内容正文:
第二章 函数的概念与性质
第6课时 幂函数与二次函数
[考试要求] 1.通过具体实例,了解幂函数及其图象的变化规律.2.掌握二次函数的图象与性质(单调性、对称性、顶点、最值等),能用二次函数与一元二次方程、不等式之间的关系解决简单问题.
第6课时 幂函数与二次函数
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1.幂函数
(1)幂函数的定义
一般地,函数_______叫做幂函数,其中x是自变量,α为常数.
(2)常见的五种幂函数的图象
y=xα
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第6课时 幂函数与二次函数
(3)幂函数的性质
①幂函数在(0,+∞)上都有定义;
②当α>0时,幂函数的图象都过点______和______,且在(0,+∞)上单调递增;
③当α<0时,幂函数的图象都过点_____,且在(0,+∞)上单调递减;
④当α为奇数时,y=xα为_______;当α为偶数时,y=xα为_______.
(1,1)
(0,0)
(1,1)
奇函数
偶函数
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2.二次函数
(1)二次函数解析式的三种形式
一般式:f(x)=_________________.
顶点式:f(x)=a(x-m)2+n(a≠0),顶点坐标为_______.
零点式:f(x)=a(x-x1)(x-x2)(a≠0),x1,x2为f(x)的_____.
ax2+bx+c(a≠0)
(m,n)
零点
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(2)二次函数的图象和性质
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b=0
b≠0
减
增
增
减
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[常用结论]
二次函数在闭区间上的最值
设二次函数f(x)=ax2+bx+c(a>0),x∈[m,n].
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×
√
√
×
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二、教材经典衍生
1.(人教A版必修第一册P86T7改编)函数f(x)=-2x2+4x,x∈[-1,2]的值域为( )
A.[-6,2] B.[-6,1]
C.[0,2] D.[0,1]
A [函数f(x)=-2x2+4x图象的对称轴为x=1,
则f(x)在[-1,1]上单调递增,在[1,2]上单调递减,
所以f(x)max=f(1)=2,f(x)min=f(-1)=-2-4=-6,即f(x)的值域为[-6,2].]
√
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2.(人教A版必修第一册P100复习参考题3T4改编)若函数f(x)=3x2-kx-8在[5,20]上具有单调性,则实数k的取值范围为___________.
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第6课时 幂函数与二次函数
4.(人教A版必修第一册P91练习T2改编)已知a=0.40.3,b=0.30.3,c=0.30.4,则a,b,c的大小关系是________.(用“<”连接)
c<b<a [由指数函数、幂函数的单调性可知0.30.4<0.30.3,0.40.3>0.30.3,即c<b<a.]
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考点一 幂函数的图象及性质
[典例1] (1)若幂函数y=x-1,y=xm与y=xn在第一象限内的图象如图所示,则m与n的取值情况为( )
A.-1<m<0<n<1
B.-1<n<0<m
C.-1<m<0<n
D.-1<n<0<m<1
√
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(2)(2025·济南模拟)幂函数f(x)=(m2-3m-3)xm在区间(0,+∞)上单调递减,则下列说法正确的是( )
A.m=4 B.f(x)是减函数
C.f(x)是奇函数 D.f(x)是偶函数
√
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(2)函数f(x)=(m2-3m-3)xm为幂函数,则m2-3m-3=1,解得m=4或m=-1.
当m=4时,f(x)=x4在区间(0,+∞)上单调递增,不满足题意,
当m=-1时,f(x)=x-1在区间(0,+∞)上单调递减,满足题意,A错误;
函数f(x)=x-1在(-∞,0)和(0,+∞)上单调递减,但不是减函数,B错误;
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与幂函数有关问题的解题思路
(1)关于幂函数y=xα,若α∈Z且函数是偶函数,则α必为偶数.当α是分数时,一般将xα先化为根式,再分析函数的性质.
(2)若幂函数y=xα在(0,+∞)上单调递增,则α>0;若幂函数y=xα在(0,+∞)上单调递减,则α<0.
(3)在比较幂值的大小时,结合幂值的特点,选择适当的函数,借助其单调性进行比较.
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[跟进训练]
1.(2025·潍坊模拟)写出满足下列条件①②③的一个函数:f(x)=___.
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考点二 二次函数的图象与解析式
[典例2] (1)(多选)已知二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的部分图象如图所示,图象过点A(-3,0),对称轴为直线x=-1,则( )
A.b2>4ac
B.2a-b=1
C.a-b+c=0
D.5a<b
(2)已知二次函数f(x)满足f(2)=-1,f(-1)=-1,且f(x)的最大值是8,则f(x)=__________.
√
√
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(2)法一(利用“一般式”)
设f(x)=ax2+bx+c(a≠0).
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法二(利用“顶点式”)
设f(x)=a(x-m)2+n(a≠0).
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法三(利用“零点式”)
由已知f(x)+1=0的两根为x1=2,x2=-1,
故可设f(x)+1=a(x-2)(x+1)(a≠0),即f(x)=ax2-ax-2a-1.
又函数有最大值8,
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第6课时 幂函数与二次函数
研究二次函数图象及解析式应从“三点一线一开口”进行分析,“三点”中有一个点是顶点,另两个点是图象上关于对称轴对称的两个点,常取零点;“一线”是指对称轴这条直线;“一开口”是指抛物线的开口方向.
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[跟进训练]
2.(1)若abc>0,则二次函数f(x)=ax2+bx+c的图象可能是( )
√
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(1)D (2)f(x)=x2-4x+5(答案不唯一) [(1)在A中,a<0,b<0,c<0,不符合题意;B中,a<0,b>0,c>0,不符合题意;C中,a>0,b>0,c<0,不符合题意;D中,a>0,b<0,c<0,符合题意.故选D.
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(2)由二次函数的对称性、值域及单调性可知解析式取f(x)=(x-2)2+1,
此时f(x)图象的对称轴为x=2,开口向上,满足②,
因为对任意x1,x2∈(-∞,0),且x1≠x2,
等价于f(x)在(-∞,0)上单调递减,
所以f(x)=(x-2)2+1满足③,
又f(x)=(x-2)2+1≥1,满足①,
故f(x)的解析式可以为f(x)=x2-4x+5.]
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考点三 二次函数的单调性与最值
[典例3] (2025·济南模拟)已知函数f(x)=|x2-6x+7|在[1,m](m>1)上的最大值为A,在[m,2m-1]上的最大值为B.若A≥2B,则实数m的取值范围是____________.
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由题意得f(1)=f(3)=f(5)=2,
当1<m≤5时,函数f(x)=|x2-6x+7|在[1,m](m>1)上的最大值为2,即A=2.
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第6课时 幂函数与二次函数
二次函数在闭区间上的最值主要有三种类型:轴定区间定、轴动区间定、轴定区间动.无论哪种类型,解题的关键都是图象的对称轴与区间的位置关系,当含有参数时,要依据图象的对称轴与区间的位置关系进行分类讨论.
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[跟进训练]
3.(1)(2025·烟台模拟)已知函数f(x)=x2+mx-2x+1在区间[2,+∞)上单调递增,则实数m的取值范围是____________.
(2)设函数f(x)=x2-2x+2,x∈[t,t+1],t∈R,求函数f(x)的最小值.
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(2)解:f(x)=x2-2x+2=(x-1)2+1,x∈[t,t+1],t∈R,函数图象的对称轴为x=1.
当t+1≤1,即t≤0时,函数图象如图1所示,函数f(x)在区间[t,t+1]上为减函数,所以最小值为f(t+1)=t2+1.
当t<1<t+1,即0<t<1时,函数图象如图2所示,在对称轴x=1处f(x)取得最小值,最小值为f(1)=1.
当t≥1时,函数图象如图3所示,函数f(x)在区间[t,t+1]上为增函数,所以最小值为f(t)=t2-2t+2.
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函数
y=ax2+bx+c
(a>0)
y=ax2+bx+c
(a<0)
图象
(抛物线)
定义域
R
值域
_______________
_______________
函数
y=ax2+bx+c
(a>0)
y=ax2+bx+c
(a<0)
对称轴
方程
x=-
顶点
坐标
________________
奇偶性
当______时是偶函数,当_____时是非奇非偶函数
单调性
在上单调递___;
在上单调递___
在上单调递___;
在上单调递___
(1)当-≤m时,最小值为f(m),最大值为f(n);
(2)当m<-≤时,最小值为f,最大值为f(n);
(3)当<-≤n时,最小值为f,最大值为f(m);
(4)当->n时,最小值为f(n),最大值为f(m).
一、易错易混辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)函数y=2x是幂函数.( )
(2)当n>0时,幂函数y=xn在(0,+∞)上单调递增.( )
(3)如果幂函数的图象与坐标轴相交,那么交点一定是原点.( )
(4)二次函数y=ax2+bx+c(a≠0),x∈[m,n]的最值一定是.( )
(-∞,30]∪[120,+∞) [依题意知,≥20或≤5,解得k≥120或k≤30.]
3. (人教A版必修第一册P100复习参考题3T5改编)已知幂函数y=f(x)的图象过点,则此函数的解析式为________;在区间________上单调递减.
y=x- (0,+∞) [设y=f(x)=xα,因为图象过点,代入解析式得α=-,所以y=x-,由性质可知函数y=x-在(0,+∞)上单调递减.]
(3)若(a+1)<(3-2a),则实数a的取值范围是________.
(1)D (2)C (3) [(1)幂函数y=xα,当α>0时,y=xα在(0,+∞)上单调递增,且0<α<1时,图象上凸,所以0<m<1;当α<0时,y=xα在(0,+∞)上单调递减,不妨令x=2,根据图象可得2-1<2n,所以-1<n<0.综上所述,故选D.
因为函数的定义域关于原点对称,且f(-x)==-f(x),所以函数f(x)是奇函数,不是偶函数,故C正确,D错误.故选C.
(3)易知函数y=x的定义域为[0,+∞),在定义域内为增函数,
所以 解得-1≤a<.]
①f(x)的定义域为R;②∀x∈R,f(-x)=-f(x);③∀0<x1<x2,都有2<<.
x(答案不唯一,形如f(x)=x,p,q为奇数,且1<<2均可) [由③知(不妨取x>0时,f(x)>0),
所以函数在(0,+∞)上是增函数,函数在(0,+∞)上是减函数.
又由①②,函数为奇函数且定义域为R,
所以可取幂函数f(x)=x.
故答案为:x(答案不唯一,形如f(x)=x,p,q为奇数,且1<<2均可).]
(1)AD (2)-4x2+4x+7 [(1)在题图中,二次函数的图象与x轴交于两点,所以b2-4ac>0,即b2>4ac,A正确;对称轴为直线x=-1,即-=-1,2a-b=0,B错误;结合题图,当x=-1时,y>0,即a-b+c>0,C错误;由对称轴为x=-1知,b=2a,根据抛物线开口向下,知a<0,所以5a<2a,即5a<b,D正确.
由题意得 解得
所以所求二次函数的解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
因为f(2)=f(-1),所以抛物线的对称轴为x==,所以m=.
又根据题意,函数有最大值8,所以n=8,
所以f(x)=a2+8.
因为f(2)=-1,所以a2+8=-1,解得a=-4,
所以f(x)=-42+8=-4x2+4x+7.
即=8,
解得a=-4或a=0(舍).
故所求函数的解析式为f(x)=-4x2+4x+7.]
(2)函数f(x)满足下列性质:①定义域为R,值域为[1,+∞);②图象关于直线x=2对称;③对任意x1,x2∈(-∞,0),且x1≠x2,都有<0.请写出函数f(x)的一个解析式:____________.(写出一个即可)
都有<0,
[由函数f(x)=|x2-6x+7|=|(x-3)2-2|,作出f(x)的图象如图.
要使A≥2B,则B≤1,令f(x)=1,解得x1=3-,x2=2,x3=4,x4=3+.
由图可得,要使函数f(x)=|x2-6x+7|在[m,2m-1]上的最大值为B,且B≤1,则或解得3-≤m≤.
当m>5时,
由图可得,f(x)=|x2-6x+7|在[1,m](m>1)上的最大值A=f(m)=m2-6m+7>0,在[m,2m-1]上单调递增,最大值B=f(2m-1)>f(m)=A>0,A≥2B不可能成立.
综上,实数m的取值范围是.]
(1)[-2,+∞) [二次函数f(x)=x2+(m-2)x+1的图象开口向上,对称轴为直线x=-.
因为函数f(x)在区间[2,+∞)上单调递增,所以-≤2,解得m≥-2.
所以实数m的取值范围是[-2,+∞).]
综上可知,f(x)min=
$$