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第二章 函数
数学·必修第一册
[网络构建]
[归纳提升]
求函数的定义域
求函数定义域的类型与方法
(1)已给出函数解析式:函数的定义域是使解析式有意义的自变量的取值集合.
(2)实际问题;求函数的定义域既要考虑解析式有意义,还应考虑使实际问题有意义.
(3)复合函数问题
①若f(x)的定义域为[a,b],f[g(x)]的定义域应由a≤g(x)≤b解出;
②若f[g(x)]的定义域为[a,b],则f(x)的定义域为g(x)在[a,b]上的值域.
注意:①f(x)中的x与f[g(x)]中的g(x)地位相同;
②定义域所指永远是自变量x的范围.
[例1] (1)函数f(x)=eq \f(2x2,\r(1-x))+(2x-1)0的定义域为( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-∞,\f(1,2)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1))
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)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1))
[解析] (1)由题意知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(1-x>0,,2x-1≠0,)),解得x<1且x≠eq \f(1,2),即f(x)的定义域是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-∞,\f(1,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1)).
[答案] C
(2)已知函数y=f(x-1)的定义域是[-1,2],则y=f(1-3x)的定义域为( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,3),0))
B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,3),3))
C.[0,1]
D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,3),1))
[解析] 由y=f(x-1)的定义域是[-1,2],则x-1∈[-2,1],即f(x)的定义域是[-2,1],令-2≤1-3x≤1,解得0≤x≤1,即y=f(1-3x)的定义域为[0,1].
[答案] C
[变式训练]
1.若一系列函数的解析式相同,值域相同,但其定义域不同,则称这些函数为“同族函数”,那么函数解析式为y=x2,值域为{1,4}的“同族函数”共有( )
A.7个 B.8个 C.9个 D.10个
解析:C [由题意知,问题的关键在于确定函数定义域的个数.函数解析式为y=x2,值域为{1,4},
当x=±1时,y=1;
当x=±2时,y=4,
则定义域可以为{1,2},{1,-2},{-1、2},{-1,-2},{1,-1,2},{1,-1,-2},{-1,2,-2},{1,-2,2},{1,-1,2,-2),因此“同族函数”共有9个.]
求函数的解析式
求函数解析式的题型与相应的解法
(1)已知形如f[g(x)]的解析式,求f(x)的解析式,使用换元法或配凑法.
(2)已知函数的类型(往往是一次函数或二次函数),使用待定系数法.
(3)含f(x)与f(-x)或f(x)与feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,x))),使用解方程组法.
(4)已知一个区间的解析式,求另一个区间的解析式,可用奇偶性转移法.
[例2] (1)已知f(eq \r(x)-1)=x-2eq \r(x),则f(x)的解析式为 ________ .
(2)设f(x)是定义在R上的函数,且满足f(0)=1,并且∀x,y∈R,都有f(x-y)=f(x)-y(2x-y+1),则f(x)= ________ .
[解析] (1)法一:(换元法) 令t=eq \r(x)-1,t≥-1,则x=(t+1)2,所以f(t)=(t+1)2-2(t+1)=t2-1(t≥-1),
所以函数的解析式为f(x)=x2-1(x≥-1).
法二:(配凑法) f(eq \r(x)-1)=x-2eq \r(x)
=x-2eq \r(x)+1-1=(eq \r(x)-1)2-1.
因为eq \r(x)-1≥-1,所以函数的解析式为f(x)=x2-1(x≥-1).
(2)法一:由已知条件得f(0)=1,
又f(x-y)=f(x)-y(2x-y+1),
令y=x,则f(x-y)=f(0)
=f(x)-x(2x-x+1)=1,
所以f(x)=x2+x+1.
法二:令x=0,得f(0-y)=f(0)-y(-y+1),
即f(-y)=1-y(-y+1),
将-y用x代换得f(x)=x2+x+1.
[答案](1)f(x)=x2-1(x≥-1) (2)x2+x+1
[变式训练]
2.(1)已知f(x+1)=x2-5x+4,则f(x)= ________ ;
(2)若3f(x-1)+2f(1-x)=2x,则f(x)的解析式为 ________ .
解析:(1)令x+1=t,
则x=t-1,
因为f(x+1)=x2-5x+4,
所以f(t)=(t-1)2-5(t-1)+4=t2-7t+10,
所以f(x)=x2-7x+10.
(2)令t=x-1,则x=t+1,t∈R,
原式变为3f(t)+2f(-t)=2(t+1), ①
以-t代替t,①式变为3f(-t)+2f(t)=2(1-t), ②
由①②消去f(-t)得f(t)=2t+eq \f(2,5),
故f(x)=2x+eq \f(2,5).
答案:(1)x2-7x+10 (2)f(x)=2x+eq \f(2,5)
分段函数
1.求分段函数的函数值的方法:先确定要求值的自变量的取值属于哪一段区间,然后代入该段的解析式求值.当出现f[f(a)]的形式时,应从内到外依次求值.
2.已知分段函数的函数值,求自变量的值的方法:先假设自变量的值在分段函数定义域的各段上,然后求出相应自变量的值,切记要检验.
3.在分段函数的前提下,求某条件下自变量的取值范围的方法:先假设自变量的值在分段函数定义域的各段上,然后求出在相应各段定义域上自变量的取值范围,再求它们的并集即可.
[例3] 设f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\r(x),0<x<1,,2x-1,x≥1.))若f(a)=f(a+1),则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)))=( )
A.2 B.4 C.6 D.8
[解析] [当0<a<1时,a+1>1,
f (a)=eq \r(a),f (a+1)=2(a+1-1)=2a,
∵f (a)=f (a+1),
∴eq \r(a)=2a,解得a=eq \f(1,4).
∴f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)))=f(4)=2×(4-1)=6.]
[答案] C
[变式训练]
3.己知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(ax2+a,x<0,a-3x+1,x≥0))满足对任意x1,x2∈R,且x1≠x2,都有eq \f(fx1-fx2,x1-x2)<0成立,则实数a的取值范围是 __________ .
解析:因为对任意x1,x2∈R,且x1≠x2,都有eq \f(fx1-fx2,x1-x2)<0成立,所以f(x)在R上单调递减.所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a>0,a-3<0,a×02+a≥a-3×0+1)),解得a∈[1,3).
答案:[1,3)
函数的单调性与奇偶性
函数单调性与奇偶性应用的常见题型
(1)用定义判断或证明函数的单调性和奇偶性.
(2)利用函数的单调性和奇偶性求单调区间.
(3)利用函数的单调性和奇偶性比较大小,解不等式.
(4)利用函数的单调性和奇偶性求参数的取值范围.
[例4] (1)已知函数y=f (x)是R上的偶函数,且在(-∞,0]上是增函数,若f (a)≤f (2),则实数a的取值范围是( )
A.a≤2
B.a≥-2
C.-2≤a≤2
D.a≤-2或a≥2
[解析] 因为y=f(x)是偶函数,且在(-∞,0]上是增函数,所以y=f(x)在[0,+∞)上是减函数,由f(a)≤f(2),得f(|a|)≤f(2),所以,|a|≥2,得a≤-2或a≥2.
[答案] D
(2)设定义在[-2,2]上的奇函数f(x)=x5+x3+b.
①求b的值.
②若f(x)在[0,2]上单调递增,且f(m)+f(m-1)>0,求实数m的取值范围.
[解] ①因为函数f(x)是定义在[-2,2]上的奇函数,所以f(0)=0,解得b=0(经检验符合题意).
②因为函数f(x)在[0,2]上是增函数,又f(x)是奇函数,所以f(x)在[-2,2]上是增函数.
因为f(m)+f(m-1)>0,
所以f(m-1)>-f(m)=f(-m),
所以m-1>-m,①
又需要不等式f(m)+f(m-1)>0在函数f(x)定义域内有意义,
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-2≤m≤2,,-2≤m-1≤2,))②
解①②得eq \f(1,2)<m≤2,
所以实数m的取值范围为eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),2)).
[变式训练]
4.设f(x)是定义在R上的奇函数,且对任意a,b∈R,当a+b≠0时,都有eq \f(fa+fb,a+b)>0.
(1)若a>b,试比较f(a)与f(b)的大小关系;
(2)若f(1+m)+f(3-2m)≥0,求实数m的取值范围.
解:(1)因为a>b,所以a-b>0,
由题意得eq \f(fa+f-b,a-b)>0,
所以f(a)+f(-b)>0,
所以f(a)+f(-b)>0.
又f(x)是定义在R上的奇函数,
所以f(-b)=-f(b),
所以f(a)-f(b)>0,即f(a)>f(b).
(2)由(1)知f(x)为R上的单调递增函数,且为奇函数,因为f(1+m)+f(3-2m)≥0,
所以f(1+m)≥-f(3-2m),
即f(1+m)≥f(2m-3),
所以1+m≥2m-3,所以m≤4.
所以实数m的取值范围为(-∞,4].
函数的图象及应用
作函数图象的方法
(1)描点法——求定义域;化简;列表、描点、连线.
(2)变换法——熟知函数的图象的平移、伸缩、对称、翻转.
①平移,y=f(x)eq \o(―----→,\s\up15(左加右减))y=f(x±h);
y=f(x)eq \o(―---―→,\s\up15(上加下减))y=f(x)±k(其中h>0,k>0).
②对称:y=f(x)
y=f(x)y=-f(x);
y=f(x)=y=-f(-x).
特别提醒:要利用单调性、奇偶性、对称性简化作图.
[例5] 对于函数f(x)=x2-2|x|.
(1)判断其奇偶性,并指出图象的对称性;
(2)画此函数的图象,并指出单调区间和最小值.
解:(1)函数的定义域为R,关于原点对称,
f(-x)=(-x)2-2|-x|=x2-2|x|.
则f(-x)=f(x),
所以f(x)是偶函数.
图象关于y轴对称.
(2)f(x)=x2-2|x|
=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2-2x=x-12-1,x≥0,,x2+2x=x+12-1,x<0.))
画出图象如图所示,
根据图象知,函数f(x)的最小值是-1.单调递增区间是[-1,0],[1,+∞);单调递减区间是(-∞,-1],[0,1].
[变式训练]
5.(1)函数f(x)与g(x)的定义域均为[m,n],它们的图象如图所示,则不等式f(x)>g(x)的解集是( )
A.[m,a)∪(b,e)
B.(a,c)∪(e,n]
C.(b,c)∪[m,a]
D.(a,b)∪(c,e)
解析:A [f(x)>g(x)即为函数f(x)的图象在函数g(x)的图象的上方的部分对应自变量的范围,由题图可知,当f(x)>g(x)时,m≤x<a或b<x<e,即不等式f(x)>g(x)的解集是[m,a)∪(b,e).]
(2)已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-x2+2x,x>0,,0,x=0,,x2+mx,x<0))是奇函数.
①求实数m的值;
②若函数f(x)在区间[-1,a-2]上单调递增,求实数a的取值范围.
解:①设任意x<0,则-x>0,
∴f(-x)=-(-x)2+2(-x)=-x2-2x.
又f(x)为奇函数,
∴f(-x)=-f(x),
∴当x<0时,f(x)=x2+2x=x2+mx,
∴m=2.
②要使f(x)在[-1,a-2]上单调递增.
结合f(x)的图象(如图所示)知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a-2>-1,,a-2≤1,))
∴1<a≤3,
故实数a的取值范围是(1,3].
$$