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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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第四章 指数函数与对数函数
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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
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高频考点聚焦
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题型一 指数、对数的运算
指数、对数的运算主要考查对数与指数的互化,对数、指数的运算性质以及换底公式等,会利用运算性质进行化简、计算、证明.
例1 (2025·浙江宁波期中)计算:
-log3+2log32-3π0+log38;
(2)lg22+lg 2lg 5+lg 5-log23·log35·log58.
解:(1)原式=-log325+log39+2log32-3+3log32=3-5log32+2+2log32-3+3log32=2.
(2)原式=lg 2(lg 2+lg 5)+lg 5-=lg 2+lg 5-=1-3=-2.
类题通法
(1)指数的运算:注意化简顺序,一般负指数先转化成正指数,根式化为分数指数幂运算。
(2)对数的运算:注意公式应用过程中范围的变化,前后要等价,一般本着真数化简的原则进行。
【迁移运用】 1.(1)已知10m=2,10n=2,求的值;
(2)已知lg 2=a,lg 3=b,试用a,b表示lg .
解:=1.
(2)lg =lg 25-lg 18=lg 52-lg (32×2)=2lg 5-lg 32-lg 2=2lg -2lg 3-lg 2=2(lg 10-lg 2)-2lg 3-lg 2=2lg 10-2lg 2-2lg 3-lg 2=2-3a-2b.
题型二 指数、对数的图象及其应用
掌握指数函数、对数函数图象的作法以及简单的图象平移翻折变换,提升直观想象和逻辑推理素养.
例2 已知函数f(x)=|log3x|,若b>a>0,且a,b是f(x)的图象与直线y=m(m>0)的两个交点对应的横坐标,则4a+b的最小值为( )
A.2 B.4 C.6 D.8
解析:选B.根据题意画出图象如下图所示:
易知|log3a|=|log3b|=m,又b>a>0,可知b>1>a>0,
所以-log3a=log3b,即log3a+log3b=0,∴ab=1,
所以4a+b==4,
当且仅当b=2时,等号成立,即4a+b的最小值为4.
类题通法
指数函数、对数函数的图象及应用的两个方面
已知函数解析式求作函数图象,即“知式求图”;
(2)判断方程的根的个数时,通常不具体解方程,而是转化为判断指数函数、对数函数等图象的交点个数问题.
【迁移运用】 2.若函数f(x)=loga(x+b)的大致图象如图,其中a,b为常数,则函数g(x)=ax+b的大致图象是( )
解析:选B.由函数f(x)=loga(x+b)的图象为减函数可知,0<a<1,
再由图象的平移变换知,f(x)=loga(x+b)的图象由f(x)=logax向左平移不超过一个单位,可知0<b<1,
故函数g(x)=ax+b的图象递减,且1<g(0)=1+b<2,则符合题意的只有B中图象.
题型三 指数对数函数性质的综合
以函数的性质为依托,结合运算考查函数的图象性质,以及利用性质进行大小比较、方程和不等式求解等.在解含对数式的方程或不等式时,不能忘记对数中真数大于0,以免出现增根或扩大范围.
例3 (2025·福建厦门期中)已知函数f(x)=+1为奇函数.(e为常数,e≈2.718…)
(1)求a的值及函数的值域;
(2)用函数单调性的定义证明函数f(x)在R上是增函数;
(3)求不等式f(4-x)+f(4-5×2-x)≤0的解集.
解:(1)函数f(x)=+1是奇函数,其定义域为R,
则f(0)=+1=0,解得a=-2,于是f(x)=,
f(-x)==-f(x),函数f(x)为奇函数,所以a=-2;
由ex+1>1,得-2<-<0,因此-1<+1<1,
所以函数f(x)的值域为(-1,1).
(2)证明:任取x1,x2∈R,且x1<x2,
则f(x1)-f(x2)=,
由x1<x2,得,则+1>0,
于是f(x1)-f(x2)<0,即f(x1)<f(x2),
所以函数在R上是增函数.
(3)函数f(x)是R上的奇函数,且在R上是增函数,
则f(4-x)+f(4-5×2-x)≤0⇔f(4-x)≤-f(4-5×2-x)=f(5×2-x-4),
于是(2-x)2≤5×2-x-4,整理得(2-x-1)(2-x-4)≤0,
解得1≤2-x≤4,即0≤-x≤2,解得-2≤x≤0,
所以原不等式的解集为{x|-2≤x≤0}.
类题通法
对于指数函数和对数函数,注意底数a对函数单调性的影响;对于幂函数y=, 注意指数α对函数单调性的影响。根据函数的单调性可以比较函数值的大小和求不等式的解集.
【迁移运用】 3.(1)(2025·江苏镇江开学考试)设a=2log32,b=log23,c=,则a,b,c的大小顺序为( )
A.a>b>c B.c>b>a
C.a>c>b D.b>c>a
解析:选D.∵3a=6log32=log364<log381=4,
3b=3log23=log227>log216=4,又3c=4,
∴3a<3c<3b,即b>c>a.
(2)若f(x)=ax-a-x(a>0,且a≠1)在R上为增函数,则g(x)=loga(x2+2x-3)的单调递增区间为( )
A.(-1,+∞) B.(1,+∞)
C.(-∞,-3) D.(-∞,1)
解析:选B.函数y=ax与y=在R上有相同的单调性,即函数f(x)=ax-a-x与函数y=ax在R上有相同的单调性,
因此函数y=ax在R上单调递增,a>1,在g(x)=loga(x2+2x-3)中,x2+2x-3>0,解得x<-3或x>1,
显然函数y=x2+2x-3 在(-∞,-3)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
所以函数g(x)=loga(x2+2x-3)的单调递增区间为(1,+∞).
题型四 函数的零点与方程的根
函数的零点主要考查零点个数以及零点所在区间,主要利用了转化思想,把零点问题转化成函数与x轴的交点以及两函数图象的交点问题.
例4 函数f(x)=-的零点所在区间为( )
A.(1,2) B.(2,3) C.(3,4) D.(4,5)
解析:选A.函数f(x)定义域为(0,+∞),
因为y=在区间(0,+∞)上单调递减,y=log2x在区间(0,+∞)上单调递增,
所以f(x)在(0,+∞)上单调递减,
因为f(1)=1->0,f(2)=<0,
所以f(x)的零点所在区间为(1,2).
类题通法
(1)函数的零点与方程的根的关系:方程f(x)=0有实数根→函数y=f(r)的图象与x轴有交点→函数y=f(r)有零点。
(2)确定函数零点的个数有两个基本方法:利用图象研究与c轴的交点个数或转化成两个函数图象的交点个数进行判断。
【迁移运用】 4.已知函数f(x)=若函数g(x)=f(x)-k有2个零点,则实数k的取值范围是( )
A.(0,+∞) B.(0,+∞)∪{-1}
C.[0,+∞) D.(-1,+∞)
解析:选A.由题意,f(x)与y=k有2个交点,
当x>0时,f(x)单调递增且值域为(-1,+∞);
当x≤0时,f(x)在(-∞,-2)上单调递减,(-2,0]上单调递增且值域为[-1,+∞);
所以f(x)的图象如下,
由图知当k>0时,g(x)=f(x)-k有2个零点.
1.(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
人教A版必修第一册P119习题4.2T6和P141习题4.4T13.
本题型常以选择题或填空题的形式出现,要求比较多个或两个指对幂式子的大小,有时也和函数的性质、不等式等知识综合考查.
本题主要利用指数函数、对数函数的单调性,并合理引入中间值1辅助比较,这类问题必要时还要通过对数运算法则变形或构造函数,结合函数性质来比较大小.
选B.因为y=4.2x在R上递增,且-0.3<0<0.3,
所以0<4.2-0.3<4.20<4.20.3,
所以0<4.2-0.3<1<4.20.3,即0<a<1<b,
因为y=log4.2x在(0,+∞)上递增,且0<0.2<1,
所以log4.20.2<log4.21=0,即c<0,
所以b>a>c.
2.(2024·新高考Ⅰ卷)已知函数为f(x)=在R上单调递增,则a取值的范围是( )
A.(-∞,0]
B.[-1,0]
C.[-1,1]
D.[0,+∞)
人教A版必修第一册P120习题4.2T10、P132探究.
该题综合了指数函数、对数函数和分段函数的性质,重点考查对不同函数单调性的理解和运用,同时涉及分段函数在分段点处函数值的衔接情况,以及根据单调性建立关于参数的不等式(组)并求解.
选B.因为f(x)在R上单调递增,且x≥0时,f(x)=ex+ln (x+1)单调递增,则需满足解得-1≤a≤0,
即a的范围是[-1,0].
3.(2023·新高考Ⅱ卷)若f(x)=(x+a)为偶函数,则a=( )
A.-1
B.0
C.
D.1
人教A版必修第一册P84例6、P124例3.
这类题型通常给出含有对数运算的函数表达式,要求判断函数的奇偶性,或者根据函数的奇偶性求参数的值、确定函数的某些性质等.综合考查对数的运算性质以及函数奇偶性的定义和性质.
选B.法一(定义法):首先确定函数f(x)=(x+a)ln 的定义域为x≠且x≠-,关于原点对称.因为f(x)为偶函数,则f(x)=f(-x),即(x+a)=(-x+a),则x+a=-(-x+a)恒成立,所以a=0.
法二(特殊值法):函数f(x)定义域关于原点对称,因为f(x)为偶函数,取x=1,则f(-1)=f(1),即(-1+a)ln =(1+a)ln ,解得a=0.
法三(性质法):设g(x)=ln ,可证g(x)是奇函数.因为f(x)=(x+a)g(x)为偶函数,所以y=x+a为奇函数,可得a=0.
法四(验证排除法):对于选项A,当a=-1时,f(-1)≠f(1),不满足f(x)为偶函数,排除该选项;同理,对于选项D,当a=1时,f(-1)≠f(1),排除;对于选项C,经验证也不满足f(x)为偶函数,排除.
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.若,则( )
A.a∈R
B.a=0
C.a>
D.a≤
解析:选D.由,可得1-2a≥0,即a≤.
2.设函数f(x)==( )
A.4 B.5
C.6 D.7
解析:选D.函数f(x)==2+5=7.
3.函数f(x)=ln x+3x-1-6的零点所在区间为( )
A.(0,1) B.(1,2)
C.(2,3) D.(3,4)
解析:选C.f(1)=ln 1+31-1-6=-5<0,f(2)=ln 2+32-1-6=ln 2-3<0,f(3)=ln 3+33-1-6=ln 3+3>0,f(x)=ln x+3x-1-6为(0,+∞)上的连续函数,且单调递增,由零点存在定理得f(x)=ln x+3x-1-6的零点所在区间为(2,3).
4.如图是根据原卫生部公布的《中国7岁以下儿童生长发育参照标准》绘制的我国7岁以下女童身高的中位数散点图,则下列可近似刻画身高y(单位:cm)随年龄x变化规律的函数模型是( )
A.y=mx+n(m>0)
B.y=m+n(m>0)
C.y=max+n(m>0,a>1)
D.y=mlogax+n(m>0,a>1)
解析:选B.A选项,由散点图知身高y随年龄x变化不是线性增长,故A错误;C选项,指数函数模型中y随x增长越来越快,与图象不符合,故C错误;D选项,对数函数模型在x=0时没有意义,故D错误;B选项符合散点图中y随x增长越来越慢,且在x=0时有意义.
5.已知函数f(x)=是(1,+∞)上的减函数,则实数a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
解析:选C.由题意得解得0<a≤.
6.若函数f(x)=loga(x+1)+2(a>0且a≠1)的图象恒过定点P的单调递增区间为( )
A.
B.
C.
D.
解析:选A.在函数f(x)=loga(x+1)+2(a>0且a≠1)中,令x+1=1,得x=0,f(0)=2,因此函数f(x)的图象恒过定点(0,2),依题意,m=0,n=2,函数g(x)=ex2-2x定义域为R,
令u=x2-2x,函数u=x2-2x在(1,+∞)上单调递增,在(-∞,1)上单调递减,而函数y=eu在R上单调递增,
因此函数g(x)在(1,+∞)上单调递增,在(-∞,1)上单调递减,
所以函数g(x)=e(m+1)x2-nx的单调递增区间为(1,+∞).
7.若方程x2+ln x-4=0在区间(a,b)(a,b是整数,且b-a=1)上存在一个实数根,则a+b=( )
A.3 B.4
C.5 D.6
解析:选A.令f(x)=x2+ln x-4,易知f(x)在(0,+∞)上为增函数,又f(1)=-3<0,f(2)=ln 2>0,由零点存在定理,知存在唯一一个x0∈(1,2),使得f(x0)=0,此时a=1,b=2,满足b-a=1,所以a+b=3.
解析:选C.由集合A的子集只有两个,知集合A中只有一个元素.
当a=0时,A={x|ax2-3x+2=0}={x|-3x+2=0}={ eq \f(2,3)},符合题意;
当a≠0时,方程ax2-3x+2=0只有一个解,则Δ=9-8a=0,解得a= eq \f(9,8).
综上,a=0或a= eq \f(9,8).
8.已知2 023a=2 035,2 035b=2 023,c=log2 0502 023,则( )
A.ac<bc
B.ca<cb
C.logac>logbc
D.logca>logcb
解析:选B.a=log2 0232 035>log2 0232 023=1,b=log2 0352 023<log2 0352 035=1.因为b=所以b>c>0,即a>1>b>c>0.由幂函数的性质可知,ac>bc,故A错误;由指数函数的性质可知,ca<cb,故B正确;因为logbc>logb1=0,logac<loga1=0,所以logac<logbc,故C错误;由对数函数的性质可知,logca<logcb,故D错误.
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.若logab<0,则函数f(x)=ax+b的大致图象可以是( )
解析:选BC.logab<0=loga1,则当0<a<1时,y=logax在定义域内单调递减,∴b>1,此时f(x)=ax+b>1,且f(x)在定义域内单调递减,B成立,D错误;当a>1时,y=logax在定义域内单调递增,∴0<b<1,f(x)在定义域内单调递增,且x趋近于-∞时,f(x)趋近于b,A错误,C成立.
10.已知函数f(x)=ln x+ln (2-x),则( )
A.f(x)的定义域为(0,2)
B.f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,2)上单调递减
C.y=f(x)的图象关于直线x=1对称
D.y=f(x)的图象关于点(1,0)对称
解析:选ABC.要使f(x)=ln x+ln (2-x)有意义,则解得0<x<2,所以f(x)的定义域为(0,2),所以A正确;
f(x)=ln [x(2-x)]=ln [-(x-1)2+1],由复合函数的单调性知,函数f(x)=ln x+ln (2-x)在(0,1)上单调递增,在(1,2)上单调递减,所以B正确;
f(1-x)=ln (1-x)+ln (x+1),f(1+x)=ln (x+1)+ln (1-x),所以f(1-x)=f(1+x),所以y=f(x)的图象关于直线x=1对称,所以C正确;f=ln +ln ==ln +ln =ln ,所以f=所以D错误.
11.已知函数f(x)=若方程f(x)=m有三个不同的零点x1,x2,x3,且x1<x2<x3,则( )
A.实数m的取值范围为{m|0<m<3}
B.函数f(x)在(-∞,0),单调递增
C.x1x2x3的取值范围为(-3e-4,0)
D.函数g(x)=f(f(x))有4个零点
解析:选BD.作出y=f(x)的图象,如下图所示:
对于A选项,由图象可知,当0<m≤3时,直线y=m与函数f(x)的图象有三个交点,所以,实数m的取值范围为{m|0<m≤3},故A错误;
对于B选项,由图象可知,函数f(x)在(-∞,0),单调递增,在单调递减,故B正确;
对于C选项,由图象可知,x1的取值范围为-3<x1≤0,
由|ln x2+2|=|ln x3+2|,即-(ln x2+2)=+2,
可得ln x2+ln x3=ln (x2x3)=-4,解得x2x3=e-4,则x1x2x3∈(-3e-4,0],
所以x1x2x3的取值范围为(-3e-4,0],故C错误;
选项D,由g(x)=f(f(x))=0,令f(x)=t,则f(t)=0,解得t=-3或t=,
由图象可知f(x)=-3时,方程有1个解;f(x)=时,方程有3个解,
所以函数g(x)有4个零点,故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)=ax-1+1(a>0,a≠1)的图象恒过点A,试写出一个同时满足下列条件的对数型函数g(x)的解析式:________.
①图象恒过点A;②是偶函数;③在(0,+∞)上单调递减.
解析:函数f(x)=ax-1+1中,令x-1=0,解得x=1,f(1)=a0+1=2,所以f(x)的图象恒过点A(1,2).取g(x)=+2,则g(1)=2,满足条件①;g(x)=g(-x),定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),则g(x)是偶函数,满足条件②;易知g(x)在(0,+∞)上单调递减,满足条件③.故答案可以为g(x)=+2.
答案:g(x)=+2(答案不唯一)
13.函数f-ln x+2的零点在区间,k∈Z,则k=________.
解析:由题意知,函数y=,y=-ln x在(0,+∞)上单调递减,
所以函数f(x)=-ln x+2在(0,+∞)上连续且单调递减,
又f(e2)==-1<0,
所以f<0,则函数f(x)的零点在区间(e2,e3)上,
又因为函数f(x)的零点在区间(ek,ek+1)(k∈Z)上,所以k=2.
答案:2
14.函数f(x)=+2ln x,若f(a2)+f(b)=0,则a2+3b的最小值为________.
解析:函数f(x)=+2ln x的定义域为(0,+∞),
又f=+2ln -2ln x,
则f(x)+f=0,因为f(a2)+f(b)=0,
所以a2b=1(b>0,a2>0),
所以a2+3b≥2,当且仅当a2=3b,即b=时取等号.
答案:2
15.(13分)计算:
-0;
(2)2-+lg 25-lg 8-ln .
解:(1)原式==-45.
(2)原式=3-3+lg .
16.(15分)用符号“∀”与“∃”表示下面含有量词的命题,并判断真假,说明理由.
(1)对所有的实数a,b,关于x的方程ax+b=0有唯一解或无解;
(2)存在实数x,使得 eq \f(1,|x+1|+1)=2.
解:(1)∵点(4,2)在函数f(x)的图象上,∴f(4)=loga4=2,∴a=2,
∴f(x)=
(2)∵方程f(x)-2m=0有两个不相等的实数根,
∴直线y=2m与函数y=f(x)有两个不同的交点.
结合图象(图略)可得2m≤2,解得m≤1,
∴实数m的取值范围为(-∞,1].
17.(15分)已知f(x)=9x-2×3x+4,x∈[-1,2].
(1)设t=3x,x∈[-1,2],求t的最大值与最小值;
(2)求f(x)的最大值与最小值.
解:(1)∵x∈[-1,2],函数t=3x在[-1,2]上单调递增,故有≤t≤9,故t的最大值为9,t的最小值为.
(2)设t=3x,由f(x)=9x-2×3x+4,即y=t2-2t+4=(t-1)2+3,可得此二次函数的对称轴为t=1,且≤t≤9,
故当t=1即x=0时,函数f(x)有最小值3,当t=9即x=2时,函数f(x)有最大值67.
18.(17分)西湖龙井,中国十大名茶之一,属绿茶,其产于浙江省杭州市西湖龙井村周围群山,并因此得名,具有1 200多年历史.泡制龙井的口感与水的温度有关:经验表明,在25 ℃室温下,龙井用85 ℃的水泡制,再等到茶水温度降至60 ℃时饮用,可以产生最佳饮用口感.经过研究发现,设茶水温度从85 ℃开始,经过x分钟后的温度为y ℃且满足y=kax+25.
(1)求常数k的值;
(2)经过测试可知a=0.922 7,求在25 ℃室温下,刚泡好的龙井大约需要放置多长时间才能达到最佳饮用口感?(结果精确到1分钟)(参考数据:lg 2≈0.301 0,lg 3≈0.477 1,lg 7≈0.845 1,lg 0.922 7≈-0.034 9)
解:(1)茶水温度从85 ℃开始,
即当x=0时,y=k+25=85,解得k=60.
(2)当a=0.922 7时,y=60×0.922 7x+25,
当y=60时,60×0.922 7x+25=60,即0.922 7x=,
则x=log0.922 7≈6.704 9,
故刚泡好的茶水大约需要放置7分钟才能达到最佳饮用口感.
19.(17分)(新定义)已知 A是非空数集,如果对任意x,y∈A,都有x+y∈A,xy∈A,则称A是封闭集.
(1)判断集合 B={0},C={-1,0,1}是否为封闭集,并说明理由.
(2)判断以下两个命题的真假,并说明理由.
命题p:若非空集合A1,A2是封闭集,则A1∪A2也是封闭集.
命题q:若非空集合A1,A2是封闭集,且A1∩A2≠∅,则 A1∩A2也是封闭集.
解:(1)f(x)为奇函数.证明如下:
由>0,得x<-3或x>3,
即函数f(x)的定义域为(-∞,-3)∪(3,+∞),关于原点对称,
f(-x)=loga=loga=loga=-loga=-f(x),
所以f(x)为奇函数.
(2)由题意知,g(x)==,由>0,解得x<0或x>6,
即g(x)的定义域为(-∞,0)∪(6,+∞),
又函数y=+1在(-∞,0),(6,+∞)上单调递增,
当0<a<1时,g(x)在(-∞,0),(6,+∞)上单调递减,
此时g(x)的减区间为(-∞,0),(6,+∞),无增区间;
当a>1时,g(x)在(-∞,0),(6,+∞)上单调递增,
此时g(x)的增区间为(-∞,0),(6,+∞),无减区间.
(3)由loga(an)<loga(am),m<n,得0<a<1,
又an>0,am>0,得m>0,n>0,所以6<m<n.
所以g(x)在(6,+∞)上单调递减,则g(x)在[m,n]上的值域为[g(n),g(m)],
得即
所以m,n是方程=ax即ax2-x+6=0在(6,+∞)的两个不同的根,
则解得0 <a<.
所以存在满足题意的m,n,此时a的取值范围为.
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