内容正文:
第三章 函数与基本初等函数
第五节 指数函数
课标解读 考向预测
1.了解指数函数的实际意义,理解指数函数的概念.
2.会画指数函数的图象,探索并理解指数函数的单调性与特殊点. 指数函数是高考考查的重点内容之一,应当熟练掌握指数函数的概念、图象和单调性等常考知识点.在近三年的高考中,考查了指数型函数的图象和性质,或与分段函数结合,以选择题或填空题的形式出现.
预计2026年高考可能会考查利用指数函数的性质比较大小、指数型函数图象的识别与应用以及指数型函数单调性的应用,题型为选择题或填空题,难度中档.
必备知识—强基础
考点探究—提素养
课时作业
目录
必备知识—强基础
a>1 0<a<1
图象
定义域 R
指数函数及其性质
(1)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,a是底数.
(2)指数函数的图象与性质
必备知识—强基础
5
值域 _________
性质 图象过定点_______ ,即当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______
(0,+∞)
(0,1)
y>1
0<y<1
y>1
0<y<1
增函数
减函数
必备知识—强基础
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×
√
√
√
必备知识—强基础
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必备知识—强基础
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(2)(人教A必修第一册4.2.2探究改编)函数y=2x+1的图象是( )
必备知识—强基础
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(3)(人教A必修第一册习题4.2 T10改编)若函数y=ax(a>0,且a≠1)在区间[0,1]上的最大值与最小值之和为3,则a的值为________.
(4)(人教B必修第二册4.1.2尝试与发现改编)已知函数f(x)=ax-2+1(a>0,且a≠1)的图象恒过定点M(m,n),则函数g(x)=n-mx的图象不经过第________象限.
2
三
必备知识—强基础
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考点探究—提素养
指数函数的图象及其应用
考点探究—提素养
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(2)(2025·湖南长沙模拟)若直线y=3a与函数y=|ax-1|(a>0,且a≠1)的图象有两个公共点,则a的取值范围为________.
考点探究—提素养
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(1)根据指数函数图象判断底数大小的问题,可以通过直线x=1与图象的交点进行判断.
(2)对于有关指数型函数的图象,可由指数函数的图象通过平移、伸缩、对称变换而得到.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.
(3)已知函数解析式判断其图象一般是取特殊点,判断选项中的图象是否过这些点,若不满足则排除.
考点探究—提素养
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1.函数y=e-|x|(e是自然对数的底数)的大致图象是( )
考点探究—提素养
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考点探究—提素养
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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
指数函数的性质及其应用(多考向探究)
考向1 比较指数式的大小
解析:解法一: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φ(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.故选D.
考点探究—提素养
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解法二: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.故选D.
考点探究—提素养
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比较两个指数式的大小时,尽量化成同底或同指.
(1)当底数相同,指数不同时,构造同一指数函数,然后利用指数函数的性质比较大小.
(2)当指数相同,底数不同时,构造两个指数函数,利用图象比较大小;或构造同一幂函数,然后利用幂函数的性质比较大小.
(3)当底数不同,指数也不同时,常借助1,0等中间量进行比较.
考点探究—提素养
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考点探究—提素养
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考点探究—提素养
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考点探究—提素养
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(1)解指数方程的依据:af(x)=ag(x)(a>0,且a≠1)⇔f(x)=g(x).
(2)解指数不等式的思路方法:对于形如ax>ab(a>0,且a≠1)的不等式,需借助函数y=ax的单调性求解,如果a的取值不确定,则需分a>1与0<a<1两种情况讨论;而对于形如ax>b的不等式,需先将b转化为以a为底的指数幂的形式,再借助函数y=ax的单调性求解.
考点探究—提素养
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(4,+∞)
考点探究—提素养
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5.不等式10x-6x-3x≥1的解集为________.
[1,+∞)
考点探究—提素养
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考向3 与指数函数有关的复合函数问题
(1)函数f(x)=3-x2+1的值域为________.
解析:设t=-x2+1,则t≤1,所以0<3t≤3,故函数f(x)的值域为(0,3].
(0,3]
[-2,+∞)
考点探究—提素养
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解决与指数函数有关的复合函数问题时,首先要掌握指数函数的相关性质,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.
考点探究—提素养
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6.(多选)已知定义在[-1,1]上的函数f(x)=-2×9x+4×3x,则下列结论中正确的是( )
A.f(x)的单调递减区间是[0,1]
B.f(x)的单调递增区间是[-1,1]
C.f(x)的最大值是f(0)=2
D.f(x)的最小值是f(1)=-6
考点探究—提素养
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考点探究—提素养
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(-∞,-1]
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考向4 指数函数性质的综合应用
(2025·浙江杭州模拟)设集合M={-1,1},N={x|x>0,且x≠1},函数f(x)=ax+λa-x(a>0,且a≠1),则( )
A.∀λ∈M,∃a∈N,f(x)为增函数
B.∃λ∈M,∀a∈N,f(x)为减函数
C.∀λ∈M,∃a∈N,f(x)为奇函数
D.∃λ∈M,∀a∈N,f(x)为偶函数
考点探究—提素养
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解析:当λ=1时,f(x)=ax+a-x(a>0,且a≠1),f′(x)=axln a-a-xln a=(ax-a-x)ln a=a-x(a2x-1)ln a.因为a-x>0,若0<a<1,则ln a<0,当x∈(0,+∞)时,a2x-1<0,所以f′(x)>0,当x∈(-∞,0)时,a2x-1>0,所以f′(x)<0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上单调递减;若a>1,则ln a>0,当x∈(0,+∞)时,a2x-1>0,所以f′(x)>0,当x∈(-∞,0)时,a2x-1<0,所以f′(x)<0,所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上单调递减,所以不存在a∈N,使得f(x)为增函数,故A错误.当λ=-1时,f(x)=ax-a-x(a>0,且a≠1),当a>1时,f(x)单调递增,故B错误.当λ=1时,f(x)=ax+a-x(a>0,且a≠1),因为f(-x)=a-x+ax=f(x),所以f(x)=ax+a-x为偶函数,所以不存在a∈N,使得f(x)为奇函数,故C错误,D正确.故选D.
考点探究—提素养
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指数函数综合问题的处理策略
(1)涉及单调性的问题,一定要注意底数对指数函数单调性的影响.
(2)涉及值域(或最值)的问题,通常要先对函数解析式进行变形,然后逐步求函数的值域(或最值).
考点探究—提素养
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考点探究—提素养
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考点探究—提素养
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课时作业
基础题(占比50%) 中档题(占比30%) 拔高题(占比20%)
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★★
考向 指数函数的性质及应用 指数函数的图象及应用 指数函数的解析式 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的图象及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的图象及应用
考点 解简单的指数不等式 由指数型函数的解析式求值 比较指数式的大小 由指数函数的单调性求参数的值 与指数函数有关的复合函数问题 解简单的指数不等式 利用图象比较大小 指数函数性质的综合应用 利用图象比较大小
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题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19
难度 ★★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★★ ★★★ ★★ ★★★
考向 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用 指数函数的性质及应用
考点 与指数函数有关的抽象函数问题 解简单的指数方程 由函数的值域求参数的取值范围 解简单的指数不等式 指数函数性质的综合应用 与指数函数有关的复合函数问题 与指数函数有关的复合函数问题 与指数函数有关的单调性问题 与指数函数有关的新定义问题
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2.(2025·湖南长沙一中模拟)函数f(x)=ax-a(a>0,且a≠1)的图象可能是
( )
解析:因为函数f(x)=ax-a(a>0,且a≠1),当a>1时,y=ax是增函数,且图象恒过定点(0,1),又因为f(x)=ax-a的图象在y=ax的基础上向下平移超过1个单位长度,故D错误,C正确;当0<a<1时,y=ax是减函数,且图象恒过定点(0,1),又f(x)=ax-a的图象在y=ax的基础上向下平移了不到1个单位长度,故A,B错误.故选C.
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6.(2023·新课标Ⅰ卷)设函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)上单调递减,则a的取值范围是( )
A.(-∞,-2] B.[-2,0)
C.(0,2] D.[2,+∞)
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解析:当x>0时,-x<0,f(-x)=2-2x=-(2x-2)=-f(x);当x<0时,-x>0,f(-x)=2-x-2=-(2-2-x)=-f(x),则函数f(x)为奇函数,所以f(a)>f(-a)=-f(a),即f(a)>0,作出函数f(x)的图象,如图所示,由图象可得,实数a的取值范围为(-1,0)∪(1,+∞).故选B.
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10.已知实数a,b满足3a=6b,则下列关系式可能成立的是( )
A.a=b B.0<b<a
C.a<b<0 D.1<a<b
解析:由题意,在同一直角坐标系内分别画出函数y=3x和y=6x的图象,如图所示,由图象知,当a=b=0时,3a=6b=1,所以A可能成立;作出直线y=k,当k>1时,若3a=6b=k,则0<b<a,所以B可能成立;当0<k<1时,若3a=6b=k,则a<b<0,所以C可能成立.故选ABC.
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三、填空题
12.指数方程4x-6×2x-16=0的解是________.
解析:∵4x-6×2x-16=(2x)2-6×2x-16=0,∴2x=-2(舍去)或2x=8,解得x=3.
x=3
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13.若函数f(x)=|2x-a|-1的值域为[-1,+∞),则实数a的取值范围为________.
解析:令g(x)=|2x-a|,由题意,得g(x)的值域为[0,+∞),又y=2x的值域为(0,+∞),所以-a<0,解得a>0.
(0,+∞)
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解析:当a≥0时,结合图象可得f(x)≤f(2)的解集是(-∞,2],不符合题意.当a<0时,2-a>2a,由于f(x)在区间(-∞,0]和(0,2]上单调递增,所以要使f(x)≤f(2)的解集I满足I(-∞,2],则2-a>f(2)=22+a,解得a<-1.综上,实数a的取值范围是(-∞,-1).
(-∞,-1)
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17.(多选)(2025·浙江丽水模拟)设函数f(x)=ecosx,则( )
A.f(x)是偶函数 B.f(x)是周期函数
C.f(x)有最大值 D.f(x)是增函数
解析:对于A,因为f(x)=ecosx的定义域为R,又f(-x)=ecos(-x)=ecosx=f(x),所以f(x)是偶函数,A正确;对于B,易知f(x+2π)=ecos(x+2π)=ecosx=f(x),所以2π是f(x)的一个周期,B正确;对于C,易知cosx≤1,所以f(x)≤e,所以f(x)有最大值,C正确;对于D,因为y=cosx在区间(0,π)上单调递减,y=ex在R上单调递增,所以f(x)在区间(0,π)上单调递减,D错误.故选ABC.
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R
(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)如图是指数函数①y=ax,②y=bx,③y=cx,④y=dx的图象,
底数a,b,c,d与1之间的大小关系为c>d>1>a>b>0.由此我
们可得到以下规律:在第一象限内,指数函数y=ax(a>0,且a≠1)
的图象越高,底数越大.
(3)指数函数y=ax与y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)))eq \s\up18(x)(a>0,且a≠1)的图象关于y轴对称.
题组一 走出误区——判一判
(1)函数y=2x-1是指数函数.( )
(2)函数y=3x与y=-eq \f(1,3x)的图象关于原点对称.( )
(3)指数函数的图象一定在x轴上方.( )
(4)若指数函数y=ax是减函数,则0<a<1.( )
题组二 回归教材——练一练
(1)(人教B必修第二册4.1.2练习A T1改编)已知指数函数y=f(x)的图象经过点(-1,2),那么这个函数的图象也必定经过点( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-2,\f(1,4)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1,\f(1,2)))
C.(1,2)
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3,\f(1,8)))
(1)函数y=ax;y=bx;y=cx;y=dx的图象如图所示,a,b,c,d分别是下列四个数:eq \f(5,4),eq \r(3),eq \f(1,3),eq \f(1,2)中的一个,则a,b,c,d的值分别是( )
A.eq \f(5,4),eq \r(3),eq \f(1,3),eq \f(1,2)
B.eq \r(3),eq \f(5,4),eq \f(1,3),eq \f(1,2)
C.eq \f(1,2),eq \f(1,3),eq \r(3),eq \f(5,4)
D.eq \f(1,3),eq \f(1,2),eq \f(5,4),eq \r(3)
解析:由题图,直线x=1与函数图象的交点的纵坐标从上到下依次为c,d,a,b,而eq \r(3)>eq \f(5,4)>eq \f(1,2)>eq \f(1,3),故选C.
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,3)))
解析:当0<a<1时,y=|ax-1|的图象如图1所示,由已知,得0<3a<1,∴0<a<eq \f(1,3);当a>1时,y=|ax-1|的图象如图2所示,由已知可得0<3a<1,∴0<a<eq \f(1,3),结合a>1可得a无解.综上可知,a的取值范围为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,3))).
解析:y=e-|x|=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,e)))\s\up17(x),x≥0,,ex,x<0,))易得函数y=e-|x|为偶函数,且图象过点(0,1),y=e-|x|>0,函数在(-∞,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,故C符合题意.故选C.
2.(2025·东北三省四市模拟)已知函数y=aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up17(|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ab=( )
A.-1
B.-2
C.-4
D.-9
解析:因为函数y=f(x)=aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up17(|x|)+b的图象过原点,所以由aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up17(0)+b=0,得a+b=0,又该函数的图象无限接近直线y=2,且不与该直线相交,所以b=2,则a=-2,所以ab=-4.故选C.
3.已知a=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))-eq \s\up14(\f(1,3)),b=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,3)))-eq \s\up14 (\f(2,3)),c=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)))eq \s\up14 (\f(2,3)),则( )
A.a>b>c
B.c>b>a
C.c>a>b
D.b>a>c
解析:因为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))-eq \s\up7(\f(1,3))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)))eq \s\up7(\f(1,3))>1,eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,3)))-eq \s\up7(\f(2,3))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,5)))eq \s\up7(\f(2,3))<1,eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)))eq \s\up7(\f(2,3))>1,y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)))
eq \s\up17(x)在R上是增函数,所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)))eq \s\up7(\f(2,3))>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)))eq \s\up7(\f(1,3)),所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)))eq \s\up7(\f(2,3))>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))-eq \s\up7(\f(1,3))>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,3)))-eq \s\up7(\f(2,3)),即c>a>b.
考向2 解简单的指数方程或不等式
(1)(多选)若4x-4y<5-x-5-y,则下列关系式正确的是( )
A.x<y
B.y-3>x-3
C.eq \r(x)>eq \r(y)
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))
eq \s\up17(y)<3-x
解析:由4x-4y<5-x-5-y,得4x-5-x<4y-5-y,令f(x)=4x-5-x,则f(x)<f(y).因为g(x)=4x,h(x)=-5-x在R上都是增函数,所以f(x)在R上是增函数,所以x<y,故A正确;因为G(x)=x-3在(0,+∞)和(-∞,0)上都单调递减,所以当x<y<0时,x-3>y-3,故B错误;当x<0,y<0时,eq \r(x),eq \r(y)无意义,故C错误;因为y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))
eq \s\up17(x)在R上是减函数,且x<y,所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))
eq \s\up17(y)<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))
eq \s\up17(x),即eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))
eq \s\up17(y)<3-x,故D正确.故选AD.
(2)已知实数a≠1,函数f(x)=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(4x,x≥0,,2a-x,x<0,))若f(1-a)=f(a-1),则a的值为________.
解析:当a<1时,41-a=21,解得a=eq \f(1,2);当a>1时,2a-(1-a)=4a-1,无解.故a的值为eq \f(1,2).
eq \f(1,2)
4.若当0<x<eq \f(1,2)时,方程ax=eq \f(1,x)(a>0,且a≠1)有解,则实数a的取值范围是________.
解析:依题意,当x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))时,y=ax与y=eq \f(1,x)的图象有交点,作出y=eq \f(1,x)的部分图象,如图所示,由图可知f(1,2))eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a>1,,a >2,))
解得a>4.
解析:由10x-6x-3x≥1,可得eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,10)))
eq \s\up17(x)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,5)))eq \s\up17(x)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,10)))eq \s\up17(x)≤1.令f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,10)))eq \s\up17(x)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,5)))eq \s\up17(x)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,10)))eq \s\up17(x),因为y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,10)))eq \s\up17(x),y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,5)))eq \s\up17(x),y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,10)))eq \s\up17(x)均为R上的减函数,则f(x)在R上单调递减,且f(1)=1,所以f(x)≤f(1),所以x≥1,故不等式10x-6x-3x≥1的解集为[1,+∞).
(2)函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(2x)-8×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(x)+17的单调递增区间为_____________.
解析:设t=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(x)>0,又y=t2-8t+17=(t-4)2+1在(0,4]上单调递减,在(4,+∞)上单调递增.由eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(x)≤4,得x≥-2,由eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(x)>4,得x<-2,而函数t=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(x)在R上单调递减,所以函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(2x)-8×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(x)+17的单调递增区间为[-2,+∞).
解析:设t=3x,x∈[-1,1],则t=3x是增函数,且t∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,3),3)),又函数y=-2t2+4t=-2(t-1)2+2在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,3),1))上单调递增,在[1,3]上单调递减,因此f(x)在[-1,0]上单调递增,在[0,1]上单调递减,故A正确,B错误;因为f(x)max=f(0)=2,故C正确;因为f(-1)=eq \f(10,9),f(1)=-6,因此f(x)的最小值是f(1)=-6,故D正确.故选ACD.
7.若函数f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))eq \s\up20(ax2+2x+3)的值域是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,9))),则f(x)的单调递增区间是______________.
解析:∵y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))eq \s\up20(t)是减函数,且f(x)的值域是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,9))),∴t=ax2+2x+3有最小值2,则a>0且eq \f(12a-22,4a)=2,解得a=1,因此t=x2+2x+3的单调递减区间是(-∞,
-1],故f(x)的单调递增区间是(-∞,-1].
8.(多选)已知函数f(x)=eq \f(ex-1,ex+1),则下列结论正确的是( )
A.函数f(x)的定义域为R
B.函数f(x)的值域为(-1,1)
C.函数f(x)是奇函数
D.函数f(x)为减函数
解析:因为ex>0,所以ex+1>1,所以函数f(x)的定义域为R,故A正确;f(x)=eq \f(ex-1,ex+1)=eq \f(ex+1-2,ex+1)=1-eq \f(2,ex+1),ex>0⇒ex+1>1⇒0<eq \f(1,ex+1)<1,故-1<1-eq \f(2,ex+1)<1,所以函数f(x)的值域为(-1,1),故B正确;函数f(x)的定义域为R,f(-x)=eq \f(e-x-1,e-x+1)=eq \f(1-ex,1+ex)=-f(x),所以函数f(x)是奇函数,故C正确;函数y=ex+1是增函数,且y=ex+1>1,所以函数y=eq \f(2,ex+1)是减函数,所以函数y=-eq \f(2,ex+1)是增函数,故f(x)=eq \f(ex-1,ex+1)=1-eq \f(2,ex+1)是增函数,故D不正确.故选ABC.
一、单项选择题
1.已知集合A={x|32x-1≥1},B={x|6x2-x-2<0},则A∪B=( )
A.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(2,3)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(2,3)))
C.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),\f(1,2)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),+∞))
解析:因为A={x|32x-1≥1}=eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),+∞)),B={x|6x2-x-2<0}={x|(3x-2)(2x+1)<0}=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),\f(2,3))),所以A∪B=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),+∞)).故选D.
3.已知函数f(x)=eq \f(1,1+2x),则对任意实数x,有( )
A.f(-x)+f(x)=0
B.f(-x)-f(x)=0
C.f(-x)+f(x)=1
D.f(-x)-f(x)=eq \f(1,3)
解析:f(-x)+f(x)=eq \f(1,1+2-x)+eq \f(1,1+2x)=eq \f(2x,1+2x)+eq \f(1,1+2x)=1,故A错误,C正确;
f(-x)-f(x)=eq \f(1,1+2-x)-eq \f(1,1+2x)=eq \f(2x,1+2x)-eq \f(1,1+2x)=eq \f(2x-1,2x+1)=1-eq \f(2,2x+1),不是常数,故B,D错误.故选C.
4.已知a=2eq \s\up7(\f(4,3)),b=4eq \s\up7(\f(2,5)),c=5eq \s\up7(\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=2eq \s\up7(\f(4,3))=4eq \s\up7(\f(2,3)),b=4eq \s\up7(\f(2,5)),所以a=4eq \s\up7(\f(2,3))>4eq \s\up7(\f(2,5))=b,因为b=4eq \s\up7(\f(2,5))=(46)eq \s\up7(\f(1,15))=4096eq \s\up7(\f(1,15)),c=5eq \s\up7(\f(1,3))=(55) eq \s\up7(\f(1,15))=3125eq \s\up7(\f(1,15)),所以b>c.综上所述,a>b>c.故选A.
5.若函数f(x)=ax(a>0,且a≠1)在[-1,2]上的最大值为4,最小值为m,则实数m的值为( )
A.eq \f(1,2)
B.eq \f(11,42)
C.eq \f(1,16)
D.eq \f(1,2)或eq \f(1,16)
解析:当a>1时,f(x)=ax在[-1,2]上单调递增,则f(x)max=f(2)=a2=4,解得a=2,此时f(x)=2x,m=f(x)min=2-1=eq \f(1,2);当0<a<1时,f(x)=ax在[-1,2]上单调递减,所以f(x)max=f(-1)=a-1=4,解得a=eq \f(1,4),此时f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)))eq \s\up12(x),m=f(x)min=f(2)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)))eq \s\up12(2)=eq \f(1,16).综上所述,实数m的值为eq \f(1,2)或eq \f(1,16).故选D.
解析:函数y=2x在R上单调递增,而函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)上单调递减,则函数y=x(x-a)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(a,2)))eq \s\up12(2)-eq \f(a2,4)在区间(0,1)上单调递减,因此eq \f(a,2)≥1,解得a≥2,所以a的取值范围是[2,+∞).故选D.
7.已知函数f(x)满足f(x)=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x-2,x>0,,2-2-x,x<0,))若f(a)>f(-a),则实数a的取值范围是( )
A.(-1,0)∪(0,1)
B.(-1,0)∪(1,+∞)
C.(-∞,-1)∪(1,+∞)
D.(-∞,-1)∪(0,1)
8.(2025·河北唐山期末)已知正数a,b,c满足2a+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(a-1)=4,3b+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))eq \s\up12(b-1)=6,4c+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)))eq \s\up12(c-1)=8,则下列判断正确的是( )
A.a<b<c
B.a<c<b
C.c<b<a
D.c<a<b
解析:由已知可得a+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(a)=2,b+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))eq \s\up12(b)=2,c+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)))eq \s\up12(c)=2,则a,b,c可分别看作直线y=2-x和y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x),y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))eq \s\up12(x),y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)))eq \s\up12(x)的图象的交点的横坐标,画出直线y=2-x和y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x),y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))eq \s\up12(x),y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)))eq \s\up12(x)的大致图象,如图所示,由图象可知a<b<c.故选A.
二、多项选择题
9.已知函数f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up20(x2+4x+3),则( )
A.函数f(x)的定义域为R
B.函数f(x)的值域为(0,2]
C.函数f(x)在[-2,+∞)上单调递增
D.f(eq \r(2))>f(4)
解析:令u=x2+4x+3=(x+2)2-1,则u∈[-1,+∞).对于A,函数f(x)的定义域为R,故A正确;对于B,因为y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(u),u∈[-1,+∞)的值域为(0,2],所以函数f(x)的值域为(0,2],故B正确;对于C,因为u=x2+4x+3=(x+2)2-1在[-2,+∞)上单调递增,且y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(u)在[-1,+∞)上单调递减,所以根据复合函数的单调性法则,得函数f(x)在[-2,+∞)上单调递减,故C不正确;对于D,由于函数f(x)在[-2,+∞)上单调递减,则f(eq \r(2))>f(4),故D正确.故选ABD.
11.(2025·福建厦门一中模拟)已知函数f(x)的定义域为R,f(x+y)=eq \f(f(x),ey)+eq \f(f(y),ex),且f(1)=1,则( )
A.f(0)=0
B.f(-1)=e2
C.exf(x)为奇函数
D.f(x)在(0,+∞)上具有单调性
解析:对于A,令x=y=0,则有f(0)=eq \f(f(0),e0)+eq \f(f(0),e0),即f(0)=0,故A正确;对于B,令x=1,y=-1,则有f(1-1)=eq \f(f(1),e-1)+eq \f(f(-1),e1),即f(0)=ef(1)+eq \f(f(-1),e),由f(0)=0,f(1)=1,故0=e+eq \f(f(-1),e),即f(-1)=-e2,故B错误;对于C,令y=-x,则有f(x-x)=eq \f(f(x),e-x)+eq \f(f(-x),ex),即f(0)=exf(x)+e-xf(-x),即exf(x)=-e-xf(-x),又函数f(x)的定义域为R,则函数exf(x)的定义域为R,故函数exf(x)为奇函数,故C正确;对于D,令y=x,则有f(x+x)=eq \f(f(x),ex)+eq \f(f(x),ex),即f(2x)=eq \f(2f(x),ex),即有eq \f(f(2x),f(x))=eq \f(2,ex),则当x=ln 2时,有eq \f(f(2ln 2),f(ln 2))=eq \f(2,eln 2)=1,即f(2ln 2)=f(ln 2),故f(x)在(0,+∞)上不具有单调性,故D错误.故选AC.
14.已知函数f(x)=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x-a,x≤0,,2x+a,x>0,))关于x的不等式f(x)≤f(2)的解集为I,若I
(-∞,2],则实数a的取值范围是______________.
四、解答题
15.已知函数f(x)是定义在R上的奇函数,且函数g(x)=f(x)+ex是定义在R上的偶函数.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求不等式f(x)≥eq \f(3,4)的解集.
解:(1)∵g(x)=f(x)+ex是定义在R上的偶函数,
∴g(-x)=g(x),即f(-x)+e-x=f(x)+ex,
∵f(x)是定义在R上的奇函数,∴f(-x)=-f(x),
∴-f(x)+e-x=f(x)+ex,∴f(x)=eq \f(e-x-ex,2).
(2)由(1),知eq \f(e-x-ex,2)≥eq \f(3,4),得2e-x-2ex-3≥0,
即2(ex)2+3ex-2≤0,
令t=ex,t>0,则2t2+3t-2≤0,
解得0<t≤eq \f(1,2),
∴0<ex≤eq \f(1,2),∴x≤-ln 2,
∴不等式f(x)≥eq \f(3,4)的解集为(-∞,-ln 2].
16.已知函数f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x3+x).
(1)解关于x的不等式f(x)>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x3+ax+1),a∈R;
(2)若∃x∈(1,3),∀m∈(1,2),f(2mnx-4)-f(x2+nx)+x2+nx-2mnx+4≤0,求实数n的取值范围.
解:(1)由eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up20(x3+x)>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up20(x3+ax+1),得
x3+x<x3+ax+1,
即(1-a)x<1.
当1-a=0,即a=1时,不等式恒成立,
则不等式f(x)>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up20(x3+ax+1)的解集为R;
当1-a>0,即a<1时,x<eq \f(1,1-a),
则不等式f(x)>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(x3+ax+1)的解集为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x<\f(1,1-a)))));
当1-a<0,即a>1时,x>eq \f(1,1-a),
则不等式f(x)>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))
eq \s\up20(x3+ax+1)的解集为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x>\f(1,1-a))))).
综上所述,当a=1时,原不等式的解集是R;
当a<1时,原不等式的解集是eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x<\f(1,1-a)))));
当a>1时,原不等式的解集是eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x>\f(1,1-a))))).
(2)因为y=x3和y=x均为增函数,
所以y=x3+x是增函数,
因为y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq \s\up12(x)是减函数,
所以f(x)是减函数,
则g(x)=f(x)-x是减函数.
由f(2mnx-4)-f(x2+nx)+x2+nx-2mnx+4≤0,得
g(2mnx-4)=f(2mnx-4)-(2mnx-4)≤f(x2+nx)-(x2+nx)=g(x2+nx),
所以2mnx-4≥x2+nx,
又x∈(1,3),所以2mn-n≥x+eq \f(4,x),
又x+eq \f(4,x)≥2eq \r(x·\f(4,x))=4,当且仅当x=eq \f(4,x),即x=2时,不等式取等号,
即∀m∈(1,2),2mn-n≥4恒成立,
由一次函数的性质可知,eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2n-n≥4,,4n-n≥4,))
解得n≥4,
所以实数n的取值范围是[4,+∞).
18.(多选)(2025·八省联考)在人工神经网络中,单个神经元输入与输出的函数关系可以称为激励函数.双曲正切函数是一种激励函数.定义双曲正弦函数sinhx=eq \f(ex-e-x,2),双曲余弦函数coshx=eq \f(ex+e-x,2),双曲正切函数tanhx=eq \f(sinhx,coshx),则( )
A.双曲正弦函数是增函数
B.双曲余弦函数是增函数
C.双曲正切函数是增函数
D.tanh(x+y)=eq \f(tanhx+tanhy,1+tanhxtanhy)
解析:对于A,令f(x)=sinhx=eq \f(ex-e-x,2),则f′(x)=eq \f(ex+e-x,2)>0恒成立,故双曲正弦函数是增函数,故A正确;对于B,令g(x)=coshx=eq \f(ex+e-x,2),则g′(x)=eq \f(ex-e-x,2),由A项分析可知,g′(x)为增函数,又g′(0)=eq \f(e0-e0,2)=0,故当x∈(-∞,0)时,g′(x)<0,当x∈(0,+∞)时,g′(x)>0,故g(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,故B错误;对于C,tanhx=eq \f(sinhx,coshx)=eq \f(\f(ex-e-x,2),\f(ex+e-x,2))=eq \f(ex-e-x,ex+e-x)=eq \f(e2x-1,e2x+1)=1-eq \f(2,e2x+1),由y=e2x+1在R上单调递增,且y=e2x+1>1,得tanhx=1-eq \f(2,e2x+1)是增函数,故C正确;
对于D,由C项分析可知,tanhx=eq \f(e2x-1,e2x+1),则tanh(x+y)=eq \f(e2x+2y-1,e2x+2y+1),eq \f(tanhx+tanhy,1+tanhxtanhy)=eq \f(\f(e2x-1,e2x+1)+\f(e2y-1,e2y+1),1+\f(e2x-1,e2x+1)·\f(e2y-1,e2y+1))=eq \f((e2x-1)(e2y+1)+(e2y-1)(e2x+1),(e2x+1)(e2y+1)+(e2x-1)(e2y-1))=eq \f(e2x+2y+e2x-e2y-1+e2x+2y-e2x+e2y-1,e2x+2y+e2x+e2y+1+e2x+2y-e2x-e2y+1)=eq \f(2e2x+2y-2,2e2x+2y+2)=eq \f(e2x+2y-1,e2x+2y+1),故tanh(x+y)=eq \f(tanhx+tanhy,1+tanhxtanhy),故D正确.故选ACD.
19.对于函数f(x),若其定义域内存在实数x满足f(-x)=-f(x),则称f(x)为“准奇函数”.若函数f(x)=eq \f(ex-2,ex+1),则f(x)________(是,不是)“准奇函数”;若g(x)=2x+m为定义在[-1,1]上的“准奇函数”,则实数m的取值范围为________.
解析:假设f(x)为“准奇函数”,则存在x满足f(-x)=-f(x),∴eq \f(e-x-2,e-x+1)=-eq \f(ex-2,ex+1)有解,整理,得ex=-1,显然无解,∴f(x)不是“准奇函数”.∵g(x)=2x+m为定义在[-1,1]上的“准奇函数”,∴2-x+m=-2x-m在[-1,1]上有解,∴2m=
-(2x+2-x)在[-1,1]上有解,令2x=t∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),2)),∴2m=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t+\f(1,t)))在t∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),2))上有解,
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(5,4),-1))
又函数y=t+eq \f(1,t)在eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1))上单调递减,在(1,2]上单调递增,且t=eq \f(1,2)时,y=eq \f(5,2),t=2时,y=eq \f(5,2),∴ymin=1+1=2,ymax=eq \f(5,2),∴y=t+eq \f(1,t)的值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2,\f(5,2))),∴2m∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(5,2),-2)),解得m∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(5,4),-1)).故实数m的取值范围为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(5,4),-1)).
$$