+1,f′(x)=0有两个不等的实根,故f(x)有两个极值点,D选项错误;对于B选项,f(x)=(x-1)cos πx,f(0)<0;当x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),\f(1,2))),k∈Z时,cos πx>0,x-1<0,此时f(x)<0,当x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1)),k∈Z时,cos πx<0,x-1<0,此时f(x)>0,当x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,\f(3,2))),k∈Z时,cos πx<0,x-1>0,此时f(x)<0,依次类推可知f(x)函数值有正有负;显然f(x)不单调;
因为当x=eq \f(1,2)+k,k∈Z时f(x)=0,所以f(x)有多个零点;因为f(2)=1,f(-2)=-3,所以f(2)≠f(-2),f(2)≠-f(-2),所以f(x)既不是奇函数也不是偶函数,以上均符合,故B正确.
[答案] B
(1)抓住函数的性质,定性分析
①从函数的定义域,判断图象的左右位置;从函数的值域,判断图象的上下位置;
②从函数的单调性,判断图象的变化趋势;
③从函数的周期性,判断图象的循环往复;
④从函数的奇偶性,判断图象的对称性.
(2)抓住函数的特征,定量计算
利用函数的特征点、特殊值的计算,分析解决问题.
1.函数f(x)=eq \f(ln|x|·cos x,x)的图象大致为( )
解析:A [由函数f(x)=eq \f(ln|x|·cos x,x)可得函数的定义域为{x|x≠0},
由f(-x)=eq \f(ln|-x|·cos-x,-x)=-eq \f(ln|x|·cos x,x)=-f(x)可知函数f(x)为奇函数,
其图象关于坐标原点对称,故舍去B,D两项;
又由f(2)=eq \f(ln 2·cos 2,2)<0可得C项不合题意,故A项正确.]
2.(2025·陕西省咸阳市模拟)已知函数f(x)的部分图象如图所示,则它的解析式可能是( )
A.f(x)=eq \f(ex,sin x)
B.f(x)=eq \f(ex,cos x)
C.f(x)=excos x
D.f(x)=exsin x
解析:D [由图象可知,函数f(x)的定义域为R.A项,f(x)=eq \f(ex,sin x),函数f(x)的定义域为{x|x≠kπ,k∈Z},所以A不符合题意;
B项,f(x)=eq \f(ex,cos x),函数f(x)的定义域为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x≠\f(π,2)))+kπ,k∈Z)),所以B不符合题意;
C项,当0<x<π时,f(x)=ex·cos x,则f′(x)
=ex·cos x-ex·sin x=ex(cos x-sin x),当0<x<eq \f(π,4)时,f′(x)>0,当eq \f(π,4)<x<π时,f′(x)<0.所以f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,4)))上递增,在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),π))上递减,所以
feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)))是函数的极大值,结合图形,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)))不是极大值,故C不符合题意;
D项,当0<x<π时,f(x)=ex·sin x,则f′(x)
=ex·cos x+ex·sin x=ex(cos x+sin x),当0<x<eq \f(3π,4)时,f′(x)>0,当eq \f(3π,4)<x<π时,f′(x)<0,所以f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(3π,4)))上递增,在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4),π))上递减,结合图形,D符合题意.]
函数图象的应用
►[角度1] 研究函数的性质
[例3-1] [多选]设函数f(x)是定义在R上的偶函数,且对任意的x∈R恒有f(x+1)=f(x-1),已知当x∈[0,1]时,f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))1-x,则下列结论正确的是( )
A.2是函数f(x)的周期
B.函数f(x)在(1,2)上单调递减,在(2,3)上单调递增
C.函数f(x)的最大值是1,最小值是0
D.当x∈(3,4)时,f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x-3
[解析] 由已知条件得f(x+2)=f(x),则y=f(x)是以2为周期的周期函数,A正确;当-1≤x≤0时,0≤-x≤1,f(x)=f(-x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))1+x,画出函数y=f(x)的部分图象如图所示.
由图知B正确,C不正确;当3<x<4时,-4<-x<-3,0<4-x<1,f(x)=f(x-4)=f(4-x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x-3,因此D正确.
[答案] ABD
►[角度2] 图象在不等式中的应用
[例3-2] 设奇函数f(x)在(0,+∞)上为增函数,且f(1)=0,则不等式eq \f(fx-f-x,x)<0的解集为( )
A.(-1,0)∪(1,+∞)
B.(-∞,-1)∪(0,1)
C.(-∞,-1)∪(1,+∞)
D.(-1,0)∪(0,1)
[解析] f(x)为奇函数,eq \f(fx-f-x,x)<0⇔eq \f(fx,x)<0⇔xf(x)<0,由题意可知f(x)的大致图象如图所示,所以所求不等式的解集为(-1,0)∪(0,1).
[答案] D
[延伸探究] 若将“奇函数f(x)”改为“偶函数f(x)”,不等式eq \f(fx+f-x,x)<0的解集为________________.
[解析] 作函数f(x)的图象如图所示:
[答案] (-∞,-1)∪(0,1)
►[角度3] 求参数的取值范围
[例3-3] (2025·陕西宝鸡校考模拟预测)已知函数若关于x的方程f(x)=kx-2有三个互不相等的实根,则实数k的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),-2\r(13)+8))
C.(-2eq \r(13)+8,1)
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1))
[解析] 作出函数f(x)的图象如图所示,
直线y=kx-2恒过点(0,-2),当y=kx-2过点(2,-1)时,解得k=eq \f(1,2),此时直线y=kx-2与f(x)有两个交点,故关于x的方程f(x)=kx-2有两个互不相等的实根;将y=kx-2代入y=-x2+8x-15得x2+(k-8)x+13=0,当x≥2时,直线与抛物线只有一个交点,则Δ=(k-8)2-52=0,解得k=8-2eq \r(13)或k=8+2eq \r(13).当k=8+2eq \r(13)时,解得x=-eq \r(13),不满足x≥2,应舍去,即k=8-2eq \r(13).所以实数k的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),-2\r(13)+8)).
[答案] B
利用函数图象所解题型
(1)利用函数的图象研究函数的性质
对于已知或易画出其在给定区间上图象的函数,其性质[单调性、奇偶性、周期性、最值(值域)、零点]常借助于图象研究,但一定要注意性质与图象特征的对应关系.
(2)利用函数的图象研究方程根的个数
当方程与基本函数有关时,可以通过函数图象来研究方程的根,方程f(x)=0的根就是函数f(x)图象与x轴的交点的横坐标,方程f(x)=g(x)的根就是函数f(x)与g(x)图象的交点的横坐标.
(3)利用函数的图象研究不等式
当不等式问题不能用代数法求解但其与函数有关时,常将不等式问题转化为两函数图象的上、下关系问题,从而利用数形结合求解.
1.[多选]对任意两个实数a,b,定义min{a,b}
=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a,a≤b,,b,a>b,))若f(x)=2-x2,g(x)=x2,下列关于函数F(x)=min{f(x),g(x)}的说法正确的是( )
A.函数F(x)是偶函数
B.方程F(x)=0有三个解
C.函数F(x)在区间[-1,1]上单调递增
D.函数F(x)有4个单调区间
解析:ABD [根据函数f(x)=2-x2与g(x)=x2,画出函数F(x)=min{f(x),g(x)}的图象,如图.
由图象可知,函数F(x)=min{f(x),g(x)}关于y轴对称,所以A项正确;函数F(x)的图象与x轴有三个交点,所以方程F(x)=0有三个解,所以B项正确;函数F(x)在(-∞,-1]上单调递增,在[-1,0]上单调递减,在[0,1]上单调递增,在[1,+∞)上单调递减,所以C项错误,D项正确.]
2.已知f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2+2x+3,x≤0,1+ln x,x>0)),若存在x1<x2<x3使得f(x1)=f(x2)=f(x3)=m,则m的范围是________
解析:作出函数f(x)图象,如图,
因为存在x1<x2<x3使得f(x1)=f(x2)=f(x3)=m,
所以f(-1)<m≤f(0),即2<m≤3.
答案:(2,3]
$$