内容正文:
专题11:指数函数的性质及其应用
目录:
类型一:指数型函数图像
类型二:根据函数图像求参数取值范围
类型三:指数型函数的定义域
类型四:指数型函数的值域
类型五:根据值域求参数取值范围
类型六:指数函数比较大小
类型七:解指数型函数不等式
类型八:根据单调性求参数取值范围
类型九:指数函数有关的奇偶性
类型十:指数函数有关的对称性
类型十一:指数有关的恒成立和存在性问题
类型十二:指数函数有关的抽象函数
类型十三:指数函数的综合应用
压轴专练
类型一、指数函数图像
对于有关指数型函数的图像问题,当时,指数函数的图像呈上升趋势;当时,指数函数的图像呈下降趋势。
一般是从最基本的指数函数的图像入手,通过伸缩、平移、对称等变换得到;
函数图像的判断:一般先识别奇偶性,再根据特殊点来区分;
,表示偶函数,先画部分的图像,部分关于轴对称;
整体加绝对值,先画,把部分翻折到x轴上方。
例1.(多选)已知函数,实数,满足,则( )
A. B.,,使得
C. D.
变式1-1 已知函数的图象过原点,且无限接近直线,但又不与该直线相交,则的值为( )
A. B. C.2 D.4
变式1-2. 函数的大致图象为( )
A. B.C. D.
变式1-3. 函数的大致图象是( )
A. B.
C. D.
类型二、根据图像求参数取值范围
根据图像求参数取值范围的题目:找临界点
不经过第几象限的题型:先判断图像大概趋势,然后判断f与0的关系即可
例2.(多选)若函数f(x)=ax+b(其中a>0且a≠1)的图象过第一、三、四象限,则( )
A.0<a<1 B.a>1 C.-1<b<0 D.b<-1
变式2-1. 若函数的图象不经过第一象限,则的取值范围为____________.
变式2-2 已知,若函数的值域为,则的取值范围是 .
变式2-3 已知函数,其中为常数,若函数 的图象如图所示,则( )
A.的图象与坐标轴有三个交点
B.的图象的对称轴在轴左侧
C.关于的方程有两个不等实根
D.在区间上单调递增
类型三、指数型函数的定义域
求函数的定义域:
函数有意义的准则一般有:
①分式的分母不为0;
②偶次根式的被开方数非负;
③y=x0要求x≠0;④指数式的底数大于0且不等于1;
④对数式的底数大于0且不等于1,对数的真数大于零;
根据定义去求参数取值范围:一般是分离参数
例3.函数的定义域为______________.
变式3-1 已知函数的定义域为,则函数的定义域为( )
A. B. C. D.
变式3-2 若函数f(x)=的定义域为R,则实数a的取值范围为( )
A.[-1,0] B.[-] C.(0] D.R
变式3-3定义区间()的长度为.已知函数的定义域为,值域为,则区间的长度的最大值与最小值的差为( )
A. B.1 C. D.2
类型四、指数函数的值域
解决步骤
第一步:求函数的定义域,然后将复合函数分解成两个函数;
第二步:由自变量的范围求内层函数的值域;
第三步:由内层函数的值域求外层函数的值域。
例4 (多选)对任意实数,函数的图象必过定点,的定义域为[0,2],,则下列结论正确的是( )
A., B.的定义域为[0,1]
C.的值域为[2,6] D.的值域为[2,20]
变式4-1 对于定义在上的奇函数,当时,,则该函数的值域为________.
变式4-2 函数的值域为( )
A.(0,+∞) B.(-∞,1) C.(1,+∞) D.(0,1)
变式4-3 若函数,则函数的值域是 .
类型五、根据值域求参数取值范围
求参数取值范围的通法:数形结合和分离参数
例5 (2024·全国·高三专题练习)若函数的值域为[0,+∞),则实数a的取值范围是_____.
变式5-1 若函数有最小值,则t的取值范围是( )
A. B. C. D.
变式5-2(2024·江苏·华罗庚中学三模)若函数的定义域和值域的交集为空集,则正数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
变式5-3(2022·北京·清华附中高一期末)已知函数,,若存在实数,使得,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
类型六、指数函数比较大小
比较指数幂的大小
常用方法有:
1.对于底数相同,指数不同的两个幂的大小比较,可以利用指数函数的单调性来判断;
2.对于底数不同,指数相同的两个幂的大小比较,可以利用指数函数图象的变化规律来判断;
3.对于底数不同,且指数也不同的幂的大小比较,可先化为同底的两个幂,或者通过中间值来比较
例6 已知a=1.050.6,b=0.60.8,c=0.60.4,则a,b,c的大小关系是( )
A.a>b>c B.a>c>b C.b>c>a D.c>b>a
变式6-1(2023·天津·高考真题)设,则的大小关系为( )
A. B.
C. D.
变式6-2 已知,则( )
A. B.
C. D.
变式6-3 (2024·绍兴模拟)已知实数a,b,c满足a=be=则( )
A.b<a<c B.a<b<c C.c<a<b D.c<b<a
类型七、解指数型函数不等式
指数不等式的解法
1.形如不等式,可借助
2.形如不等式,可将化为以为底数的指数幂的形式,再借助
3.形如不等式, 可借助
例7 函数单调递增,且,则实数的取值范围为( )
A. B. C. D.
变式7-1 已知为上的奇函数,当时,,则不等式的解集为 .
变式7-2“”是“”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
变式7-3 已知函数是定义在上的单调函数,且对任意x,都有,则满足不等式的x的取值范围为( )
A. B. C. D.
类型八、根据单调性求参数取值范围
1、 优先考虑定义域
2、 结合复合函数的单调性:同增异减
3、 对于分段函数,一定要考虑分界处
例8 已知函数 (且)在区间上是减函数,则实数的取值范围是________.
变式8-1已知分段函数对任意的且,均有,则实数的取值范围是 .
变式8-2 已知函数 ,,且,都有,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
变式8-3 (多选)函数y=f(x)和y=f(-x),若两函数在区间[m,n]上的单调性相同,则把区间[m,n]叫做y=f(x)的“稳定区间”,已知区间[1,2 025]为函数y=的“稳定区间”,则实数a的可能取值是( )
A.- B.- C.0 D.
类型九、和指数函数有关的奇偶性
和指数有关常见的奇函数和偶函数
奇函数:
①函数或函数;
②函数.
③()为奇函数;
偶函数:
函数
例9 已知函数(且)是奇函数,则( )
A.1 B.3 C. D.
变式9-1 已知函数,则不等式的解集为( )
A. B.
C. D.
变式9-2 已知函数,若存在a,b同时满足和,则实数t的取值范围是( )
A. B. C. D.
变式9-3(多选)已知,分别是定义在上的偶函数和奇函数,且,则下列说法正确的是( )
A.
B.
C.若,则
D.方程有两个不相等的实数根,则
类型十、指数函数有关的对称性
在指数型函数奇偶性的基础上平移,找到相应的对称中心和对称轴
例10 已知定义在上的函数,满足不等式,则的取值范围是 .
变式10-1 已知函数,若,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
变式10-2已知函数,若实数满足,则的最大值为( )
A. B. C. D.
变式10-3 已知函数的定义域为,为偶函数,若对任意的,,都有,则关于的不等式的解集为( )
A. B. C. D.
类型十一、指数函数有关的恒成立和存在性问题
1、已知不等式能恒成立求参数值(取值范围)问题常用的方法:
(1)函数法:讨论参数范围,通常借助函数单调性求解;
(2)分离参数法:首先将参数分离,转化成求函数的最值或值域问题加以解决;
(3)数形结合法:先对解析式变形,进而构造两个函数,然后在同一平面直角坐标系中画出函数的图象,再利用数形结合的方法来解决
2、指数函数常与其他函数形成复合函数问题,解题时要清楚复合的层次,外层是指数函数还是内层是指数函数,其次如果涉及到定义域、值域、奇偶性、单调性等问题,则要按复合函数的性质规律求解.
例11(2024·浙江杭州·高一学军中学校考阶段练习)若关于的不等式在上有解,则实数的最小值为 .
变式11-1(2024·全国·高一专题练习)设不等式对于任意的恒成立,则实数的取值范围是_______.
变式11-2(2024·河南·模拟预测)已知,,若对,,,则实数的取值范围是_________.
变式11-3 已知函数关于点对称,若对任意的,
恒成立,则实数k的取值范围为 .
类型十二、指数函数有关的抽象函数
【指数函数相关的抽象函数的模型】
模型1:若,则;
模型2:若,则;
根据指数函数的模型来代特殊值或者用赋值法。
例12 (2025·黑龙江大庆·模拟预测)已知定义在上函数满足,若,则( )
A.1 B.16 C.128 D.256
变式12-1 已知函数的定义域为,对于任意实数,满足,且,则( )
A.1012 B.2023 C.2024 D.4046
变式12-2已知函数的定义域为,,,且,则( )
A. B.
C. D.
变式12-3 已知是定义在上的奇函数,对任意正数,,都有,且,当时,,则不等式的解集为( )
A. B. C. D.
类型十三、指数函数的综合应用
例13 (2024·湖北·赤壁市车埠高级中学高一期中)已知函数是上的奇函数,且
(1)求实数,的值,并求的值域;
(2)函数满足,若对任意的,不等式恒成立,求实数的最大值.
变式13-1已知函数f(x)=ax+a-x(a>0,且a≠1),且f(1)=.
(1)求f(x)的解析式;
(2)若函数g(x)=[f(x)]2+f(x)-m在[0,+∞)上的最小值为0,求m的值.
变式13-2(2023·河南·商丘市第一高级中学高一期末)设函数,.
(1)求函数的值域;
(2)设函数,若对,,,求正实数a的取值范围.
变式13-3 设函数.
(1)若,求的值;
(2)若,设,求在上的最小值.
1、 单选题
1.已知函数的定义域为,则函数的定义域为( )
A. B. C. D.
2.设大于1的实数,满足,,则( )
A. B.
C. D.
3.已知p:ax<1(a>1),q:2x+1-x<2,则p是q的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
4.数学建模在实际生产生活中有广泛的运用.某公司通过统计分析发现,工人工作效率E与工作年限r(),劳累程度T(),劳动动机b()相关,并建立了数学模型,已知甲、乙为该公司的员工,则下列四个结论正确的序号为( )
①甲与乙劳动动机相同,且甲比乙工作年限长,劳累程度弱,则甲比乙工作效率高;
②甲与乙劳累程度相同,且甲比乙工作年限长,劳动动机高,则甲比乙工作效率高;
③甲与乙工作年限相同,且甲比乙工作效率高,劳动动机低,则甲比乙劳累程度强;
④甲与乙劳动动机相同,且甲比乙工作效率高,工作年限短,则甲比乙劳累程度弱.
A.①④ B.①②③ C.①②④ D.①②③④
5.(2024·天津·二模)已知函数的部分图象如图所示,则的解析式可能为( ).
A. B. C. D.
6.已知函数.记,则( )
A. B. C. D.
7.如图,某池塘里浮萍的面积(单位:)与时间(单位:月)的关系为,关于下列说法,其中正确的说法是( )
①浮萍每月的增长率相同;
②若函数与的图像关于直线对称,则函数的值域为的充要条件是;
③若,则当时,恒成立;
④若浮萍蔓延到所经过的时间分别是,则.
A.①③④ B.③④ C.②③④ D.①②④
8.已知函数,若方程有三个不同的根,则( )
A.4 B.3 C.2 D.
二、多选题
9.已知实数a,b满足等式3a=6b,则下列可能成立的关系式为( )
A.a=b B.0<b<a C.a<b<0 D.0<a<b
10.已知函数,则( )
A.的定义域为 B.在上单调递减
C.为奇函数 D.无最值
11.已知函数f(x)的定义域为R,且f(x+y)=f(x)+f(y),当x>0时,f(x)>0,且满足f(2)=1,则下列说法正确的是( )
A.f(x)为奇函数
B.f(-2)=-1
C.不等式f(2x)-f(x-3)>-2的解集为(-5,+∞)
D.f(-2 025)+f(-2 024)+…+f(0)+…+f(2 024)+f(2 025)=2 024
三、填空题
12.已知二次函数的值域为,则函数的值域为 .
13.(2025·徐州模拟)正实数m,n满足e1-2m+2-2m=en-1+n,则+的最小值为 .
14.我们知道,函数的图象关于坐标原点成中心对称的充要条件是函数为奇函数,由此可以推广得到:函数的图象关于点成中心对称的充要条件是函数为奇函数,利用题目中的推广结论,若函数的图象关于点成中心对称,则 .
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专题11:指数函数的性质及其应用
目录:
类型一:指数型函数图像
类型二:根据函数图像求参数取值范围
类型三:指数型函数的定义域
类型四:指数型函数的值域
类型五:根据值域求参数取值范围
类型六:指数函数比较大小
类型七:解指数型函数不等式
类型八:根据单调性求参数取值范围
类型九:指数函数有关的奇偶性
类型十:指数函数有关的对称性
类型十一:指数有关的恒成立和存在性问题
类型十二:指数函数有关的抽象函数
类型十三:指数函数的综合应用
压轴专练
类型一、指数函数图像
对于有关指数型函数的图像问题,当时,指数函数的图像呈上升趋势;当时,指数函数的图像呈下降趋势。
一般是从最基本的指数函数的图像入手,通过伸缩、平移、对称等变换得到;
函数图像的判断:一般先识别奇偶性,再根据特殊点来区分;
,表示偶函数,先画部分的图像,部分关于轴对称;
整体加绝对值,先画,把部分翻折到x轴上方。
例1.(多选)已知函数,实数,满足,则( )
A. B.,,使得
C. D.
【答案】CD
【分析】根据函数解析式,作函数的图象,根据图象的特征,可得选项A、C的正误,根据基本不等式,可得选项B、D的正误.
【详解】画出函数的图象,如图所示.由图知,则,故A错,C对.
由基本不等式可得,所以,则,故B错,D对.
变式1-1 已知函数的图象过原点,且无限接近直线,但又不与该直线相交,则的值为( )
A. B. C.2 D.4
【答案】B
【分析】易知,且函数为偶函数,再由指数函数图象性质可求出的值即可.
【详解】由函数过原点可知,即可得,即;
又函数定义域为,且满足,可知函数为偶函数,
易知当时,趋近于0,所以函数趋近于,
因此可得,所以;
即.
故选:B
变式1-2. 函数的大致图象为( )
A. B.C. D.
【答案】B
【分析】分和去掉绝对值化简函数解析式,即可判断函数图象.
【详解】依题意可得,
又,则根据指数函数图象即可判断只有选项B符合.
故选:B.
变式1-3. 函数的大致图象是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】根据题意,利用函数奇偶性的定义,求得为奇函数,其图象关于原点对称,且当时,,当时,,结合选项,即可求解.
【详解】由函数,可得其定义域为,关于原点对称,
又由,
所以函数为奇函数,图象关于原点对称,可得排除A、D项;
当时,可得,所以,此时;
当时,可得,所以,此时,
所以选项B符合函数的图象的形状.
故选:B.
类型二、根据图像求参数取值范围
根据图像求参数取值范围的题目:找临界点
不经过第几象限的题型:先判断图像大概趋势,然后判断f与0的关系即可
例2.(多选)若函数f(x)=ax+b(其中a>0且a≠1)的图象过第一、三、四象限,则( )
A.0<a<1 B.a>1 C.-1<b<0 D.b<-1
【答案】BD
解析 函数f(x)=ax+b(其中a>0且a≠1)的图象过第一、三、四象限,根据图象的性质可得a>1,a0+b<0,即a>1,b<-1.
思维升华 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.
变式2-1. 若函数的图象不经过第一象限,则的取值范围为____________.
【答案】
【分析】图象不经过第一象限,只需,代入解析式,解出不等式即可.
【详解】解:由题知,
若函数单调递减,其图象不经过第一象限,必有图象与y轴交点不在y轴正半轴上,
只需即可,
即,
解得: .
故答案为:
变式2-2 已知,若函数的值域为,则的取值范围是 .
【答案】
【分析】利用指数函数的性质作出的大致图象,数形结合得到的取值(范围),从而得解.
【详解】依题意,令,解得;令,解得;
当时,,则,
由指数函数的性质作出的大致图象,如图,
因为的值域为,所以,,
则,所以,即的取值范围为.
故答案为:.
变式2-3 已知函数,其中为常数,若函数 的图象如图所示,则( )
A.的图象与坐标轴有三个交点
B.的图象的对称轴在轴左侧
C.关于的方程有两个不等实根
D.在区间上单调递增
【答案】D
【分析】由指数型函数的性质图象求得参数,根据二次函数的性质,结合相关函数的单调性,逐项检验即得.
【详解】因,函数的图象在上为减函数,则,即得,又图象经过点,即,故得,解得,
于是,,易得该抛物线开口向上,顶点坐标为,
对于A,因函数在上单调递增,
则,即的图象与轴没有交点,
又的图象与轴有唯一交点,即的图象与坐标轴只有一个交点,故A错误;
对于C,关于的方程的实根个数,等于直线与曲线的交点个数,
由A项,因,则直线与曲线的交点个数为0,故C错误;
对于B,的图象的对称轴是直线,在轴右侧,故B错误;
对于D,因的图象对称轴:,在区间上单调递增,故D正确.
故选:D.
类型三、指数型函数的定义域
求函数的定义域:
函数有意义的准则一般有:
①分式的分母不为0;
②偶次根式的被开方数非负;
③y=x0要求x≠0;④指数式的底数大于0且不等于1;
④对数式的底数大于0且不等于1,对数的真数大于零;
根据定义去求参数取值范围:一般是分离参数
例3.函数的定义域为______________.
【解析】换元,得出,解得(舍去)或,即,解得.
因此,函数的定义域为.
变式3-1 已知函数的定义域为,则函数的定义域为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】抽象函数的定义域求解,要注意两点,一是定义域是x的取值范围;二是同一对应法则下,取值范围一致.
【详解】的定义域为,,即,
,解得:且,
的定义域为.
故选:.
变式3-2 若函数f(x)=的定义域为R,则实数a的取值范围为( )
A.[-1,0] B.[-] C.(0] D.R
【答案】 B
解析 由题意可得-2≥0对任意x∈R恒成立,
即≥2,且y=2x在R上为增函数,
可得x2-2ax+3≥1,即x2-2ax+2≥0对任意x∈R恒成立,
则Δ=4a2-8≤0,解得-≤a≤
所以实数a的取值范围为[-].
变式3-3定义区间()的长度为.已知函数的定义域为,值域为,则区间的长度的最大值与最小值的差为( )
A. B.1 C. D.2
【答案】B
【分析】作出函数在值域为上的图象,由图象可得出长度最小和最大的区间,由此可得结论.
【详解】如图是函数在值域为[1,2]上的图象.使函数的值域为[1,2]的定义域区间中,长度最小的区间为或[0,1],
长度最大的区间为,从而由定义可知区间的长度的最大值与最小值的差为.
故选:B
类型四、指数函数的值域
解决步骤
第一步:求函数的定义域,然后将复合函数分解成两个函数;
第二步:由自变量的范围求内层函数的值域;
第三步:由内层函数的值域求外层函数的值域。
例4 (多选)对任意实数,函数的图象必过定点,的定义域为[0,2],,则下列结论正确的是( )
A., B.的定义域为[0,1]
C.的值域为[2,6] D.的值域为[2,20]
【答案】ABC
【分析】根据指数函数图像恒过定点求出m,n的值,根据的定义域求的定义域,再根据指数函数和二次函数的单调性,求出的值域.
【详解】令,得,此时,
所以函数的图象过定点,即,,故选项A正确;
因为,,所以,,
所以,
由得,
所以的定义域为[0,1],故B正确;
易知在[0,1]上单调递增,
所以当时,取得最小值2,当时,取得最大值6,
所以的值域为[2,6],故选项C正确,选项D错误.
故选:ABC.
变式4-1 对于定义在上的奇函数,当时,,则该函数的值域为________.
【答案】
【分析】根据奇函数的性质求得,再结合基本不等式求时其的取值范围,再结合奇函数的性质求时函数值的范围,由此可得函数值域.
【详解】因为为上的奇函数,
所以,所以,
又当时,,
所以,
当且仅当时等号成立,
即当时,,
因为为上的奇函数,
所以函数的图象关于原点对称,
所以时,,
所以函数的值域为.
故答案为:.
变式4-2 函数的值域为( )
A.(0,+∞) B.(-∞,1) C.(1,+∞) D.(0,1)
【解析】,因为,所以,所以,
所以函数的值域为.故选:D
变式4-3 若函数,则函数的值域是 .
【答案】
【详解】试题分析:画出的图象,由图象知的值域是,设,,由图象看出当时,的范围是,函数的值域是,故答案为.
考点:1、分段函数的解析式;2、分段函数的值域及数形结合思想的应用.
类型五、根据值域求参数取值范围
求参数取值范围的通法:数形结合和分离参数
例5 (2024·全国·高三专题练习)若函数的值域为[0,+∞),则实数a的取值范围是_____.
【答案】(﹣∞,﹣2]
设,
若函数的值域为,,
则等价于,是值域的子集,
,
设,则,
则,
,
当对称轴,即时,不满足条件.
当,即时,则判别式△,
即,则,
即实数的取值范围是,.
故答案为:,
变式5-1 若函数有最小值,则t的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】设,将转化为关于的函数,讨论开口方向与对称轴判断即可.
【详解】设,则,,有最小值.
当时,二次函数开口向下,无最小值;当时,无最小值;
当时,若在上有最小值,则对称轴,解得.
故选:A
变式5-2(2024·江苏·华罗庚中学三模)若函数的定义域和值域的交集为空集,则正数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
解:因为,所以的定义域为,,
当时,则在上单调递增,所以;
要使定义域和值域的交集为空集,显然,
当时,
若则,此时显然不满足定义域和值域的交集为空集,
若时在上单调递减,此时,
则,
所以,解得,即
故选:B
变式5-3(2022·北京·清华附中高一期末)已知函数,,若存在实数,使得,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
因函数的值域是,于是得函数的值域是,
因存在实数,使得,则,
因此,,解得,
所以的取值范围是.
故选:B
类型六、指数函数比较大小
比较指数幂的大小
常用方法有:
1.对于底数相同,指数不同的两个幂的大小比较,可以利用指数函数的单调性来判断;
2.对于底数不同,指数相同的两个幂的大小比较,可以利用指数函数图象的变化规律来判断;
3.对于底数不同,且指数也不同的幂的大小比较,可先化为同底的两个幂,或者通过中间值来比较
例6 已知a=1.050.6,b=0.60.8,c=0.60.4,则a,b,c的大小关系是( )
A.a>b>c B.a>c>b C.b>c>a D.c>b>a
答案 B
解析 依题意,a=1.050.6>1.050=1,b=0.60.8<0.60.4=c<0.60=1,所以a,b,c的大小关系是a>c>b.
变式6-1(2023·天津·高考真题)设,则的大小关系为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】根据对应幂、指数函数的单调性判断大小关系即可.
【详解】由在R上递增,则,
由在上递增,则.
所以.
故选:D
变式6-2 已知,则( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】利用指数函数的单调性比较大小即可.
【详解】因为,
函数是减函数,
所以,
同理,函数是增函数,所以.
综上,可得.
故选:B
变式6-3 (2024·绍兴模拟)已知实数a,b,c满足a=be=则( )
A.b<a<c B.a<b<c C.c<a<b D.c<b<a
【答案】 B
解析 由y=在(0,+∞)上单调递减,y=log2x在(0,+∞)上单调递增,
可知=1>b=>=a,c=lo=log23>log22=1,
所以c>1>b>a.
类型七、解指数型函数不等式
指数不等式的解法
1.形如不等式,可借助
2.形如不等式,可将化为以为底数的指数幂的形式,再借助
3.形如不等式, 可借助
例7 函数单调递增,且,则实数的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】先根据分段函数的单调性求的范围,然后在解抽象不等式.
【详解】根据指数函数的单调性可得,在上单调递增,
于是单调递增时只需,则;
又因为在上单调递增,
且,则,即
于是.
故选:C
变式7-1 已知为上的奇函数,当时,,则不等式的解集为 .
【答案】
【分析】由函数的奇偶性与单调性转化后求解,
【详解】由函数与均在上单调递增,
故在上单调递增,
而为上的奇函数,故在上单调递增,
等价于,得,
故答案为:
变式7-2“”是“”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】C
【分析】设根据二次函数性质得在上单调递增,再根据指数函数单调性得在上单调递增,进而利用函数的单调性及充分条件、必要条件的概念判断即可.
【详解】设函数则在上单调递增,
所以,
故“”是“”的充要条件.
故选:C.
变式7-3 已知函数是定义在上的单调函数,且对任意x,都有,则满足不等式的x的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由题可得是常数,则,可求出,得到解析式,再根据函数单调性的性质,进行求解即可.
【详解】因为函数是定义在上的单调函数,且对任意x,都有,
所以为常数,不妨设,则有,
在中,令,则有,
即,显然函数是单调递增的,而,
显然有,
因此,设,,
因为是上的增函数,且在上单调递增,
显然在单调递增,且,
所以由,可得,
所以满足不等式的x的取值范围为.
故选:C.
类型八、根据单调性求参数取值范围
1、 优先考虑定义域
2、 结合复合函数的单调性:同增异减
3、 对于分段函数,一定要考虑分界处
例8 已知函数 (且)在区间上是减函数,则实数的取值范围是________.
【答案】
【解析】令,则,
由于且,内层函数在区间上为减函数,
所以外层函数为增函数,所以.
由题意可知,不等式对任意的恒成立,
所以,解得.
综上所述,实数的取值范围是.
故答案为:
变式8-1已知分段函数对任意的且,均有,则实数的取值范围是 .
【答案】
【分析】利用函数的单调性和复合函数的单调性,来判断二次函数的对称轴的范围以及分段点处的取值大小,从而可求解参数范围.
【详解】由对任意的且,不妨假设,
因为恒成立,所以,
则在上单调递减,
根据复合函数单调性满足同增异减,可知在上单调递减,
需满足在上单调递增,故需,
还需满足且,解得,
所以实数的取值范围是,
故答案为:
变式8-2 已知函数 ,,且,都有,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】结合条件根据单调性的定义可得函数在上单调递增,然后根据分段函数单调递增法则,结合导数法及单调性的性质研究每段的单调性,列不等式组求解即可.
【详解】,,且,都有即,
记,
则由单调性的定义知,函数在上单调递增,
则需满足:在上单调递增①,
在上单调递增②,
且 ③,
对于①,要使在上单调递增,
则在上恒成立,即在上恒成立,
所以,因为,所以,解得;
对于②,因为在上单调递增,
所以在上单调递增时,;
对于③,,所以;
所以,解得,所以实数的取值范围是.
故选:B
变式8-3 (多选)函数y=f(x)和y=f(-x),若两函数在区间[m,n]上的单调性相同,则把区间[m,n]叫做y=f(x)的“稳定区间”,已知区间[1,2 025]为函数y=的“稳定区间”,则实数a的可能取值是( )
A.- B.- C.0 D.
【答案】 AB
解析 因为y=f(x)=,
则f(-x)==|2x+a|,
由题意得f(x)=与f(-x)=|2x+a|在区间[1,2 025]上单调性相同.
若单调递增,则在区间[1,2 025]上恒成立,即所以-2≤a≤-;
若单调递减,则在区间[1,2 025]上恒成立,即无解,
综上,实数a的取值范围是,所以A,B选项符合题意.
类型九、和指数函数有关的奇偶性
和指数有关常见的奇函数和偶函数
奇函数:
①函数或函数;
②函数.
③()为奇函数;
偶函数:
函数
例9 已知函数(且)是奇函数,则( )
A.1 B.3 C. D.
【答案】C
【分析】根据,代入化简得到,解出后得到函数解析式,最后再代入计算即可.
【详解】由题意得,函数且的定义域为.
因为是奇函数,所以,即.
得,即,所以.
解得或(舍去),所以.
所以.
故选:C.
变式9-1 已知函数,则不等式的解集为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】判断函数的奇偶性,,再根据函数的单调性即可得出函数的单调性,再根据函数的单调性结合奇偶性即可解不等式.
【详解】解:函数的定义域为R,
因为,
所以函数为奇函数,
由,
因为函数在上都是增函数,
所以函数在上都是增函数,
又且函数在R上连续,
所以函数在R上递增,
因为,所以,
所以,解得,
即不等式的解集为.
故选:A.
变式9-2 已知函数,若存在a,b同时满足和,则实数t的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】分析可得函数为奇函数,则,故有解,即有解,令,则在,上有解,进而求得的取值范围.
【详解】解:函数的定义域为,,所以函数为奇函数,
存在,满足,
,
有解,即有解,
令,则在上有解,
在上有解,
,即的取值范围为.
故选.
【点睛】本题考查函数奇偶性的运用,难点在于找到,的关系,进而把问题转化为两函数有交点问题,考查转化思想及分析问题解决问题的能力,属于中档题.
变式9-3(多选)已知,分别是定义在上的偶函数和奇函数,且,则下列说法正确的是( )
A.
B.
C.若,则
D.方程有两个不相等的实数根,则
【答案】BD
【分析】根据奇偶性构造方程组求出函数,,然后根据解析式代入计算可 判断AB;判断函数的单调性,结合奇偶性去掉函数符号求解可判断C;令,将问题转化为方程有两个不相等的正实根,根据韦达定理和判别式列不等式组求解可判断D.
【详解】因为,分别是定义在上的偶函数和奇函数,且①,
所以,即②,
联立①②解得,
对A,
,A错误;
对B,,B正确;
对C,因为都是在上的增函数,所以在上单调递增,
由为奇函数,所以不等式,
即,解得,C错误;
对D,方程有两个不相等的实数根,则有两个不相等的实根,
整理得,
令,则有两个不相等的正实根,
由韦达定理和判别式可得,解得,D正确.
故选:BD
类型十、指数函数有关的对称性
在指数型函数奇偶性的基础上平移,找到相应的对称中心和对称轴
例10 已知定义在上的函数,满足不等式,则的取值范围是 .
【答案】
【详解】易知函数在上为单调性递增,
即可得是上的增函数,
令,则是上的增函数,
易知,可得,
即的图象关于点成中心对称,
由可得,
即,由可得;
所以,利用是上的增函数可得,
解得.
即的取值范围是.
变式10-1 已知函数,若,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】函数,故关于直线对称,且在,上单减,函数的图象如下:
,且恒成立,
,即,
当时,不等式化为:,即,解得,即;当时,不等式化为:,即,解得或,即或;
综上,时,实数的取值范围是,,.
故选:.
变式10-2已知函数,若实数满足,则的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】一方面由题意有,
另一方面若有成立,
结合以上两方面有,
且注意到,
所以由复合函数单调性可得在上严格单调递增,
若,则只能,
因此当且仅当;
又已知,
所以,即,
由基本不等式得,
当且仅当,即时,等号成立,
所以的最大值为.
故选:C.
变式10-3 已知函数的定义域为,为偶函数,若对任意的,,都有,则关于的不等式的解集为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据函数的奇偶性确定其对称性,再由单调性解不等式即可.
【详解】因为为偶函数,所以的图象关于对称,
又对任意的,,都有,
即在上单调递增,结合对称性则在上单调递减,
所以,
即①,显然无解;
或②,解之得.
故选:C
类型十一、指数函数有关的恒成立和存在性问题
1、已知不等式能恒成立求参数值(取值范围)问题常用的方法:
(1)函数法:讨论参数范围,通常借助函数单调性求解;
(2)分离参数法:首先将参数分离,转化成求函数的最值或值域问题加以解决;
(3)数形结合法:先对解析式变形,进而构造两个函数,然后在同一平面直角坐标系中画出函数的图象,再利用数形结合的方法来解决
2、指数函数常与其他函数形成复合函数问题,解题时要清楚复合的层次,外层是指数函数还是内层是指数函数,其次如果涉及到定义域、值域、奇偶性、单调性等问题,则要按复合函数的性质规律求解.
例11(2024·浙江杭州·高一学军中学校考阶段练习)若关于的不等式在上有解,则实数的最小值为 .
【答案】
【解析】因为关于的不等式在上有解,
所以关于的不等式在上有解,
所以,,
因为,所以,令,则,
,
令,,
因为对勾函数在上单调递减,则,
所以,当且仅当时取等号,
所以,则,即实数的最小值为.
故答案为:
变式11-1(2024·全国·高一专题练习)设不等式对于任意的恒成立,则实数的取值范围是_______.
【答案】
解:由,得,
即,
,,
则,
,则,即.
故答案为:
变式11-2(2024·河南·模拟预测)已知,,若对,,,则实数的取值范围是_________.
【答案】
因为对,,,
所以只需即可,
因为,,
所以,,
由,
解得
故答案为:.
变式11-3 已知函数关于点对称,若对任意的,
恒成立,则实数k的取值范围为 .
【解析】由为奇函数,可得其图象关于对称,
可得的图象关于对称,
函数关于点对称,可得,
对任意的恒成立,
恒成立,
【思考:此时若利用最值法,求函数的最小值,第一函数较复杂,第二函数含参要分离讨论,路漫漫其修远兮,务必另辟蹊径】
即在恒成立,
所以3,
(使得不等式一边是参数,另一边不含关于的式子,达到分离参数的目的)
令,由,可得,
设,
当时,取得最大值,
则的取值范围是,
【点拨】
① 分离参数法:遇到类似或等不等式恒成立问题,可把不等式化简为或的形式,达到分离参数的目的,再求解的最值处理恒成立问题;
② 恒成立问题最终转化为最值问题,而分离参数法,最好之处就是转化后的函数不含参,避免了麻烦的分离讨论.
类型十二、指数函数有关的抽象函数
【指数函数相关的抽象函数的模型】
模型1:若,则;
模型2:若,则;
根据指数函数的模型来代特殊值或者用赋值法。
例12 (2025·黑龙江大庆·模拟预测)已知定义在上函数满足,若,则( )
A.1 B.16 C.128 D.256
【答案】D
【分析】由题设可得或,结合已知排除,再由得,结合即可得.
【详解】由题设,则或,
若,令,则对于任意有,而,不符;
所以,则,故,
由.
故选:D
变式12-1 已知函数的定义域为,对于任意实数,满足,且,则( )
A.1012 B.2023 C.2024 D.4046
【答案】C
【分析】根据抽象函数的性质,化简即可得解.
【详解】【构造模型可以速解】
对于任意实数,满足,
所以当时,,
所以
.
故选:C
变式12-2已知函数的定义域为,,,且,则( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】利用赋值法,可判断A、B;利用赋值法,可得,又进而可得,可判断C;由及可判断D.
【详解】对于A,令,则,
又,则,所以,故A错误;
对于B,令,则,
又,,所以,则,故B错误;
对于C,令,则,
又,则,
由上可知,故,,
所以,故C正确;
对于D,由,则,
所以,
,
由选项C中分析知,所以,故D错误.
故选:C.
变式12-3 已知是定义在上的奇函数,对任意正数,,都有,且,当时,,则不等式的解集为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】令,则,即,
令,,则,又,则,
不妨取任意正数,
,
因为,所以,即,所以在区间上单调递增,
又是定义在上的奇函数,故在区间上单调递增,
令,则,
令,,则,
∴,
又因为,即,由和,
结合函数单调性可以得到或,故选:B.
类型十三、指数函数的综合应用
例13 (2024·湖北·赤壁市车埠高级中学高一期中)已知函数是上的奇函数,且
(1)求实数,的值,并求的值域;
(2)函数满足,若对任意的,不等式恒成立,求实数的最大值.
【答案】(1),,值域为;(2).
(1)解:由是上的奇函数,那么,则.
由可得,,解得,
所以,又,则,
所以的值域为.
(2)解:时,,所以,
由得:
,
即,
即在上恒成立.
令,,且,
,
∵,
∴,,,
∴,即,
∴在单调递增.
当时,,
所以,,
令,则,在单调递增.
,
因此,
所以的最大值为.
变式13-1已知函数f(x)=ax+a-x(a>0,且a≠1),且f(1)=.
(1)求f(x)的解析式;
(2)若函数g(x)=[f(x)]2+f(x)-m在[0,+∞)上的最小值为0,求m的值.
解 (1)因为f(1)=
所以a+解得a=2或a=
所以f(x)=2x+2-x.
(2)g(x)=+(2x+2-x)-m.
令u=2x+2-x,x≥0,
则2x+2-x≥2=2,
当且仅当2x=2-x,即x=0时,等号成立,
所以u=2x+2-x≥2,
因为函数h(u)=u2+u-m在[2,+∞)上单调递增,
所以h(u)min=h(2)=6-m.
因为g(x)在[0,+∞)上的最小值为0,
所以6-m=0,解得m=6.
综上,m的值为6.
变式13-2(2023·河南·商丘市第一高级中学高一期末)设函数,.
(1)求函数的值域;
(2)设函数,若对,,,求正实数a的取值范围.
【答案】(1);(2).
(1)∵,又,,
∴,当且仅当,即时取等号,
所以,
即函数的值域为.
(2)∵,
设,因为,所以,函数在上单调递增,
∴,即,
设时,函数的值域为A.由题意知,
∵函数,函数图象的对称轴为,
当,即时,函数在上递增,
则,即,
∴,
当时,即时,函数在上的最大值为,中的较大者,
而且,不合题意,
当,即时,函数在上递减,
则,即,满足条件的a不存在,
综上,.
变式13-3 设函数.
(1)若,求的值;
(2)若,设,求在上的最小值.
【答案】(1);(2) .
【解析】
【分析】
(1)由可得,两边平方后进行配方可求出的值.
(2)由可求出,从而可得的解析式,由在上单调递增,可设,通过讨论对称轴和区间的三种位置关系,结合二次函数的单调性即可求出函数的最小值.
【详解】
(1)解:因为,所以,则,即,
即,因为 ,
因为,所以,即.
(2)因为,整理得,解得或(舍去),
所以,
在上单调递增,在上单调递减,
则在上单调递增,当时,,当时,,
令,则,对称轴为,抛物线开口向上,
当时,在上单调递增,此时当时,;
当时,在上单调递减,此时当时,;
当时,在先减后增,此时当时,;
综上所述,在上的最小值
【点睛】
关键点睛:
本题第二问的关键是利用换元法,通过讨论二次函数对称轴和区间的三种位置关系:对称轴在区间左侧,对称轴在区间内,对称轴在区间右侧,从而确定函数的单调性,进而求出最小值.
1、 单选题
1.已知函数的定义域为,则函数的定义域为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据抽象函数定义域以及根式的意义列式,结合指数函数单调性运算求解即可.
【详解】由题意可得:,解得,
所以函数的定义域为.
故选:D.
2.设大于1的实数,满足,,则( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】由,可确定,结合即可求解.
【详解】,又,,
且时,随的增大而增大,
,,,
则,
即.
故选:D.
3.已知p:ax<1(a>1),q:2x+1-x<2,则p是q的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】 B
解析 ∵ax<1,当a>1时,y=ax是增函数,
∴p:{x|x<0}.
对于不等式2x+1<x+2,
作出函数y=2x+1与y=x+2的图象,如图所示.
由图象可知,不等式2x+1<x+2的解集为{x|-1<x<0},
∴q:{x|-1<x<0}.
又∵{x|-1<x<0}⊆{x|x<0},
∴p是q的必要不充分条件.
4.数学建模在实际生产生活中有广泛的运用.某公司通过统计分析发现,工人工作效率E与工作年限r(),劳累程度T(),劳动动机b()相关,并建立了数学模型,已知甲、乙为该公司的员工,则下列四个结论正确的序号为( )
①甲与乙劳动动机相同,且甲比乙工作年限长,劳累程度弱,则甲比乙工作效率高;
②甲与乙劳累程度相同,且甲比乙工作年限长,劳动动机高,则甲比乙工作效率高;
③甲与乙工作年限相同,且甲比乙工作效率高,劳动动机低,则甲比乙劳累程度强;
④甲与乙劳动动机相同,且甲比乙工作效率高,工作年限短,则甲比乙劳累程度弱.
A.①④ B.①②③ C.①②④ D.①②③④
【答案】C
【分析】利用指数函数的性质,幂函数的性质逐项分析即可.
【详解】设甲与乙的工人工作效率为,,工作年限为,,劳累程度为,,劳动动机为,,
对于①,,,,,
所以,,
则,
所以,即甲比乙工作效率高,故①正确;
对于②,,,,
所以,,
则,
所以,即甲比乙工作效率高,故②正确;
对于③,,,,,
所以,
,,
所以,即甲比乙劳累程度弱,故③错误;
对于④,,,,
所以,
,所以,
所以,即甲比乙劳累程度弱,故④正确.
故选:C.
【点睛】关键点点睛:本题关键在于对题意的理解以及相关性质的运用.
5.(2024·天津·二模)已知函数的部分图象如图所示,则的解析式可能为( ).
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据排除A,根据定义域排除B,根据奇偶性排除C,进而可得答案.
【详解】对于A, 在处无意义,故A错误;
对于B:的定义域为,故B错误;
对于C:的定义域为,
且,则为偶函数,故C错误;
对于D,满足图中要求,故D正确.
故选:D.
6.已知函数.记,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】令,则开口向下,对称轴为,
因为,而,
所以,即
由二次函数性质知,
因为,而,
即,所以,
综上,,
又为增函数,故,即.故选:A.
7.如图,某池塘里浮萍的面积(单位:)与时间(单位:月)的关系为,关于下列说法,其中正确的说法是( )
①浮萍每月的增长率相同;
②若函数与的图像关于直线对称,则函数的值域为的充要条件是;
③若,则当时,恒成立;
④若浮萍蔓延到所经过的时间分别是,则.
A.①③④ B.③④ C.②③④ D.①②④
【答案】A
【分析】将点的坐标代入可求出,通过增长率计算可判断①;根据反函数的定义可知,利用对数函数的性质结合二次函数的图象和性质可判断②;利用基本不等式计算判断③;利用指数幂的运算判断④.
【详解】由图象可知,函数过点,则,即.
对于①,浮萍每月的增长率为,故①正确;
对于②,若函数与的图像关于直线对称,则,
则,要使其值域为,则函数的值域要包含,
因为二次函数开口向上,所以即可,解得或,故②错误;
对于③,,设,则,
所以,
当且仅当即时等号成立,所以,故③正确;
对于④,由题意知,,,,所以,,
则,故,故④正确.
故选:A.
8.已知函数,若方程有三个不同的根,则( )
A.4 B.3 C.2 D.
【答案】B
【分析】由题意,易知为奇函数,由函数向右平移一个单位长度,再向上平移4个单位长度而得到的,所以的图象关于点对称,再根据直线也关于点对称,即可得答案.
【详解】由题意,因为,所以为奇函数,
由函数向右平移一个单位长度,再向上平移4个单位长度而得到的,
所以的图象关于点对称.
而所表示的直线也关于点对称,
所以方程的三个实根中必有一个为1,另外两个关于对称,所以.
故选:B.
二、多选题
9.已知实数a,b满足等式3a=6b,则下列可能成立的关系式为( )
A.a=b B.0<b<a C.a<b<0 D.0<a<b
【答案】 ABC
解析 由题意,在同一平面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,故选项A正确;
作出直线y=k,当k>1时,若3a=6b=k,则0<b<a,故选项B正确;
作出直线y=m,当0<m<1时,若3a=6b=m,则a<b<0,故选项C正确;
当0<a<b时,易得2b>1,则3a<3b<2b·3b=6b,故选项D错误.
10.已知函数,则( )
A.的定义域为 B.在上单调递减
C.为奇函数 D.无最值
【答案】ACD
【分析】根据判断A;根据奇函数的定义判断C;可判断B;利用定义求证在上的单调性并结合奇偶性得出在上的单调性可判断D.
【详解】,所以,故A正确;
因在处没有意义,故B 错误;
,则,
所以为奇函数,故C 正确;
,且,
则,
因,则,则,即,
则在上单调递减,
因为奇函数,则在上也单调递减,
当时,;当时,,故函数无最值,
故D选项正确.
故选:ACD.
11.已知函数f(x)的定义域为R,且f(x+y)=f(x)+f(y),当x>0时,f(x)>0,且满足f(2)=1,则下列说法正确的是( )
A.f(x)为奇函数
B.f(-2)=-1
C.不等式f(2x)-f(x-3)>-2的解集为(-5,+∞)
D.f(-2 025)+f(-2 024)+…+f(0)+…+f(2 024)+f(2 025)=2 024
【答案】 AB
解析 对于A,令x=y=0,可得f(0)=f(0)+f(0)=2f(0),所以f(0)=0,
令y=-x,得到f(-x)+f(x)=f(0)=0,即f(-x)=-f(x),所以f(x)为奇函数,故A正确;
对于B,因为f(x)为奇函数,
所以f(-2)=-f(2)=-1,故B正确;
对于C,设x1>x2,x=x1,y=-x2,
可得f(x1-x2)=f(x1)+f(-x2),
所以f(x1)-f(x2)=f(x1)+f(-x2)=f(x1-x2),
又因为x1>x2,所以x1-x2>0,
所以f(x1-x2)>0,即f(x1)>f(x2),
所以f(x)在R上单调递增,因为f(-2)=-1,
所以f(-4)=f(-2-2)=2f(-2)=-2,
由f(2x)-f(x-3)>-2,
可得f(2x)>f(x-3)+f(-4),
所以f(2x)>f(x-3-4)=f(x-7),
所以2x>x-7,得到x>-7,
所以f(2x)-f(x-3)>-2的解集为(-7,+∞),
故C错误;
对于D,因为f(x)为奇函数,所以f(-x)+f(x)=0,
所以f(-2 025)+f(2 025)=f(-2 024)+f(2 024)
=…=f(-1)+f(1)=0,
又f(0)=0,故f(-2 025)+f(-2 024)+…+f(0)+…+f(2 024)+f(2 025)=0,故D错误.
三、填空题
12.已知二次函数的值域为,则函数的值域为 .
【答案】
【分析】由二次函数的值域为,分析求出参数,然后代入中求出值域即可
【详解】由二次函数的值域为得:
解得:或(舍去)
所以
因为
所以函数的值域为:
故答案为:.
13.(2025·徐州模拟)正实数m,n满足e1-2m+2-2m=en-1+n,则+的最小值为 .
【答案】
解析 由e1-2m+2-2m=en-1+n,
得e1-2m+(1-2m)=en-1+(n-1),
令f(x)=ex+x,则原等式为f(1-2m)=f(n-1),显然函数f(x)为增函数,
于是1-2m=n-1,即2m+n=2,
而m>0,n>0,
因此+=+=++
≥2+=,
当且仅当=,即m=n=时取等号,
所以当m=n=时,+取得最小值.
14.我们知道,函数的图象关于坐标原点成中心对称的充要条件是函数为奇函数,由此可以推广得到:函数的图象关于点成中心对称的充要条件是函数为奇函数,利用题目中的推广结论,若函数的图象关于点成中心对称,则 .
【答案】
【详解】由题意为奇函数,
所以,则,
所以,
所以恒成立,
故或,所以.
故答案为:
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