内容正文:
第7讲
指数函数
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聚焦·必备知识
突破·核心考点
限时规范训练
1
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内容索引
2
1.通过实例,了解指数函数的实际意义,能用描点法或借助计算工具画出指数函数的图象.2.理解指数函数的单调性、特殊点等性质,并能简单应用.
◆课标要求
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聚焦
必备知识
1.指数函数
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.
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2.指数函数的图象与性质
y=ax a>1 0<a<1
图象
定义域 R
值域 ______________
(0,+∞)
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y=ax a>1 0<a<1
性质 过定点____________,即x=0时,y=1
当x>0时,y>1;当x<0时,0<y<1 当x<0时,y>1;
当x>0时,0<y<1
在(-∞,+∞)上是______ 在(-∞,+∞)上______
y=ax与y=x的图象关于y轴对称
(0,1)
增函数
减函数
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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),.
2.底数a的大小决定了指数函数图象相对位置的高低,不论是a>1,还是0<a<1,在第一象限内底数越大,函数图象越高,即“底大图高”.
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1.思考辨析(在括号内打“ √”或“×”)
(1)函数y=2x-1是指数函数.( )
(2)函数y=ax2+1(a>1)的值域是(0,+∞).( )
(3)2-3>2-4.( )
(4)若am<an(a>0,且a≠1),则m<n.( )
×
×
√
×
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2.已知指数函数y=f(x)的图象经过点(-1,2),那么这个函数也必定经过点( )
A. B.
C.(1,2) D.
解析:D 设f(x)=ax,则f(-1)=a-1=2,故a=,所以f(x)=x,则f(3)=3=,故选D.
D
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3.函数f(x)=1-e|x|的图象大致是( )
解析:A 易知f(x)是偶函数,且f(x)=1-e|x|≤0,故A正确.
A
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4.已知a=0.750.1,b=1.012.7,c=1.013.5,则( )
A.a>b>c B.a>c>b
C.c>b>a D.c>a>b
解析:C 因为函数y=1.01x在(-∞,+∞)上是增函数,且3.5>2.7,故1.013.5>1.012.7>1>0.750.1,即c>b>a.
C
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例1 (1)函数f(x)=的部分图象大致为
( )
B
解析:B 由题意得,f(x)的定义域为R,排除C,D;当x≥-2时,f(x)=x+2,因为0<<1,所以f(x)在[-2,+∞)上单调递减,排除A.故选B.
答案
解析
突破
核心考点
指数函数的图象及应用
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(2)(2025·广东深圳质检)若直线y=2a与函数y=|ax-1|(a>0且a≠1)的图象有两个交点,则a的取值范围是________.
解析:y=|ax-1|的图象是由y=ax的图象先向下平移1个单位长度,再将x轴下方的图象翻折到x轴上方保持x轴上及其上方的图象不变得到的.当a>1时,如图1,两图象只有一个交点,不符合题意;当0<a<1时,如图2,要使两个图象有两个交点,则0<2a<1,即0<a<.
图1 图2
综上可知,a的取值范围是.
答案:
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反思感悟 (1)对于有关指数型函数的图象问题,一般是从最基本的指数函数的图象入手,通过平移、伸缩、对称变换得到.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.
(2)有关指数方程、不等式问题的求解,往往利用相应的指数型函数图象,数形结合求解.
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跟踪训练1 (多选)已知函数f(x)=ax-b(a>0,且a≠1,b≠0)的图象不经过第三象限,则a,b的取值范围可能为( )
A.0<a<1,b<0 B.0<a<1,0<b≤1
C.a>1,b<0 D.a>1,0<b≤1
ABC
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解析:ABC 若0<a<1,则函数y=ax的图象如图(1)所示,
图(1)
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要想f(x)=ax-b的图象不经过第三象限,则需要向上平移,或向下平移不超过1个单位长度,故-b>0或-1≤-b<0,解得b<0或0<b≤1,故A、B正确;
图(2)
若a>1,则函数y=ax的图象如图(2)所示,要想f(x)=ax-b的图象不经过第三象限,则需要向上平移,故-b>0,解得b<0,即C正确,D错误.
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考向1 比较指数式的大小
例2 已知a=1.30.6,b=-0.4,c=0.3,则( )
A.c<b<a
B.a<b<c
C.c<a<b
D.b<c<a
D
解析:D a=1.30.6>1.30=1,b=-0.4=0.4,c=0.3,
因为指数函数y=x是减函数,
所以0.4<0.3<0=1,
所以b<c<1,所以b<c<a.
答案
解析
指数函数的性质及应用
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反思感悟 比较指数式大小的常用方法
单调
性法 不同底的指数函数化同底后就可以应用指数函数的单调性比较大小,所以能够化同底的尽可能化同底
取中间
值法 不同底、不同指数的指数函数比较大小时,先与中间值(特别是0,1)比较大小,然后得出大小关系
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考向2 解简单的指数方程或不等式
例3 (2025·山东青岛模拟)已知y=4x-3·2x+3的值域为[1,7],则x的取值范围是( )
A.[2,4]
B.(-∞,0)
C.(0,1)∪[2,4]
D.(-∞,0]∪[1,2]
D
解析:D ∵y=4x-3·2x+3的值域为[1,7],
∴1≤4x-3·2x+3≤7.
∴-1≤2x≤1或2≤2x≤4.
∴x≤0或1≤x≤2.
答案
解析
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反思感悟 指数不等式的求解主要是利用指数函数的单调性,但要注意其底数对单调性的影响.
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考向3 指数函数性质的综合应用
例4 (多选)已知函数f(x)=,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
ABC
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解析:ABC 因为ex>0,所以ex+1>0,
所以函数f(x)的定义域为R,故A正确;
f(x)=,
由ex>0⇒ex+1>1⇒0<<1
⇒-2<-<0⇒-1<1-<1,
所以函数f(x)的值域为(-1,1),故B正确;
因为f(-x)==
-f(x),
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所以函数f(x)是奇函数,故C正确;
因为函数y=ex+1是增函数,所以y=ex+1>1,
所以函数y=是减函数,
所以函数y=-是增函数,
故f(x)=是增函数,故D不正确.
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反思感悟 求解与指数函数有关的复合函数问题,要明确复合函数的构成,涉及值域、单调区间、最值等问题时,要借助“同增异减”这一性质分析判断.
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跟踪训练2 (1)设a=30.7,b=2-0.4,c=90.4,则( )
A.b<c<a B.c<a<b
C.a<b<c D.b<a<c
解析:D b=2-0.4<20=1,c=90.4=30.8>30.7=a>30=1,所以b<a<c.
D
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(2)(多选)(2025·广东广州模拟)已知函数y=x2+4x+3下列说法正确的是( )
A.定义域为R
B.值域为(0,2]
C.在[-2,+∞)上单调递增
D.在[-2,+∞)上单调递减
ABD
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解析:ABD 函数y=的定义域为R,A正确;
∵x2+4x+3=(x+2)2-1≥-1,
∴0<x2+4x+3≤2,
故函数y=x2+4x+3的值域为(0,2],B正确;
∵y=u在R上是减函数,u=x2+4x+3在(-∞,-2]上是减函数,在[-2,+∞)上是增函数,
∴函数y=在[-2,+∞)上单调递减,C错误,D正确.
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A级 基础落实练
1.函数y=的图象的大致形状是( )
限时规范
训练(十三) 指数函数
C
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解析:C ∵y=
∴根据指数函数图象即可判断选项C符合.
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2.(2025·辽宁名校联盟调研)若函数f(x)=3-2x2+ax在区间(1,4)内单调递减,则a的取值范围是( )
A.(-∞,4] B.[4,16]
C.(16,+∞) D.[16,+∞)
解析:A 设f(u)=3u,u=-2x2+ax,则f(u)=3u在(-∞,+∞)上单调递增.
因为f(x)=3-2x2+ax在区间(1,4)内单调递减,所以函数u=-2x2+ax在区间(1,4)内单调递减,
结合二次函数的图象和性质,可得≤1,解得a≤4.故选A.
A
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3.(多选)函数f(x)=ax-b(a>0且a≠1),其图象经过第二、三、四象限,则下列结论正确的是( )
A.0<ab<1 B.0<ba<1
C.ab>1 D.ba>1
解析:AD 若函数f(x)=ax-b(a>0且a≠1)的图象经过第二、三、四象限,则0<a<1且f(0)=1-b<0,得b>1,所以0<ab<1,ba>1,故选A、D.
AD
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4.已知a=20.2,b=0.40.2,c=0.40.6,则a,b,c的大小关系是( )
A.a>b>c B.a>c>b
C.c>a>b D.b>c>a
解析:A y=0.4x为减函数,∴=1,又20.2>1,即a>b>c.
A
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5.(2025·吉林长春模拟)已知函数f(x)=|3x-3-x|,则不等式f(2x-1)-f(x)>0的解集为( )
A.∪(1,+∞)
B.
C.
D.(1,+∞)
A
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解析:A f(x)=|3x-3-x|的定义域为R,f(-x)=|3-x-3x|=|3x-3-x|=f(x),故y=f(x)为偶函数.
当x>0时,y=3x,y=-3-x均为增函数,
故g(x)=3x-3-x为(0,+∞)上的增函数,
又g(0)=0,故当x>0时,g(x)>0,则y=f(x)=g(x)为(0,+∞)上的增函数,故x<0时,y=f(x)为减函数,
(偶函数在关于原点对称区间上的单调性相反)
f(2x-1)-f(x)>0,即f(2x-1)>f(x),则∪(1,+∞).故选A.
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6.(多选)(2025·山东临沂模拟)已知函数f(x)=+a(a∈R),则( )
A.f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞)
B.f(x)的值域为R
C.当a=1时,f(x)为奇函数
D.当a=2时,f(-x)+f(x)=2
ACD
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解析:ACD 对于函数f(x)=+a(a∈R),令2x-1≠0,解得x≠0,所以f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),故A正确;
当x>0时,2x>1,2x-1>0,>0,所以+a>a,当x<0时,0<2x<1,-1<2x-1<0,<-2,所以+a<-2+a,
综上可得,f(x)的值域为(-∞,-2+a)∪(a,+∞),故B错误;
当a=1时,f(x)=,定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),f(-x)==-f(x),所以f(x)=+1为奇函数,故C正确;
当a=2时,f(x)=+1,
则f(x)+f(-x)=+1=2,故D正确.故选A、C、D.
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7.已知函数f(x)=ax(a>0,且a≠1)在[1,2]上的最大值比最小值大,则a的值为________.
解析:当0<a<1时,a-a2=,∴a=或a=0(舍去).当a>1时,a2-a=,∴a=或a=0(舍去).综上所述,a=或a=.
答案:或
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8.已知函数f(x)=ax2-4x+3有最大值3,则a的值为________.
解析:令g(x)=ax2-4x+3.
则f(x)=g(x),
∵f(x)有最大值3,∴g(x)有最小值-1,
则解得a=1.
答案:1
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9.(2025·河南安阳高三联考)已知函数f(x)满足f(x)=f(x+4),当x∈[-1,3)时,f(x)=2x+a,且f(2023)=4,则当x∈[-7,-3)时,不等式f(x)>的解集为________.
解析:由f(x)=f(x+4)知,函数f(x)是周期为4的周期函数,所以f(2023)=f(-1)=+a=4,得a=,
所以当x∈[-1,3)时,f(x)=2x+.
当x∈[-7,-5)时,x+8∈[1,3),则f(x)=f(x+8)=2x+8+>,解得x>-8,所以x∈[-7,-5);
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当x∈[-5,-3)时,x+4∈[-1,1),
则f(x)=f(x+4)=2x+4+>,解得x>-4,所以x∈(-4,-3).
综上可得,当x∈[-7,-3)时,不等式f(x)>的解集为[-7,-5)∪(-4,-3).
答案:[-7,-5)∪(-4,-3)
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10.(13分)已知函数f(x)=b·ax(其中a,b为常数,且a>0,a≠1)的图象经过点A(1,6),B(3,24).
(1)求f(x)的表达式;
(2)若不等式x+x-m≥0在x∈(-∞,1]上恒成立,求实数m的取值范围.
解:(1)因为f(x)的图象过A(1,6),B(3,24),
所以所以a2=4,
又a>0,所以a=2,b=3,
所以f(x)=3·2x.
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(2)由(1)知a=2,b=3,
则当x∈(-∞,1]时,x+x-m≥0恒成立,
即m≤x+x在x∈(-∞,1]上恒成立.
又因为y=x与y=x均为减函数,
所以y=x+x也是减函数,
所以当x=1时,
y=x+x有最小值.
即m≤,
故实数m的取值范围是.
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11.(13分)如果函数y=a2x+2ax-1(a>0,且a≠1)在区间[-1,1]上的最大值是14,求a的值.
解:令ax=t,则y=a2x+2ax-1=t2+2t-1=(t+1)2-2.
当a>1时,因为x∈[-1,1],
所以t∈,
又函数y=(t+1)2-2在上单调递增,所以ymax=(a+1)2-2=14,
解得a=3或a=-5(舍去);
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当0<a<1时,因为x∈[-1,1],
所以t∈,
又函数y=(t+1)2-2在上单调递增,则ymax=2-2=14,
解得a=或a=-(舍去).
综上,a=3或a=.
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B级 能力提升练
12.(多选)若4m-4n<5-m-5-n,则下列关系正确的是( )
A.m<n B.n-3>m-3
C.< D.3-n<3-m
ACD
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解析:ACD 由4m-4n<5-m-5-n得4m-5-m<4n-5-n,令f(x)=4x-5-x,则f(m)<f(n).因为函数y=4x,y=-5-x在R上都是增函数,所以f(x)在R上是增函数,所以m<n,故A正确.当m=1,n=2时,=n-3<m-3=1,故B错误.因为函数y=在R上单调递增,所以由m<n得<,故C正确.因为函数y=3-x在R上单调递减,所以由m<n得3-n<3-m,故D正确.故选A、C、D.
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13.(多选)已知非零实数a,b满足等式a=b,则下列结论不可能成立的是( )
A.0<b<a B.a<b<0
C.0<a<b D.b<a<0
CD
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解析:CD 法一:在同一直角坐标系中作出函数y=x与y=x的图象如图所示,设a=b=M,当M>1时,结合图象可得,a<b<0;当M=1时,结合图象可得,a=b=0;当0<M<1时,结合图象可得,a>b>0.综上,选C、D.
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法二:由题意,等式a=b两边同时取对数,得a ln =b ln ,即a ln 2=b ln 3,得,故选C、D.
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14.(13分)已知函数f(x)=(a为常数,且a≠0,a∈R),且f(x)是奇函数.
(1)求a的值;
(2)若∀x∈[1,2],都有f(2x)-mf(x)≥0成立,求实数m的取值范围.
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解:(1)f(x)=,
因为f(x)是奇函数,
所以f(-x)=-f(x),
所以+2x=-,
所以=0,
即+1=0,解得a=-1.
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(2)因为f(x)=-2x,x∈[1,2],
所以-22x≥m,
所以m≥+2x,x∈[1,2],
令t=2x,t∈[2,4],
由于y=t+在[2,4]上单调递增,
所以m≥4+.
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第7讲 指数函数
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