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《正禾一本通》
高中同步高效导学案
数学(人教)·必修一
1
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第三章 函数的概念及其表示
3
目
录
高频考点聚焦
高考真题溯源
章末过关检测卷
知识体系建构
知识体系建构
高频考点聚焦
高考真题溯源
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题型一 函数的概念
掌握函数的概念,理解非空性、任意性、唯一性,掌握函数的三要素,提升数学抽象素养.
例1 (多选)已知函数f(x)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x+2,x≤-1,,x2+1,-1<x<2,))下列关于函数f(x)的结论正确的是( )
A.f(x)的定义域是R
B.f(x)的值域是(-∞,5)
C.若f(x)=3,则x= eq \r(2)
D.f(x)的图象与直线y=2有一个交点
解析:选BCD.A选项,f(x)的定义域是(-∞,2),所以A选项错误.
B选项,当x≤-1时,x+2≤1,
当-1<x<2时,0≤x2<4,1≤x2+1<5,
所以f(x)的值域是(-∞,5),所以B选项正确.
C选项,由B选项的分析可知,若f(x)=3,
则 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-1<x<2,,x2+1=3,))解得x= eq \r(2),所以C选项正确.
D选项,画出f(x)的图象如下图所示,由图可知,D选项正确.
eq \x(,求函数定义域的常用依据是分母不为0,偶次根式中被开方数大于或等于0等;由几个式子构成的函数,其定义域是使各式子有意义的集合的交集;函数的值域是在函数的定义域下函数值的取值范围,一般是利用函数的图象或函数的单调性求值域.) 类题通法
求函数定义域的常用依据是分母不为0,偶次根式中被开方数大于或等于0等;由几个式子构成的函数,其定义域是使各式子有意义的集合的交集;函数的值域是在函数的定义域下函数值的取值范围,一般是利用函数的图象或函数的单调性求值域.
【迁移运用】 1.(多选)(2025·重庆期中)下列说法正确的是( )
A.已知f( eq \r(x)+2)=x+1,则f(x)=x2-4x+5(x≥2)
B.函数f(x)= eq \r(x+1)× eq \r(x-1)与g(x)= eq \r((x+1)(x-1))是同一函数
C.函数f(x)= eq \r(x2-6x-7)的单调递增区间是(3,+∞)
D.已知f(x)的定义域为[-2,2],则函数f(x-1)的定义域为[-1,3]
解析:选AD.对于A:令 eq \r(x)+2=t,则t≥2, eq \r(x)=t-2,所以x=(t-2)2,
则f(t)=(t-2)2+1=t2-4t+5,t≥2,
所以f(x)=x2-4x+5(x≥2),故A正确;
对于B:因为函数f(x)= eq \r(x+1)× eq \r(x-1),所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x+1≥0,,x-1≥0,))解得x≥1,
所以函数f(x)的定义域为[1,+∞),
因为g(x)= eq \r((x+1)(x-1)),则(x+1)(x-1)≥0,解得x≤-1或x≥1,
故g(x)的定义域为(-∞,-1]∪[1,+∞),
函数f(x)和函数g(x)的定义域不同,故不是同一函数,故B错误;
对于C:由x2-6x-7≥0,解得x≥7或x≤-1,
即函数f(x)= eq \r(x2-6x-7)的定义域为(-∞,-1]∪[7,+∞),故C错误;
对于D:因为函数f(x)的定义域为[-2,2],所以-2≤x-1≤2,
得-1≤x≤3,故函数f(x-1)的定义域为[-1,3],故D正确.
题型二 函数的图象
会根据函数的解析式及性质判断函数的图象,利用函数的图象可以直观的观察函数值域、最值、单调性、奇偶性等,重点的是一次函数、二次函数、反比例函数及幂函数图象.
例2 已知函数f(x)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-x,x≤0,,-x2+2x,x>0,))方程f 2(x)-bf(x)=0,b∈(0,1),则方程的根的个数是( )
A.2
B.3
C.4
D.5
解析:选D.因为f 2(x)-bf(x)=0,
所以f(x)=0或f(x)=b,
作函数f(x)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-x,x≤0,,-x2+2x,x>0))的图象如图,
结合图象可知,f(x)=0有两个不同的根,f(x)=b(0<b<1)有三个不同的根,且5个根都不相同,故方程的根的个数是5.
类题通法
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——熟知函数图象的平移、对称、翻转.
①平移:y=f(x)y=f(x±h);
y=f(x)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)y=-f(-x).
【迁移运用】 2.(2025·广东清远期中)max{f(x),g(x)}表示f(x)与g(x)中的较大者,设h(x)=max{|x+1|,-x2+2x+3},则函数h(x)的最小值是______.
解析:令-x2+2x+3=x+1,解得x=2或-1,
令-x2+2x+3=-x-1,解得x=4或-1,
画出h(x)=max{|x+1|,-x2+2x+3}的图象,如下:
显然h(x)的最小值为0.
答案:0
题型三 函数的性质
掌握单调性和奇偶性的判断和证明,会简单的综合运用,提升数学抽象、逻辑推理和直观想象素养.
例3 (2025·云南昆明期中)函数f(x)= eq \f(x+b,1+x2)是定义在(-1,1)上的奇函数.
(1)求f(x)的解析式;
(2)用定义证明函数f(x)在(-1,1)上为增函数;
(3)解不等式f(t-1)+f(t)<0.
解:(1)因为f(x)= eq \f(x+b,1+x2)在(-1,1)上为奇函数,
故f(-x)=-f(x),即 eq \f(-x+b,1+(-x)2)=- eq \f(x+b,1+x2).
所以-x+b=-x-b,解得b=0.
故f(x)= eq \f(x,1+x2).
(2)任取x1,x2∈(-1,1),令x1<x2,
f(x1)-f(x2)=eq \o\al(2,1) eq \f(x1,1+x)
-eq \o\al(2,2) eq \f(x2,1+x)
=eq \o\al(2,1) eq \f(x1-x2-x1x2(x1-x2),(1+x)(1+x eq \o\al(2,2)))
=eq \o\al(2,1) eq \f((1-x1x2)(x1-x2),(1+x)(1+x eq \o\al(2,2)))
,
因为x1,x2∈(-1,1),x1<x2,所以1-x1x2>0,x1-x2<0,
故f(x1)-f(x2)=eq \o\al(2,1) eq \f((1-x1x2)(x1-x2),(1+x)(1+x eq \o\al(2,2)))
<0,f(x1)<f(x2),
所以函数f(x)在(-1,1)上为增函数.
(3)f(t-1)+f(t)<0⇒f(t-1)<-f(t)=f(-t),
由(2)知,以函数f(x)在(-1,1)上为增函数,
所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(t-1<-t,,-1<t-1<1,,-1<-t<1,))解得0<t< eq \f(1,2),
故不等式解集为(0, eq \f(1,2)).
eq \x(,函数的性质主要有定义域、值域、单调性和奇偶性,利用函数的单调性和奇偶性求值、比较大小、解不等式是重点考查内容,解不等式时经常结合图象,要注意勿漏定义域的影响.) 类题通法
函数的性质主要有定义域、值域、单调性和奇偶性,利用函数的单调性和奇偶性求值、比较大小、解不等式是重点考查内容,解不等式时经常结合图象,要注意勿漏定义域的影响。
【迁移运用】 3.(2025·广东佛山期末)已知函数y=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的图象关于点P eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a,b))成中心对称图形的充要条件是函数y=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+a))-b为奇函数,若函数f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=x+ eq \f(4,x-1).
(1)求曲线y=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的对称中心;
(2)判断f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在区间 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,3))上的单调性,并用定义证明.
解:(1)设g eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=f(x+1)-1=x+1+ eq \f(4,x)-1=x+ eq \f(4,x),
则函数g eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的定义域为 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x|x≠0)),其定义域关于原点对称,
且g eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-x))=-x+ eq \f(4,-x)=-(x+ eq \f(4,x))=-g eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x)),
所以g eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+1))-1为奇函数,
所以函数f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的对称中心为 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,1)).
(2)函数f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,3))上单调递减.
证明:∀x1,x2∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,3)),且x1<x2,
则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1))-f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2))=x1+ eq \f(4,x1-1)- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2+\f(4,x2-1)))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1-x2))+( eq \f(4,x1-1)- eq \f(4,x2-1))=(x1-x2)+ eq \f(4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2-x1)),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1-1))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2-1)))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1-x2))[1- eq \f(4,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1-1))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2-1)))]=(x1-x2) eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1-1))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2-1))-4,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1-1))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2-1))),
因为x1,x2∈,所以x1-1,x2-1∈,∈,(x1-1)(x2-1)-4<0,
又x1<x2,所以x1-x2<0,
所以>0,
即f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1))>f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2)),
所以函数f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,3))上单调递减.
题型四 函数的应用
例4 近几年来,“盲盒文化”广为流行,这种文化已经在中国落地生根,并发展成具有中国特色的盲盒经济,某盲盒生产及销售公司今年初用98万购进一批盲盒生产线,每年可有50万的总收入,已知生产此盲盒x年 (x为正整数)所用的各种费用总计为2x2+10x万元.
(1)该公司第几年首次盈利(总收入超过总支出,今年为第一年)?
(2)该公司第几年年平均利润最大,最大是多少?
解:(1)设利润为y,则y=50x-(98+2x2+10x)=-2x2+40x-98(x∈N*),
由-2x2+40x-98>0整理得x2-20x+49<0,
解得10- eq \r(51)<x<10+ eq \r(51),由于x∈N*,
所以x∈{x∈N*|3≤x≤17},所以第3年首次盈利.
(2)首先x∈{x∈N*|3≤x≤17},
由(1)得平均利润 eq \f(y,x)=-2(x+ eq \f(49,x))+40≤-2×2 eq \r(x·\f(49,x))+40=12万元,
当且仅当x= eq \f(49,x),即x=7万元时等号成立,
综上,第7年,年平均利润最大,为12万元.
类题通法
建立恰当的函数模型解决实际问题的步骤
(1)对实际问题进行抽象概括,确定变量之间的主动、被动关系,并用x,y分别表示.
(2)建立函数模型,将变量y表示为x的函数,此时要注意函数的定义域.
(3)求解函数模型,并还原为实际问题的解.
1.(2022·天津卷)函数y= eq \f(|x2-1|,x)的图象大致为( )
人教A版必修第一册P69练习2与P86T5(2)相结合.
该题型先利用函数的奇偶性、单调性等性质判断图象,如本题利用奇函数图象关于原点对称排除C、D,再通过分析函数的零点、最值点、与坐标轴的交点等特殊点来筛选图象,有时还要考虑x趋近于正无穷、负无穷或某些特定值时函数的变化趋势,以此排除不符合的图象.
分析函数的定义域、奇偶性、单调性及其在(-∞,0)上的函数值符号,结合排除法可得出合适的选项.
选A.函数y=f(x)= eq \f(|x2-1|,x)的定义域为{x|x≠0},
且f(-x)= eq \f(|(-x)2-1|,-x)=- eq \f(|x2-1|,x)=-f(x),函数f(x)为奇函数,C、D错误;当x<0时,f(x)= eq \f(|x2-1|,x)≤0,B错误.
2.(2024·上海卷)已知f(x)=x3+a,且f(x)是奇函数,则a=______.
沪教版必修第一册P133B组T1.
函数的奇偶性是高考数学的重要考点,常以小题出现,和函数单调性、对称性、函数图象等综合考查,难度较小.
利用奇函数性质f(-x)=-f(x)代入即可,因为本题函数定义域为R,也可以使用f(0)=0解得.
因为f(x)是奇函数,故f(x)+f(-x)=0即x3+a+(-x)3+a=0,故a=0.
答案:0
一、单项选择题(本题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.已知f(x)=(m-2)xm是幂函数,则f(2)=( )
A.1
B.2
C.4
D.8
解析:选D.因为f(x)=(m-2)xm是幂函数,所以m-2=1,解得m=3,则f(x)=x3,所以f(2)=23=8.
2.下列各组函数是同一函数的是( )
A.y= eq \f(1,x-1)与y= eq \f(x+1,x2-1)
B.y=|x+1|+|x|与y= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2x+1,x>0,,1,-1≤x<0,,-2x-1,x<-1))
C.y=|x|与y= eq \r(x2)
D.y=|x|与y=( eq \r(x))2
解析:选C.对于A中,由函数y= eq \f(1,x-1)的定义域为(-∞,1)∪(1,+∞),
函数y= eq \f(x+1,x2-1)的定义域为(-∞,-1)∪(-1,1)∪(1,+∞),
两个函数的定义域不同,所以不是同一函数,所以A不符合题意;
对于B中,由函数y=|x+1|+|x|= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2x+1,x>0,,1,-1≤x≤0,,-2x-1,x<-1,))与函数y= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2x+1,x>0,,1,-1≤x<0,,-2x-1,x<-1,))
其中两个函数的定义域不同,所以不是同一函数,所以B不符合题意;
对于C中,函数y=|x|与y= eq \r(x2)=|x|,两个函数的定义域与对应关系都相同,所以两个函数是同一函数,所以C符合题意;
对于D中,函数y=|x|的定义域为R,函数y=( eq \r(x))2的定义域为[0,+∞),两个函数的定义域不同,所以不是同一函数,所以D不符合题意.
3.已知函数f(x)=x3- eq \f(1,x3),则f(x)( )
A.是偶函数,且在(0,+∞)上是增函数
B.是奇函数,且在(0,+∞)上是增函数
C.是偶函数,且在(0,+∞)上是减函数
D.是奇函数,且在(0,+∞)上是减函数
解析:选B.定义域为{x|x≠0},f(-x)=-(x3- eq \f(1,x3))=-f(x),即函数f(x)为奇函数.
当x>0时,y=x3为增函数,y= eq \f(1,x3)为减函数,故函数f(x)=x3- eq \f(1,x3)在x>0时为增函数.
4.已知函数f(x)是定义域为R的奇函数,当x≥0时,f(x)=x(x+2).若f(3+m)+f(3m-7)>0,则m的取值范围为( )
A.(-∞,0)
B.(0,+∞)
C.(-∞,1)
D.(1,+∞)
解析:选D.当x≥0时,f(x)的对称轴为x=-1,故f(x)在[0,+∞)上单调递增.
函数在x=0处连续,又f(x)是定义域为R的奇函数,故f(x)在R上单调递增.
因为f(-x) =-f(x),由f(3+m)+f(3m-7)>0,可得f(3+m)>f(7-3m),
又因为f(x)在R上单调递增,所以3+m>7-3m,解得m>1.
5.设f(x)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1((x+a)2,x≤0,,x+\f(1,x)+a,x>0,))若f(0)是f(x)的最小值,则a的取值范围为( )
A.[-1,0]
B.[-1,2]
C.[-2,-1]
D.[-2,0]
解析:选A.由于f(x)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1((x+a)2,x≤0,,x+\f(1,x)+a,x>0,))当x=0,f(0)=a2,由于f(0)是f(x)的最小值,
则(-∞,0]为减区间,即有a≤0,则a2≤x+ eq \f(1,x)+a,x>0恒成立.
由x+ eq \f(1,x)≥2 eq \r(x×\f(1,x))=2,当且仅当x=1时取等号,所以a2≤2+a,解得-1≤a≤2.
综上,a的取值范围为[-1,0].
6.已知函数f(x)=ax2+(b+1)x+2a+b是定义在[2a-1,a]上的偶函数,则f(a+b)=( )
A.1
B.0
C.- eq \f(2,3)
D.- eq \f(5,27)
解析:选D.由题意得,2a-1+a=0,解得a= eq \f(1,3),
因为f(x)=ax2+(b+1)x+2a+b为偶函数,
所以f(-x)=f(x),即a(-x)2-(b+1)x+2a+b=ax2+(b+1)x+2a+b,
所以b+1=0,解得b=-1,所以f(x)= eq \f(1,3)x2- eq \f(1,3),a+b=- eq \f(2,3),
所以f(a+b)=f(- eq \f(2,3))=- eq \f(5,27).
7.已知函数f(x)=x|x+m|(m为常数),则y=f(x)的大致图象不可能是( )
解析:选A.当m=0时,函数f(x)=x|x|= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2,x≥0,,-x2,x<0,))故选项D不符合题意;
当m>0时,函数f(x)=x|x+m|= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2+mx,x≥-m,,-x2-mx,x<-m,))故选项C不符合题意;
当m<0时,函数f(x)=x|x+m|= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2+mx,x≥-m,,-x2-mx,x<-m,))故选项B不符合题意.
8.二次函数f(x)=ax2+a是[-a,a2]上的偶函数,若函数g(x)=f(x-2),则g(0),g( eq \f(3,2)),g(3)的大小关系为( )
A.g( eq \f(3,2))<g(0)<g(3)
B.g(0)<g( eq \f(3,2))<g(3)
C.g( eq \f(3,2))<g(3)<g(0)
D.g(3)<g( eq \f(3,2))<g(0)
解析:选C.由题意得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a≠0,,-a=-a2,))解得a=1.
所以f(x)=x2+1,
所以g(x)=f(x-2)=(x-2)2+1.
因为函数g(x)的图象关于直线x=2对称,
所以g( eq \f(3,2))=g( eq \f(5,2)),g(0)=g(4).
又因为函数g(x)=(x-2)2+1在区间[2,+∞)上单调递增,
所以g( eq \f(5,2))<g(3)<g(4),所以g( eq \f(3,2))<g(3)<g(0).
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,部分选对的得部分分,有选错的得0分)
9.下列有关幂函数y=xα(α为常数)的说法正确的是( )
A.当α=2k,k∈N时,此时幂函数y=xα(α为常数)为偶函数
B.当α=2k+1,k∈N时,此时幂函数y=xα(α为常数)为奇函数
C.幂函数y=xα(α为常数)的图象始终经过点(1,1)
D.幂函数y=xα(α为常数)的定义域始终包含[0,+∞)
解析:选ABC.对于A,当α=2k,k∈N时,此时幂函数y=xα为偶函数,故A正确;
对于B,当α=2k+1,k∈N时,此时幂函数y=xα(α为常数)为奇函数,故B正确;
对于C,当x=1时,xα=1,故幂函数y=xα(α为常数)的图象始终经过点(1,1),故C正确;
对于D,当α=-1时,幂函数y=xα(α为常数)的定义域不包含0,故D错误.
10.已知函数f(x)= eq \f(4,|x|-2),则( )
A.f(x)的定义域为{x|x≠±2}
B.f(x)在(2,+∞)上单调递减
C.f(f(-5))=-6
D.f(x)的值域是(-∞,0)∪(0,+∞)
解析:选ABC.对于选项A:令|x|-2≠0,解得x≠±2,所以f(x)的定义域为{x|x≠±2},则A正确;
对于选项B:若x>2,则f(x)= eq \f(4,x-2),因为y=x-2在(2,+∞)上单调
递增,且y=x-2>0,可知f(x)= eq \f(4,x-2)在(2,+∞)上单调递减,故B正确;
对于选项C:因为f(-5)= eq \f(4,3),所以f(f(-5))=-6,故C正确;
对于选项D:因为x≠±2,则|x|≥0,且|x|≠2,可得|x|-2∈[-2,0)∪(0,+∞),
当|x|-2∈[-2,0)时,f(x)= eq \f(4,|x|-2)≤-2;
当|x|-2∈(0,+∞)时,f(x)= eq \f(4,|x|-2)>0;
所以f(x)的值域是(-∞,-2]∪(0,+∞),故D错误.
11.某市出租车收费标准如下:起步价为8元,起步里程为3 km(不超过3 km按起步价付费);超过3 km但不超过8 km时,超过部分按每千米2.15元收费;超过8 km时,超过部分按每千米2.85元收费.另每次乘坐需付燃油附加费1元.下列结论正确的是( )
A.出租车行驶2 km,乘客需付费8元
B.出租车行驶4 km,乘客需付费9.6元
C.出租车行驶10 km,乘客需付费25.45元
D.某人两次乘出租车均行驶5 km的费用之和超过他乘出租车行驶10 km一次的费用
解析:选CD.在A中,出租车行驶2 km,乘客需付起步价8元和燃油附加费1元,共9元,A错误;
在B中,出租车行驶4 km,乘客需付费8+1×2.15+1=11.15(元),B错误;
在C中,出租车行驶10 km,乘客需付费8+2.15×5+2.85×(10-8)+1=25.45(元),C正确;
在D中,乘出租车行驶5 km,乘客需付费8+2×2.15+1=13.3(元),乘坐两次需付费26.6元,26.6>25.45,D正确.
三、填空题(本题共3小题,每小题5分,共15分)
12.已知函数f(x)是奇函数,当x>0时,f(x)=x(1-x),则当x<0时,f(x)=________.
解析:因为x<0,所以-x>0,
所以f(-x)=(-x)(1+x),
又函数f(x)是奇函数,
所以f(x)=-f(-x)=-(-x)(1+x)=x(1+x),所以当x<0时,f(x)=x(1+x).
答案:x(1+x)
13.若函数f(x)满足f( eq \f(x+1,x))=x,则f(x)的解析式为________.
解析:令 eq \f(x+1,x)=t,则x= eq \f(1,t-1),t≠1,
所以f(t)= eq \f(1,t-1),t≠1,
所以f(x)= eq \f(1,x-1)(x≠1).
答案:f(x)= eq \f(1,x-1)(x≠1)
14.已知函数f(x)是R上的奇函数,函数f(x)在(0,+∞)上单调递减,f(-5)=0,则不等式(x-3)f(x)>0的解集是________.
解析:据题意,得函数f(x)是R上的奇函数,且f(-5)=0,
则f(5)=-f(-5)=0,
又函数f(x)在(0,+∞)上单调递减,
则在(0,5)上,f(x)>0,在(5,+∞)上,f(x)<0,
又函数为奇函数,则在(-5,0)上,f(x)<0,在(-∞,-5)上,f(x)>0,
不等式(x-3)f(x)>0⇒ eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x-3>0,,f\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))>0))或 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x-3<0,,f\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))<0,))
则3<x<5或-5<x<0,即不等式的解集为(-5,0)∪(3,5).
答案:(-5,0)∪(3,5)
四、解答题(本题共5小题,共77分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤)
15.(13分)已知函数y=f(x)是定义在R上的奇函数,且当x≤0时,f(x)=x2+2x.现已画出函数f(x)在y轴左侧的图象,如图所示.
(1)请补全函数y=f(x)的图象;
(2)根据图象写出函数y=f(x)的单调递增区间;
(3)根据图象写出使f(x)<0的x的取值集合.
解:(1)由题意作出函数图象如图所示.
(2)由图可知,单调递增区间为(-1,1).
(3)由图可知,使f(x)<0的x的取值集合为{x|-2<x<0,或x>2}.
16.(15分)已知函数f(x+1)=
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(1,2)ax+\f(1,2)a,x<0,,ax2+(2a-1)x+a+1,x≥0.))
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若函数f(x)在R上单调,求a的取值范围.
解:(1)令t=x+1,得x=t-1,
则f(t)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(1,2)a(t-1)+\f(1,2)a,t-1<0,,a(t-1)2+(2a-1)(t-1)+a+1,t-1≥0,))
得f(t)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(1,2)at,t<1,,at2-t+2,t≥1,))
即f(x)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(1,2)ax,x<1,,ax2-x+2,x≥1.))
(2)当a=0时,f(x)= eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(0,x<1,,-x+2,x≥1,))在R上不单调.
当f(x)在R上单调递增时, eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a>0,,-\f(-1,2a)≤1,,\f(1,2)a≤a-1+2,))得a≥ eq \f(1,2).
当f(x)在R上单调递减时, eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a<0,,-\f(-1,2a)≤1,,\f(1,2)a≥a-1+2,))得a≤-2.
综上,a的取值范围为(-∞,-2]∪[ eq \f(1,2),+∞).
17.(15分)某工厂生产某种产品,其生产的总成本y(万元)年产量x(吨)之间的函数关系可近似的表示为y= eq \f(1,10)x2-20x+4 000,已知此工厂的年产量最小为150吨,最大为250吨.
(1)年产量为多少吨时,生产每吨产品的平均成本最低?并求出最低平均成本;
(2)若每吨产品的平均出厂价为24万元,且产品全部售出,则年产量为多少吨时,可以获得最大利润?并求出最大利润.
解:(1)由题意可得 eq \f(y,x)= eq \f(x,10)+ eq \f(4 000,x)-20,x∈[150,250],
因为 eq \f(x,10)+ eq \f(4 000,x)-20≥2 eq \r(\f(x,10)·\f(4 000,x))-20=20,
当且仅当 eq \f(x,10)= eq \f(4 000,x)时,即x=200时等号成立,符合题意.
所以当年产量为200吨时,平均成本最低为20万元.
(2)设利润为W(x),则W(x)=24x-( eq \f(x2,10)-20x+4 000)=- eq \f(1,10)(x-220)2+840,
因为150≤x≤250,
所以当x=220时,W(x)max=840.
所以当年产量为220吨时,最大利润为840万元.
18.(17分)函数f(x)对任意的a,b∈R,都有f(a+b)=f(a)+f(b)-1,并且当x>0时,f(x)>1.
(1)求证:f(x)是R上的增函数;
(2)若f(4)=5,解不等式f(3m2-m-2)<3.
解:(1)证明:设x1,x2∈R,且x1<x2,则x2-x1>0,∴f(x2-x1)>1.
因此f(x2)-f(x1)=f [(x2-x1)+x1]-f(x1)=f(x2-x1)+f(x1)-1-fx1)=f(x2-x1)-1>0.
所以f(x2)>f(x1),即f(x)是R上的增函数.
(2)因为f(4)=f(2+2)=f(2)+f(2)-1=5,所以f(2)=3,所以原不等式可化为f (3m2-m-2)<f(2),因为f(x)是R上的增函数,所以3m2-m-2<2,解得-1<m< eq \f(4,3),故解集为(-1, eq \f(4,3)).
19.(17分)已知y=f(x)是定义在D上的函数,对于D上任意给定的两个自变量的值x1,x2,当x1≠x2时,如果总有f(x1)≠f(x2),就称函数y=f(x)为“可逆函数”.
(1)判断函数f1(x)=x+ eq \f(1,x)是否为“可逆函数”,并说明理由;
(2)已知函数y=f2(x)在区间(0,+∞)上是增函数,证明:F(x)=f2(x)- eq \f(1,x),x∈(0,+∞)是“可逆函数”;
(3)证明:函数f3(x)= eq \f(x,x-a)+ eq \f(1,x)(a∈R)是“可逆函数”的充要条件为“a=0”.
解:(1)函数f1(x)=x+ eq \f(1,x)不是“可逆函数”,
理由:因为f1(x)=x+ eq \f(1,x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,所以f1(x)min=f1(1)=2,
则f1(x)与y=a(a>2)恒有两个不同的交点,记为x1,x2,
则x1≠x2,f1(x1)=f1(x2)=a,不符合“可逆函数”定义,
所以f1(x)=x+ eq \f(1,x)不是“可逆函数”.
(2)证明:任取x2>x1>0,则F(x2)-F(x1)=f2(x2)- eq \f(1,x2)-f2(x1)+ eq \f(1,x1)=f2(x2)-f2(x1)+ eq \f(x2-x1,x1x2),
因为f2(x)在区间(0,+∞)上是增函数,所以f2(x2)-f2(x1)>0,
又x2-x1>0,x2x1>0,所以F(x2)-F(x1)>0,
所以F(x)在区间(0,+∞)上是增函数,则当x1≠x2时,F(x1)≠F(x2)恒成立,
所以F(x)=f2(x)- eq \f(1,x),x∈(0,+∞)是“可逆函数”.
(3)先证明充分性:当a=0时,f3(x)=1+ eq \f(1,x),则f3(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞);
任取x1,x2∈(-∞,0)∪(0,+∞)且x1≠x2,则f3(x2)-f3(x1)=1+ eq \f(1,x2)-1- eq \f(1,x1)=- eq \f(x2-x1,x1x2)≠0,即f3(x1)≠f3(x2),所以f3(x)为“可逆函数”,充分性成立;
再证明必要性:假设当f3(x)= eq \f(x,x-a)+ eq \f(1,x)是“可逆函数”时,a≠0,
构造关于x的方程: eq \f(x,x-a)+ eq \f(1,x)=2,化简可得:x2-(2a+1)x+a=0,
显然x=0与x=a均不是方程的根,又Δ=(2a+1)2-4a=4a2+1>0,
解方程可得:x1= eq \f(2a+1-\r(4a2+1),2),x2= eq \f(2a+1+\r(4a2+1),2),且x1≠x2,
则 eq \f(x1,x1-a)+ eq \f(1,x1)= eq \f(x2,x2-a)+ eq \f(1,x2)=2,即f3(x1)=f3(x2)=2,与f3(x)是“可逆函数”矛盾,
所以假设不成立,即a=0,必要性成立;
综上所述:函数f3(x)= eq \f(x,x-a)+ eq \f(1,x)(a∈R)是“可逆函数”的充要条件为“a=0”.
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