内容正文:
第三章 函数及其应用
第六节 对数、对数函数
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01
基础知识必备
02
考点知识突破
03
高考预测练
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N
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(0,+∞)
(1,0)
增函数
减函数
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y=x
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1.对数的概念
如果ax=N(a>0且a≠1),那么数x叫做以a为底N的对数,记作x=___________,其中a叫做对数的底数,N叫做真数.
2.对数的性质、换底公式与运算性质
(1)对数的性质:
①=_____;
②logaab=b(a>0,且a≠1).
logaN
(2)换底公式:
logab=eq \f(logcb,logca)(a,c均大于0且不等于1,b>0).
(3)对数的运算性质:
如果a>0,且a≠1,M>0,N>0,那么:
①loga(M·N)=_____________;
②logaeq \f(M,N)=______________;
③logaMn=nlogaM(n∈R).
logaM+logaN
logaM-logaN
3.对数函数的图象与性质
a>1
0<a<1
图象
性质
定义域:____________
值域:R
过定点______
当x>1时,y>0
当0<x<1时,y<0
当x>1时,y<0
当0<x<1时,y>0
在(0,+∞)上是__________
在(0,+∞)上是__________
4.反函数
指数函数y=ax与对数函数y=logax互为反函数,它们的图象关于直线____________对称.
1.换底公式的三个重要结论
①logab=eq \f(1,logba);②logambn=eq \f(n,m)logab;
③logab·logbc·logcd=logad.
2.对数函数的图象与底数大小的关系
如图,作直线y=1,则该直线与四个函数图象交点的横坐标为相应的底数.
故0<c<d<1<a<b.
由此我们可得到以下规律:在第一象限内与y=1相交的对数函数从左到右底数逐渐增大.
对数式的化简与求值
(2024·全国甲卷)已知a>1且eq \f(1,log8a)-eq \f(1,loga4)=-eq \f(5,2),则a=________.
【解析】 根据题意有eq \f(1,\f(1,3)log2a)-eq \f(1,2loga2)=-eq \f(5,2),即3loga2-eq \f(1,2loga2)=-eq \f(5,2),设t=loga2(a>1),则t>0,故3t-eq \f(1,2t)=-eq \f(5,2),得t=eq \f(1,6)(t=-1舍去),所以loga2=eq \f(1,6),所以=2,所以a=64.
【答案】 64
1.在对数运算中,先利用幂的运算把底数或真数进行变形,化成分数指数幂的形式,使幂的底数最简,然后用对数运算法则化简合并.
2.先将对数式化为同底数对数的和、差、倍数,然后逆用对数的运算法则,化为同底对数真数的积、商、幂再运算.
3.ab=N⇔b=logaN(a>0,且a≠1)是解决有关指数、对数问题的有效方法,在运算中应注意互化.
[针对训练]
1.计算:+2log31-3log77+3ln 1=______.
解析:原式=3+2×0-3×1+3×0=0.
对数函数的图象及其应用
(1)若函数y=a|x|(a>0,且a≠1)的值域为{y|y≥1},则函数y=loga|x|的图象大致是( )
(2)若方程4x=logax在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))上有解,则实数a的取值范围为____________.
【解析】 (1)由于y=a|x|的值域为{y|y≥1},所以a>1,则y=loga|x|在(0,+∞)上是增函数.又函数y=loga|x|的图象关于y轴对称,因此y=loga|x|的图象应大致为选项B.
(2)构造函数f(x)=4x和g(x)=logax,当a>1时不满足条件,当0<a<1时,画出两个函数在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))上的图象,可知,只需两图象在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))上有交点即可,
则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))≥geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))),
即2≥logaeq \f(1,2),则a≤eq \f(\r(2),2),
所以a的取值范围为eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(\r(2),2))).
【答案】 (1)B (2)eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(\r(2),2)))
1.在识别函数图象时,要善于利用已知函数的性质、函数图象上的特殊点(与坐标轴的交点、最高点、最低点等)排除不符合要求的选项.
2.常把一些对数型方程、不等式问题转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解.
[针对训练]
2.(2025·安徽亳州二模)在同一个平面直角坐标系中,函数f(x)=eq \f(1,ax)与g(x)=lgeq \f(a,x)的图象可能是( )
解析:由题意,a>0且a≠1,所以函数g(x)=lgeq \f(a,x)单调递减,故排除B、D;
对于A、C,由函数f(x)=eq \f(1,ax)的图象可知0<a<1,对于函数g(x)=lgeq \f(a,x),g(1)=lg a<0,故A正确,C错误.
对数函数的性质及其应用
角度一 比较对数值的大小
(2024·天津卷)若a=4.2-0.3,b=4.20.3,c=log4.20.2,则a,b,c的大小关系为( )
A.a>b>c
B.b>a>c
C.c>a>b
D.b>c>a
【解析】 由函数y=4.2x单调递增可知,0<a<1<b,又c=log4.20.2<0,故b>a>c,选B.
【答案】 B
比较对数值的大小的方法
角度二 解简单的对数不等式或方程
(一题多解)已知函数f(x)=logax(a>0且a≠1)满足feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,a)))<feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,a))),则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-1))>0的解集为( )
A.(0,1)
B.(-∞,1)
C.(1,+∞)
D.(0,+∞)
【解析】 法一:因为函数f(x)=logax(a>0且a≠1)在(0,+∞)上为单调函数,而eq \f(2,a)<eq \f(3,a)且feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,a)))<feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,a))),所以f(x)=logax在(0,+∞)上单调递增,结合对数函数的图象与性质可得f(2x-1)>0⇒2x-1>1,所以x>1.故选C.
法二:由feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,a)))<feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,a)))知logaeq \f(2,a)<logaeq \f(3,a),
所以loga2-1<loga3-1,
所以loga2<loga3,所以a>1.
由f(2x-1)>0得loga(2x-1)>0,
所以2x-1>1,即x>1.故选C.
【答案】 C
解对数不等式的函数方法
(1)形如logax>logab的不等式,借助y=logax的单调性求解,如果a的取值不确定,需分a>1与0<a<1两种情况讨论.
(2)形如logax>b的不等式,需先将b化为以a为底的对数式的形式.
角度三 对数型函数的综合问题
已知函数f(x)=log4(ax2+2x+3).
(1)若f(1)=1,求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)的最小值为0,求a的值.
【解】 (1)因为f(1)=1,所以log4(a+5)=1,因此a+5=4,即a=-1,所以f(x)=log4(-x2+2x+3).
由-x2+2x+3>0得-1<x<3,
即函数f(x)的定义域为(-1,3).
令g(x)=-x2+2x+3.
则g(x)在(-1,1)上单调递增,在[1,3)上单调递减.
又y=log4x在(0,+∞)上单调递增,
所以f(x)的单调递增区间是(-1,1),单调递减区间是[1,3).
(2)若f(x)的最小值为0,
则h(x)=ax2+2x+3应有最小值1,
因此应有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a>0,,\f(3a-1,a)=1,))解得a=eq \f(1,2).
故实数a的值为eq \f(1,2).
解决对数函数性质的综合问题的注意点
(1)要分清函数的底数是a∈(0,1),还是a∈(1,+∞).
(2)确定函数的定义域,无论研究函数的什么性质或利用函数的某个性质,都要在其定义域上进行.
(3)转化时一定要注意对数问题转化的等价性.
[针对训练]
3.若loga(a2+1)<loga2a<0,则a的取值范围是( )
A.(0,1)
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1))
D.(0,1)∪(1,+∞)
解析:由题意得a>0且a≠1,故必有a2+1>2a,又loga(a2+1)<loga 2a<0,所以0<a<1,且2a>1,所以a>eq \f(1,2).故a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1)).故选C.
4.(多选)已知函数f(x)=ln(x-2)+ln(6-x),则( )
A.f(x)在(2,6)上单调递减
B.f(x)在(2,6)上的最大值为2ln 2
C.f(x)在(2,6)上无最小值
D.f(x)的图象关于直线x=4对称
解析:f(x)=ln(x-2)+ln(6-x)=ln[(x-2)(6-x)],由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x-2>0,,6-x>0))得函数的定义域为(2,6).令t=(x-2)·(6-x),因为二次函数t=(x-2)(6-x)=-x2+8x-12在(2,4)上单调递增,在(4, 6)上单调递减,且当x=4时,t=4,所以t=(x-2)(6-x)∈(0,4].又函数y=ln t在t∈(0,4]上单调递增,所以由复合函数的单调性可得f(x)在(2, 4)上单调递增,
在[4, 6)上单调递减,故A错误.因为t∈(0,4],所以y=ln t∈(-∞,2ln 2],即f(x)∈(-∞,2ln 2],所以f(x)在(2, 6)上的最大值为2ln 2,无最小值,故B、C正确.因为f(4-x)=ln(4-x-2)+ln(6-4+x) =ln (2-x)+ln (2+x),f(4+x)=ln(4+x-2)+ln(6-4-x)=ln(2+x)+ln(2-x),所以f(4-x)=f(4+x),所以f(x)的图象关于直线x=4对称,故D正确.故选BCD.
5.已知函数f(x)=loga(ax2-x).
(1)若a=eq \f(1,2),求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)在区间[2,4]上是增函数,求实数a的取值范围.
解:(1)当a=eq \f(1,2)时,f(x)= (eq \f(1,2)x2-x),由eq \f(1,2)x2-x>0,得x2-2x>0,解得x<0或x>2,所以函数f(x)的定义域为(-∞,0)∪(2,+∞).
利用复合函数单调性可得函数f(x)的增区间为(-∞,0),减区间为(2,+∞).
(2)令g(x)=ax2-x,则函数g(x)的图象开口向上,对称轴为x=eq \f(1,2a).
①当0<a<1时,要使函数f(x)在区间[2,4]上是增函数,则g(x)=ax2-x在[2,4]上单调递减,且g(x)min>0,即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(1,2a)≥4,,g4=16a-4>0,))此不等式组无解.
②当a>1时,要使函数f(x)在区间[2,4]上是增函数,则g(x)=ax2-x在[2,4]上单调递增,且g(x)min>0,
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(1,2a)≤2,,g2=4a-2>0,))解得a>eq \f(1,2).
又a>1,所以a>1.
综上,实数a的取值范围为[1,+∞).
$