内容正文:
主题二 函 数
第二章 函 数
第6节 对数与对数函数
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主题二 第二章 函 数
金榜题名 创新高考总复习 数学(BS新教材)
夯实 必备知识
01
跃升 关键能力
02
课时冲关
03
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主题二 第二章 函 数
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★[课程标准]
1.理解对数的概念和运算性质,知道用换底公式能将一般对数转化成自然对数或常用对数.
2.通过具体实例,了解对数函数的概念.能用描点法或借助计算工具画出对数函数的图象,探索并了解对数函数的单调性与特殊点.
3.知道对数函数y=logax与指数函数y=ax互为反函数(a>0,且a≠1).
1.对数的概念
(1)对数的定义: 一般地,如果a(a>0,且a≠1)的b次幂等于N,即ab=N,那么数b称为 以a为底N的对数 ,记作 logaN =b,其中a叫作对数的 底数 ,N叫作 真数 .
(2)对数与指数的关系:给定底数后,对数运算是指数运算的 逆运算 ,即ab=N⇔b= logaN .
(3)两种常见对数
对数形式
特点
记法
常用对数
底数为 10
lg N
自然对数
底数为 e
ln N
2.对数的性质、换底公式与运算性质
(1)对数的性质:①loga1= 0 ;②logaa= 1 ;③= N ;④logaab= b (a>0,且a≠1).
(2)对数的运算法则
如果a>0且a≠1,M >0,N>0,b>0,那么
①loga(MN)= logaM+logaN ;
②logaeq \f(M,N)= logaM-logaN ;
③logaMb=blogaM(n∈R).
(3)对数的重要公式
①换底公式:一般地,若a>0,b>0,c>0,且a≠1,c≠1,则logab= eq \f(logcb,logca) ;
②logab=eq \f(1,logba),推广logab·logbc·logcd=logad.
3.对数函数及其性质
(1)概念:给定正数a,且a≠1,指数函数y=ax是定义在R上,值域为(0,+∞)的单调函数,所以对于每一个正数y,都存在唯一确定的实数x,使得y=ax.由函数的定义,x就是y的函数,称为以a为底的对数函数,记作x=logay.习惯上,将自变量写成x,函数值写成y,因此,一般将对数函数写成 y=logax (a>0,且a≠1),其中a称为 底数 .
(2)对数函数的图象与性质
底数
a>1
0<a<1
图象
性质
定义域: (0,+∞)
值域: R
当x=1时,y=0,即过定点 (1,0)
当x>1时, y>0 ;
当0<x<1时, y<0
当x>1时, y<0 ;
当0<x<1时, y>0
在(0,+∞)上是 增函数
在(0,+∞)上是 减函数
4.反函数
习惯上,对数函数表示为y=logax(a>0,且a≠1),指数函数表示为y=ax(a>0,且a≠1).指数函数y=ax是对数函数y=logax的 反函数 ,对数函数y=logax也是指数函数y=ax的 反函数 .即它们 互为反函数 ,它们的图象关于直线y=x对称.
对数函数的图象与底数大小的比较
如图,作直线y=1,则该直线与四个函数图象交点的横坐标为相应的底数.
故0<c<d<1<a<b.由此我们可得到以下规律:在第一象限内从左到右底数逐渐增大.
◆[思考辨析]
判断下列说法是否正确,正确的在它后面的括号里打“√”,错误的打“×”.
(1)函数y=log2(x+1)是对数函数.( )
(2)log2x2=2log2x.( )
(3)当x>1时,logax>0.( )
(4)对数函数y=logax(a>0且a≠1)的图象过定点(1,0),且过点(a,1),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a),-1)),函数图象只在第一、四象限.( )
(5)函数y=lneq \f(1+x,1-x)与y=ln(1+x)-ln(1-x)的定义域相同.( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
◆[小题查验]
1.0.5log25=( )
A. eq \f(1,2) B.- eq \f(1,5)
C. eq \f(1,5) D.2
解析: C [0.5log25= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))) log25=2-log25= 2log2 eq \f(1,5) = eq \f(1,5) .故选C.]
2.已知a=log52,b=log83,c=eq \f(1,2),则下列判断正确的是( )
A.c<b<a
B.b<a<c
C.a<c<b
D.a<b<c
解析:C [考查比较大小问题,主要利用对数函数单调性,属于基础题.以c=eq \f(1,2)为中间量,构造增函数y=log5x和y=log8x,log52<log5eq \r(5)=eq \f(1,2)=log82eq \r(2)<log83.]
3.(2025·泉州质检)不等式log2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2-1)) <1的解集是( )
A. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\r(3),\r(3)))
B. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,\r(3)))
C. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\r(3),0)) ∪ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\r(3)))
D. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\r(3),-1)) ∪ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,\r(3)))
解析: D [log2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2-1)) <1,即log2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2-1)) <log22,
则0<x2-1<2,解得x∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\r(3),-1)) ∪ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,\r(3))) .故选D.]
4.(BSD必修第一册P113练习T2(2)改编)函数y=log7eq \f(1,1-3x)的定义域为________.
答案:eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x<\f(1,3)))))
5.(忽视定义域的限制致误)已知y=loga(2-ax)在[0,1]上是x的减函数,则a的取值范围是________.
解析:∵y=loga(2-ax)是由y=logau,u=2-ax复合而成,又a>0,
∴u=2-ax在[0,1]上是x的减函数,
由复合函数关系知y=logau应为增函数,∴a>1,
又由于x在[0,1]上时y=loga(2-ax)有意义,u=2-ax又是减函数,
∴x=1时,u=2-ax取最小值是umin=2-a>0即可,∴a<2,
综上可知,所求a的取值范围是1<a<2.
答案:1<a<2
对数的基本运算
1.(2025·贵州遵义模拟)已知lg 2=a,lg 3=b,则log475=( )
A. eq \f(a-b+2,2a) B. eq \f(b-a+2,2a)
C. eq \f(b-2a+2,2a) D. eq \f(2a-b+2,2a)
解析: C [log475= eq \f(lg 75,lg 4) = eq \f(lg 3+2lg 5,2lg 2) = eq \f(b+2(1-a),2a) = eq \f(b-2a+2,2a) .]
2.(2025·内蒙古包头市月考)已知9x=4y=eq \r(6),则eq \f(x+y2,x2y2)=( )
A.25
B.16
C.9
D.4
解析:B [∵9x=4y=eq \r(6),∴x=log9eq \r(6)==eq \f(1,4)log36,
y=log4eq \r(6)==eq \f(1,4)log26,
∴eq \f(1,x)=eq \f(4,log36)=4log63,eq \f(1,y)=eq \f(4,log26)=4log62,
∴eq \f(x+y2,x2y2)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x+y,xy)))2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,x)+\f(1,y)))2=(4log63+4log62)2=(4log66)2=16.]
3.(2024·全国甲卷)已知a>1且 eq \f(1,log8a) - eq \f(1,loga4) =- eq \f(5,2) ,则a=________.
解析:由 eq \f(1,log8a) - eq \f(1,loga4) = eq \f(3,log2a) - eq \f(1,2) log2a=- eq \f(5,2) ,整理得 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(log2a)) 2-5log2a-6=0,
⇒log2a=-1或log2a=6,又a>1,
所以log2a=6=log226,故a=26=64.
答案: 64
4.eq \f(\r(lg 32-lg 9+1)lg \r(27)+lg 8-lg \r(1 000),lg 0.3·lg 1.2)
= ________ .
解析:原式=eq \f(\r(lg 32-2lg 3+1)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)lg 3+3lg 2-\f(3,2))),lg 3-1·lg 3+2lg 2-1)
=eq \f(1-lg 3·\f(3,2)lg 3+2lg 2-1,lg 3-1·lg 3+2lg 2-1)=-eq \f(3,2).
答案:-eq \f(3,2)
对数运算的一般思路
(1)首先利用幂的运算把底数或真数进行变形,化成分数指数幂的形式,使幂的底数最简,然后正用对数运算性质化简合并.
(2)将对数式化为同底数对数的和、差、倍数运算,然后逆用对数的运算性质,转化为同底对数真数的积、商、幂的运算.
对数函数的图象及应用
[母题] 当0<x≤eq \f(1,2)时,4x<logax,则a的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(\r(2),2)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2),2),1))
C.(1,eq \r(2))
D.(eq \r(2),2)
[破题关键点] 方法一:构造函数f(x)=4x和g(x)=logax,利用这两个函数图象的上下位置关系,求出a的取值范围;方法二:采用排除法.
[解析] 法一:构造函数f(x)=4x和g(x)=logax,当a>1时不满足条件,当0<a<1时,画出两个函数在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))上的图象,可知,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))<geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))),
即2<logaeq \f(1,2),则a>eq \f(\r(2),2),所以a的取值范围为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2),2),1)).
法二:∵0<x≤eq \f(1,2),∴1<4x≤2,∴logax>4x>1,
∴0<a<1,排除选项C,D;取a=eq \f(1,2),x=eq \f(1,2),
则有=1,显然4x<logax不成立,排除选项A.]
[答案] B
[子题1] 将母题变为:若不等式x2-logax<0对x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))恒成立,则实数a的取值范围是________.
解析:由x2-logax<0,得x2<logax,
设f1(x)=x2,f2(x)=logax,
要使x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))时,不等式x2<logax恒成立,
只需f1(x)=x2在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))上的图象在f2(x)=logax图象的下方即可.当a>1时,显然不成立;
当0<a<1时,如图所示,要使x2<logax在x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))上恒成立,需f1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))≤f2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))),
所以有eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2≤logaeq \f(1,2),解得a≥eq \f(1,16),∴eq \f(1,16)≤a<1.
即实数a的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,16),1)).
答案:eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,16),1))
[子题2] 将母题变为:当0<x≤eq \f(1,4)时,eq \r(x)<logax,则实数a的取值范围是________.
解析:若eq \r(x)<logax在x∈eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,4)))成立,则0<a<1,且y=eq \r(x)的图象在y=logax图象的下方,如图所示,
由图象知eq \r(\f(1,4))<logaeq \f(1,4),
解得eq \f(1,16)<a<1.
即实数a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,16),1)).
答案:eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,16),1))
[子题3] 将母题变为:已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(log2x,x>0,,3x,x≤0,))且关于x的方程f(x)+x-a=0有且只有一个实根,则实数a的取值范围是_______.
解析:如图,在同一坐标系中分别作出y=f(x)与y=-x+a的图象,其中a表示直线在y轴上的截距,由图可知,当a>1时,直线y=-x+a与y=f(x)只有一个交点.
答案:(1,+∞)
应用对数型函数的图象可求解的问题
(1)对一些可通过平移、对称变换作出其图象的对数型函数,在求解其单调性(单调区间)、值域(最值)、零点时,常利用数形结合思想.
(2)一些对数型方程、不等式问题常转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解.
对数函数的性质及应用
►[命题点1] 比较对数值的大小
1.(2024·天津卷)若a=4.2-0.3,b=4.20.3,c=log4.20.2,则a,b,c的大小关系为( )
A.a>b>c B.b>a>c
C.c>a>b D.b>c>a
解析: B [因为y=4.2x在R上递增,且-0.3<0<0.3,
所以0<4.2-0.3<4.20<4.20.3,
所以0<4.2-0.3<1<4.20.3,即0<a<1<b,
因为y=log4.2x在(0,+∞)上递增,且0<0.2<1,
所以log4.20.2<log4.21=0,即c<0,
所以b>a>c.故选B.]
2.(2022·全国甲卷)已知9m=10,a=10m-11,b=8m-9,则( )
A.a>0>b
B.a>b>0
C.b>a>0
D.b>0>a
解析:A [由9m=10,可得m=log910=eq \f(lg 10,lg 9)>1,而lg 9lg 11<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(lg 9+lg 11,2)))2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(lg 99,2)))2<1
=(lg 10)2,所以eq \f(lg 10,lg 9)>eq \f(lg 11,lg 10),即m>lg 11,所以a=10m-11>10lg 11-11=0.
又lg 8lg 10<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(lg 8+lg 10,2)))2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(lg 80,2)))2<(lg 9)2,所以eq \f(lg 9,lg 8)>eq \f(lg 10,lg 9),即log89>m,
所以b=8m-9<8log89-9=0.综上,a>0>b.]
►[命题点2] 解简单的对数不等式
3.设函数f(x)=ln(1+|x|)-eq \f(1,1+x2),则使得f(x)>f(2x-1)成立的x的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3),1))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-∞,\f(1,3)))∪(1,+∞)
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3),\f(1,3)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-∞,-\f(1,3)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3),+∞))
解析:A [定义在R上的函数f(x)满足f(-x)=f(x),所以f(x)为偶函数,
当x>0时,f(x)=ln(1+x)-eq \f(1,1+x2)为增函数,
由f(x)>f(2x-1)结合偶函数图象的对称性可知|x|>|2x-1|,
两边平方并化简得(x-1)(3x-1)<0,解得eq \f(1,3)<x<1.所以不等式f(x)>f(2x-1)的解集为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3),1)).]
►[命题点3] 与对数有关的复合函数问题
4.(2025·全国模拟)已知函数f(x)=loga|ax2-(2a+3)x+6|在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(7,2),4))上单调递增,则实数a的取值范围为( )
A.eq \f(3,5)≤a<eq \f(3,4)
B.eq \f(3,5)<a<1
C.eq \f(3,5)≤a<eq \f(3,4)或a>1
D.eq \f(3,5)<a<1或a>1
解析:C [函数y=f(x)是由y=logat与t=|(x-2)(ax-3)|复合而成,
①当0<a<1时,因为y=logat为减函数,且函数f(x)=loga|ax2-(2a+3)x+6|在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(7,2),4))上单调递增,所以t=|(x-2)(ax-3)|在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(7,2),4))上单调递减,结合t=|(x-2)(ax-3)|的图象可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(2+\f(3,a),2)≤\f(7,2),,\f(3,a)>4,))解得eq \f(3,5)≤a<eq \f(3,4),
②当a>1时,因为y=logat为增函数,且函数f(x)=loga|ax2-(2a+3)x+6|在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(7,2),4))上单调递增,所以t=|(x-2)(ax-3)|在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(7,2),4))上单调递增,又因为此时eq \f(3,a)<3,结合t=|(x-2)(ax-3)|的图象可知此时符合题意.
综上所述,实数a的取值范围为eq \f(3,5)≤a<eq \f(3,4)或a>1.]
►[命题点4] 利用对数函数的性质求参数
5.(2024·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)= eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-x2-2ax-a,x<0,,ex+ln (x+1),x≥0)) 在R上单调递增,则a的取值范围是( )
A.(-∞,0] B.[-1,0]
C.[-1,1] D.[0,+∞)
解析: B [因为f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x)) 在R上单调递增,且x≥0时,f(x)=ex+ln (x+1)单调递增,
则需满足 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-\f(-2a,2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1)))≥0,,-a≤e0+ln 1,)) 解得-1≤a≤0,
即a的范围是[-1,0].故选B.]
对数函数性质及应用中应注意的问题
(1)比较对数值大小时,若底数相同,构造相应的对数函数,利用单调性求解;若底数不同,可以找中间量,也可以用换底公式化成同底的对数再比较.
(2)解简单的对数不等式时,先利用对数的运算性质化为同底数的对数值,再利用对数函数的单调性转化为一般不等式求解.
(3)利用对数函数的性质,求与对数函数有关的复合函数的值域和单调性问题,必须弄清三方面的问题,一是定义域,所有问题都必须在定义域内讨论;二是底数与1的大小关系;三是复合函数的构成,即它是由哪些基本初等函数复合而成的.
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