内容正文:
第1讲 函数的图象与性质 ▶ 对应学生用书P1
【考情分析】 1.函数的图象与性质是高考考查的重点和热点,主要考查函数的定义域与值域、分段函数、函数图象的识别与应用以及函数性质(单调性、奇偶性、周期性、对称性)的综合应用,难度属于中等及以上. 2.此部分内容多以选择题、填空题的形式出现,有时在压轴题的位置,多与导数、不等式、创新性问题相结合命题.
1.(2025·全国Ⅰ卷)已知f(x)是定义在R上且周期为2的偶函数,当2≤x≤3时,f(x)=5-2x,则f(-)=( )
A.- B.-
C. D.
解析:选A.当x∈[-1,0]时,-x+2∈[2,3],所以当x∈[-1,0]时,f(x)=f(-x)=f(-x+2)=5-2(-x+2)=1+2x,所以f(-)=1-=-.
2.(2025·天津卷)已知函数y=f的图象如图所示,则f的解析式可能为( )
A.f(x)= B.f(x)=
C.f(x)= D.f(x)=
解析:选D.由题图可知函数f(x)的定义域为{x|x≠±1},且f(x)为偶函数,易得f(x)=与f=均为奇函数,排除选项A,B.由题图可知当x>1时,f(x)>0,易得当x>1时,f=<0,f=>0,排除C.
3.(2024·全国Ⅰ卷)已知函数f(x)=在R上单调递增,则a的取值范围是( )
A.(-∞,0] B.[-1,0]
C.[-1,1] D.[0,+∞)
解析:选B.因为函数f(x)在R上单调递增,且当x<0时,f=-x2-2ax-a,所以f=-x2-2ax-a在(-∞,0)上单调递增,所以-a≥0,即a≤0;当x≥0时,f=ex+ln(x+1),所以函数f(x)在[0,+∞)上单调递增.若函数f(x)在R上单调递增,则-a≤f(0)=1,即a≥-1.综上,实数a的取值范围是[-1,0].
4.(2022·新高考Ⅱ卷)若函数f(x)的定义域为R,且f(x+y)+f(x-y)=f(x)f(y),f(1)=1,则f(k)=( )
A.-3 B.-2
C.0 D.1
解析:选A.因为f(x+y)+f(x-y)=f(x)f(y),令x=1,y=0,可得2f(1)=f(1)f(0),所以f(0)=2,令x=0,可得f(y)+f(-y)=2f(y),即f(y)=f(-y),所以函数f(x)为偶函数,令y=1,得f(x+1)+f(x-1)=f(x)f(1)=f(x),即有f(x+2)+f(x)=f(x+1),从而可知f(x+2)=-f(x-1),f(x-1)=-f(x-4),故f(x+2)=f(x-4),即f(x)=f(x+6),所以函数f(x)的一个周期为6.
因为f(2)=f(1)f(1)-f(0)=1-2=-1,f(3)=f(2)f(1)-f(1)=-1-1=-2,f(4)=f(-2)=f(2)=-1,f(5)=f(-1)=f(1)=1,f(6)=f(0)=2,所以一个周期内的f(1)+f(2)+…+f(6)=0.由于22除以6余4,
所以f(k)=f(1)+f(2)+f(3)+f(4)=1-1-2-1=-3.
考点1 函数的概念与表示
1.复合函数的定义域
(1)若f(x)的定义域为[m,n],则在f(g(x))中,由m≤g(x)≤n解得x的范围即为f(g(x))的定义域.
(2)若f(g(x))的定义域为[m,n],则由m≤x≤n得到g(x)的范围,即为f(x)的定义域.
2.分段函数
分段函数的定义域等于各段函数的定义域的并集,值域等于各段函数值域的并集.
(1)已知函数y=f的定义域是,则y=的定义域是( )
A. B.
C. D.
解析:选A.因为函数y=f的定义域是,所以x∈,2x-1∈,所以y=f(x)的定义域为,
又因为x+2>0,即x>-2,所以-2<x≤5,
所以函数y=的定义域为(-2,5].
(2)已知f(x)=则不等式f(x)<2的解集是( )
A.(-∞,2) B.(-∞,3)
C.[0,3) D.(3,+∞)
解析:选B.当x<0时,不等式f(x)<2可化为-x2-2x<2,所以x2+2x+2>0,可得x<0;
当x≥0时,不等式f(x)<2可化为log2<2,所以x+1<4,且x+1>0,所以0≤x<3.
所以不等式f(x)<2的解集是(-∞,3).
[规律方法] (1)解决抽象函数定义域问题时,谨记f(g(x))中g(x)的值域与f(x)中x的范围相同.
(2)对于分段函数的求值(解不等式)问题,必须依据条件准确地找出利用哪一段求解.
对点练1.(1)(多选)下列命题中,正确的是( )
A.函数v=与u=表示同一函数
B.函数v=x2-2x+2与u=t2-2t+2是同一函数
C.函数y=f(x)的图象与直线x=2 026的图象至多有一个交点
D.函数f(x)=-x,则f=0
解析:选BC.对于A:v==因为两函数的定义域不相同,故不是同一函数,故A错误;
对于B:函数v=x2-2x+2与u=t2-2t+2定义域相同,解析式一致,故是同一函数,故B正确;
对于C:根据函数的定义可知,函数y=f(x)的图象与直线x=2 026的图象至多有一个交点,故C正确;
对于D:因为f(x)=-x,所以f=-=0,则f=f=-0=1,故D错误.
(2)设x∈R,用表示不超过x的最大整数,例如:[-3.7]=-4,[2.3]=2.已知函数f(x)=则y=[f(x)]的值域为( )
A. B.
C. D.
解析:选A.当x≤0时,f(x)=2x∈,此时y==0或1;
当0<x≤时,f(x)=4x∈,此时y==0或1;
当x>时,f(x)=-1∈,
此时y==-1.
所以y=的值域为.
考点2 函数的图象
1.作函数图象有两种基本方法:一是描点法;二是图象变换法,其中图象变换有平移变换、伸缩变换、对称变换.
2.利用函数图象可以判断函数的单调性、奇偶性,作图时要准确画出图象的特点.
角度1 函数图象的识别
(2025·江西赣州一模)函数f(x)=cos πx的部分图象大致为( )
解析:选A.函数f(x)的定义域为∪(0,+∞),函数f=cos=-cos πx=-f(x),f(x)是奇函数,所以排除B,C;又当x>0时,函数f(x)在原点附近的零点为和1,可取大于0且接近于0的一个数,如0.1,得f=cos<0,所以排除D.
角度2 函数图象的变换及应用
(1)函数y=f(x)的图象如图1所示,则如图2所示的函数图象所对应的函数解析式可能为( )
A.y=f B.y=-f
C.y=f D.y=-f
解析:选B.函数y=f(x)的图象如题图1,关于y轴对称可得y=f(-x),
再将y=f(-x)的纵坐标不变,横坐标伸长为原来的2倍得y=f(-x),
再将y=f(-x)的图象向右平移2个单位长度得y=f[-(x-2)]=f(1-x),即得
再将f(1-x)的图象沿x轴翻折可得-f(1-x),即得题图2.
(2)已知函数f(x)=若方程f(x)=m(m≠1)有四个解,分别为x1,x2,x3,x4,其中x1<x2<x3<x4,则+++的取值范围是 .
解析:作出函数f(x)=的图象,由f(x)=m(m≠1)有4个解x1,x2,x3,x4,得0<m≤4.
当x≤1时,由x2+2x+1=m,得x2+2x+1-m=0,则x1+x2=-2,x1x2=1-m,
于是+==∈(-∞,-2)∪[,+∞),
当x>1时,由|ln(x3-1)|=|ln(x4-1)|,得ln(x3-1)+ln(x4-1)=0,
即(x3-1)(x4-1)=1,整理得+=1,
所以+++的取值范围是(-∞,-1)∪[,+∞).
答案:∪
对点练2.(1)(2025·天津河东二模)如图所示,图象对应的函数解析式为( )
A.f(x)= B.f(x)=
C.f(x)= D.f(x)=
解析:选D.对于A,因为f(x)=,x∈∪,所以f(-x)===-f(x),即函数f(x)=是奇函数,故A错误;
对于B,因为f(x)=,x∈R,所以f(-x)===f(x),所以f(x)=是偶函数,当x=时,f()==0,故B错误;
对于C,因为f(x)=,x∈R,所以f(-x)==-=-f(x),所以f(x)=是奇函数,故C错误;
对于D,因为f(x)=,x∈∪,所以f(-x)====f(x),所以f(x)=是偶函数,f>0,符合题意,故D正确.
(2)已知定义在R上的函数f(x)的图象是一条连续不断的曲线,且f(x)满足f(x)=f,f(x)在区间上单调递减,f+f=0,则关于x的不等式<0的解集为( )
A. B.∪
C. D.∪
解析:选D.由f(x)=f得f(x)的图象关于直线x=2对称,
又f=f,得f+f=2f=0,解得f=f=0,
由f(x)在上单调递减,可知f(x)在上单调递增,
画出f(x)的大致图象如图所示,
结合图象及<0,可得或解得0<x<2或x>4,
故不等式<0的解集为(0,2)∪(4,+∞).
考点3 函数的图象与性质
1.函数的奇偶性
(1)定义:若函数的定义域关于原点对称,则有
f(x)是偶函数⇔ f(-x)=f(x)=f(|x|);
f(x)是奇函数⇔ f(-x)=-f(x).
(2)判断方法:定义法、图象法、奇偶函数性质法(如奇函数×奇函数=偶函数).
2.函数单调性判断方法:定义法、图象法、导数法.
3.函数的周期性
若函数f(x)满足f(x+a)=f(x-a)或f(x+2a)=f(x),则函数y=f(x)的周期为2|a|.
4.函数图象的对称中心和对称轴
(1)若函数f(x)满足关系式f(a+x)+f(a-x)=2b,则函数y=f(x)的图象关于点(a,b)对称.
(2)若函数f(x)满足关系式f(a+x)=f(b-x),则函数y=f(x)的图象关于直线x=对称.
角度1 单调性与奇偶性
(2025·山东泰安二模)定义在R上的奇函数f(x)在上单调递增,且f=0,则不等式≤0的解集为( )
A.∪
B.∪
C.∪
D.∪
解析:选D.由函数f(x)为奇函数,且在上单调递增,则函数f(x)在上单调递增,
且f=-f=0,f=0,
当x∈∪时,f(x)<0;当x∈(-,0)∪(,+∞)时,f(x)>0,
由当x∈时,x-2<0,当x∈时,x-2>0,
则不等式≤0的解集为∪.
角度2 奇偶性、周期性与对称性
(多选)(2025·河南驻马店模拟)已知函数f(x)是R上奇函数,g(x)是R上偶函数,且f(x)-g(1-x)=2,则( )
A.g(x)的图象关于点(1,-2)对称
B.f(x)是周期函数
C.f(2 026)=-1
D.g=-38
解析:选ABD.对于A,因为函数f(x)是R上奇函数,所以f(-x)=-f(x),
因为函数g(x)是R上偶函数,所以g(x)=g(-x),
对于f(x)-g(1-x)=2,取x为-x得:f(-x)-g(1+x)=2,即-f(x)-g(1+x)=2,
联立可得g(1-x)+g(1+x)=-4,
所以函数g(x)关于点(1,-2)对称,故A正确;
对于B,对于f(x)-g(1-x)=2,取x为x+1,
得f(x+1)-g(-x)=2,
因为g(x)=g(-x),所以f(x+1)-g(x)=2,
由A选项知-f(x)-g(1+x)=2,取x为x-1,得-f(x-1)-g(x)=2,
联立得f(x+1)+f(x-1)=0,
取x为x+1,得f(x+2)+f(x)=0,
取x为x+3,得f(x+4)+f(x+2)=0,
所以f(x)=f(x+4),所以函数f(x)是周期为4的周期函数,故B正确;
对于C,由函数f(x)是R上奇函数可知f(0)=0,g(1)=f(0)-2=-2,
因为g(x)是R上偶函数,所以g(-1)=g(1)=-2,
所以f(2)=2+g(-1)=2-2=0,
又因为f(x)是周期为4的周期函数,所以f(2 026)=f(2)=0,故C错误;
对于D,由A选项知g(1-x)+g(1+x)=-4,所以g()+g()=-4,g()+g()=-4,…,g()+g()=-4,
由C选项知g(1)=-2,所以g=-4×9+g=-36+g=-38,故D正确.
[反思感悟] (1)奇偶性与单调性:具有奇偶性的函数在关于原点对称的区间上,其图象、函数值、解析式和单调性联系密切,研究问题时可以转化到部分(一般取一半)区间上,注意偶函数常用结论f(x)=f(|x|);
(2)周期性:利用周期性可以转化函数的解析式、图象和性质,把不在已知区间上的问题转化到已知区间上求解;
(3)对称性:常围绕图象的对称中心或对称轴设置试题,利用图象对称中心或对称轴的性质简化所求问题.
对点练3.(1)(2025·江苏泰州一模)定义在R上的奇函数f(x)满足f(x)=f,且f(x)在上单调递增.设a=f,b=f,c=f,则( )
A.a<b<c B.c<b<a
C.b<a<c D.b<c<a
解析:选D.定义在R上的奇函数f(x)满足f(x)=f,则f(x)的图象的对称轴是x=2,
所以f(x)=f=-f,则f(x+4)=-f(x),
则f=-f=f(x),所以f(x)的周期是8,
所以b=f=f,c=f=f=f,
因为f(x)在上单调递增,所以b=f<c=f<a=f.
(2)(多选)已知定义在R上的函数f(x),g(x)满足f=f(x),g=-g(x),且f(2+x)=g(x)+1,则( )
A.f(x)的图象关于点对称
B.f(x)是周期函数
C.g(x)在R上单调递增
D.f=2 025
解析:选ABD.在f(2+x)=g(x)+1 ①中,用-x代替x,得f=g+1,
因g=-g(x),则f=g(-x)+1=-g(x)+1 ②,
①②两式相加可得f(2+x)+f=2,
因此f(x)的图象关于点对称,故A正确;
由A选项可知f(x)+f=2,
又f(x)为偶函数,则f=f,所以f(x)+f=2,可得f+f(x)=2,
则f=f,所以f(x)=f,
即f(x)是以8为周期的周期函数,故B正确;
对于C,易知g=0,则f=g+1=1,又f=f=f=1,所以g=f-1=0,则g=g,故C错误;
对于D,因f+f=1+1=2,则f(4k-2)=f+f+f+…+f=1 012×+f=1 012×2+1=2 025,故D正确.
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