内容正文:
微专题19 基本初等函数、函数与方程
1.指数函数与对数函数的图象与性质
(1)指数函数y=ax(a>0,a≠1)与对数函数y=logax(a>0,a≠1)的图象和性质,分0<a<1,a>1两种情况讨论.当a>1时,两函数在定义域内都为增函数,当0<a<1时,两函数在定义域内都为减函数.
(2)底数互为倒数的两指数函数的图象关于y轴对称;底数互为倒数的两对数函数的图象关于x轴对称.
2.函数的零点问题
(1)三个等价关系:方程f(x)=0有实数根⇔函数y=f(x)有零点⇔函数y=f(x)的图象与x轴有公共点.
(2)确定函数零点的常用方法:
①直接解方程;
②利用函数零点存在定理求解;
③数形结合,利用两函数图象的交点求解.
微点一 基本初等函数的图象与性质
例1 (1)在同一平面直角坐标系中,函数y=loga(-x),y=(a>0,且a≠1)的图象可能是(C)
解析 因为函数y=loga(-x)的图象与函数y=logax的图象关于y轴对称,所以函数y=loga(-x)的图象恒过定点(-1,0),故选项A,B错误.当a>1时,函数y=logax在(0,+∞)上单调递增,所以函数y=loga(-x)在(-∞,0)上单调递减,而y=(a>1)在(-∞,0)和(0,+∞)上单调递减,故D错误,C正确.
(2)已知函数f(x)=log5(ax-2)在[1,+∞)上单调递增,则a的取值范围是(C)
A.(1,+∞) B.[ln 2,+∞)
C.(2,+∞) D.[2,+∞)
解析 若f(x)=log5(ax-2)在[1,+∞)上单调递增,则必然在x=1处有定义,所以a1-2>0,即a>2.若a>2,则当x≥1时,ax-2≥a-2>0,所以f(x)在[1,+∞)上有定义,再由a>2知ax-2在R上单调递增,所以f(x)在[1,+∞)上单调递增,故a的取值范围是(2,+∞).
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(1)指数函数、对数函数的图象与性质会受底数a的影响,解决指数函数、对数函数问题时,首先要看底数a的取值范围.
(2)基本初等函数的图象和性质是统一的,在解题中可相互转化.
训练1 (1)(2023·天津高考)若a=1.010.5,b=1.010.6,c=0.60.5,则a,b,c的大小关系为(D)
A.c>a>b B.c>b>a
C.a>b>c D.b>a>c
解析 解法一:因为函数f(x)=1.01x是增函数,且0.6>0.5>0,所以1.010.6>1.010.5>1,即b>a>1;因为函数g(x)=0.6x是减函数,且0.5>0,所以0.60.5<0.60=1,即c<1.综上,b>a>c.故选D.
解法二:因为函数f(x)=1.01x是增函数,且0.6>0.5,所以1.010.6>1.010.5,即b>a;因为函数h(x)=x0.5在(0,+∞)上单调递增,且1.01>0.6>0,所以1.010.5>0.60.5,即a>c.综上,b>a>c.故选D.
(2)(2025·徐州模拟)已知函数f(x)=2ax2-x+1的值域为M.若(1,+∞)⊆M,则实数a的取值范围是(B)
A.
B.
C.∪
D.
解析 当a=0时,f(x)=2-x+1∈(0,+∞),符合题意;当a≠0时,因为函数f(x)=2ax2-x+1的值域为M,且满足(1,+∞)⊆M,由指数函数的单调性可知,二次函数y=ax2-x+1的最小值ymin≤0,当a>0时,依题意有y=ax2-x+1的最小值≤0,即0<a≤;当a<0时,不符合题意.综上,0≤a≤.
微点二 函数的零点
考向1 函数零点的判断
例2 (1)(2025·天津高考)函数f(x)=0.3x-的零点所在区间是(B)
A.(0,0.3) B.(0.3,0.5)
C.(0.5,1) D.(1,2)
解析 易知f(x)单调递减,又f(0)=1>0,f(0.3)=0.30.3-=0.30.3-0.30.5>0,f(0.5)=0.30.5-=-<0,所以f(x)的零点所在区间是(0.3,0.5),故选B.
(2)(2023·全国甲卷)函数y=f(x)的图象由函数y=cos的图象向左平移个单位长度得到,则y=f(x)的图象与直线y=x-的交点个数为(C)
A.1 B.2 C.3 D.4
解析 因为y=cos的图象向左平移个单位长度所得函数为y=cos=cos=-sin 2x,所以f(x)=-sin 2x,而y=x-显然过与(1,0)两点,
作出y=f(x)与y=x-的大致图象如图所示,考虑2x=-,2x=,2x=,即x=-,x=,x=处f(x)与y=x-的大小关系,当x=-时,f=-sin=-1,y=×-=-<-1;当x=时,f=-sin=1,y=×-=<1;当x=时,f=-sin=1,y=×-=>1.所以由图可知,f(x)的图象与直线y=x-的交点个数为3.
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判断函数零点个数的方法
(1)利用零点存在定理判断.
(2)代数法:求方程f(x)=0的实数根.
(3)几何法:对于不易求根的方程,将它与函数y=f(x)的图象联系起来,利用函数的性质找出零点或利用两个函数图象的交点求解.
考向2 函数零点的应用
例3 (2025·江西模拟)已知函数f(x)=(x2-4x+m)(4-m-1)恰有3个零点,则m的取值范围是_(-1,0)∪(0,3)∪(3,4)_.
解析 令f(x)=(x2-4x+m)(4-m-1)=0,得m=-x2+4x或m=4-1.
令g(x)=-x2+4x,h(x)=4-1,作出两函数的大致图象,如图所示,这两个函数图象的交点为(0,0),(3,3),因为g(x)max=4,h(x)>-1,所以由图可知m的取值范围是(-1,0)∪(0,3)∪(3,4).
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利用函数零点的情况求参数值(或取值范围)的三种方法
训练2 (1)设c∈R,函数f(x)=若f(x)恰有一个零点,则c的取值范围是(D)
A.(0,1) B.{0}∪[1,+∞)
C. D.{0}∪
解析 画出函数g(x)=的图象如图所示.函数f(x)=可由g(x)=分段平移得到,易知当c=0时,
函数f(x)恰有一个零点,满足题意;当c<0时,代表图象往上平移,显然没有零点,不符合题意;当c>0时,图象往下平移,若当0<2c<1时,函数有两个零点;若当2c≥1,即当c≥时,f(x)恰有一个零点,满足题意.综上,可得c的取值范围是{0}∪.故选D.
(2)定义在R上的偶函数f(x)满足f(x-1)=f(x+1),且当x∈[-1,0]时,f(x)=x2,函数g(x)是定义在R上的奇函数,当x>0时,g(x)=lg x,则函数h(x)=f(x)-g(x)的零点的个数是_11_.
解析 因为f(x-1)=f(x+1),所以f(x)=f(x+2),则f(x)的周期为2,又f(x)为偶函数,且当x∈[-1,0]时,f(x)=x2,所以可利用f(x)的周期性与奇偶性作出f(x)的大致图象,因为g(x)是定义在R上的奇函数,当x>0时,g(x)=lg x,所以函数y=g(x)的大致图象如图所示.考虑特殊位置,当x=-1时,f(-1)=1,g(-1)=-g(1)=-lg 1=0;当x=9时,f(9)=f(1)=f(-1)=1,g(9)=lg 9<1;当x=11时,f(11)=f(1)=1,g(11)=lg 11>1,函数h(x)=f(x)-g(x)的零点个数即函数y=f(x)与函数y=g(x)图象的交点个数,所以由图象可知函数y=f(x)与函数y=g(x)图象的交点个数为11(不要忽略原点).
微点三 函数模型及其应用
例4 (1)(2025·北京高考)在一定条件下,某人工智能大语言模型训练N个单位的数据量所需要时间T=klog2N(单位:小时),其中k为常数.在此条件下,已知训练数据量N从106个单位增加到1.024×109个单位时,训练时间增加20小时;当训练数据量N从1.024×109个单位增加到4.096×109个单位时,训练时间增加(单位:小时)(B)
A.2 B. 4 C. 20 D. 40
解析 设当N取106个单位、1.024×109个单位、4.096×109个单位时所需时间分别为T1,T2,T3,由题意,T1=klog2106=6klog210,T2=klog2(1.024×109)=klog2(210×106)=k(10+6log210),T3=klog2(4.096×109)=klog2(212×106)=k(12+6log210),因为T2-T1=k(10+6log210)-6klog210=10k=20,所以k=2,所以T3-T2=k(12+6log210)-k(10+6log210)=2k=4,所以当训练数据量N从1.024×109个单位增加到4.096×109个单位时,训练时间增加4小时.故选B.
(2)(2025·江西一模)经研究发现湟鱼的游速可以表示为函数v=log3(单位:m/s),θ表示湟鱼的耗氧量的单位数.若某条湟鱼把游速提高2 m/s,则它的耗氧量的单位数是原来的(D)
A.2倍 B.4倍 C.9倍 D.81倍
解析 设原来和现在的耗氧量的单位数分别为θ1,θ2,则log3=log3+2,所以log3=4,所以=34=81,所以耗氧量的单位数是原来的81倍.故选D.
训练3 (多选题)某大型商场开业期间为吸引顾客,推出“单次消费满100元可参加抽奖”的活动,奖品为本商场现金购物卡,可用于以后在该商场消费.已知抽奖结果共分5个等级,等级x与购物卡的面值y(元)的关系式为y=eax+b+k,三等奖比四等奖的面值多100元,比五等奖的面值多120元,且四等奖的面值是五等奖的面值的3倍,则(ACD)
A.a=-ln 5
B.k=15
C.一等奖的面值为3 130元
D.三等奖的面值为130元
解析 由题意可知,四等奖比五等奖的面值多20元,所以=e-a==5,则a=-ln 5,故A正确.由(e3a+b+k)-(e4a+b+k)=e3a+b(1-ea)=100,可知e3a+b=125.因为四等奖的面值是五等奖的面值的3倍,所以e4a+b+k=3(e5a+b+k),解得k=5,故B错误.三等奖的面值为e3a+b+k=125+5=130元,故D正确.由ea+b+k=e3a+b·e-2a+k=125×25+5=3 130,故一等奖的面值为3 130元,故C正确.故选ACD.
1.(2024·天津高考)若a=4.2-0.3,b=4.20.3,c=log4.20.2,则a,b,c的大小关系为(B)
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,故选B.
2.(2020·全国Ⅰ卷)设alog34=2,则4-a=(B)
A. B. C. D.
解析 因为alog34=2,所以log34a=2,则有4a=32=9,所以4-a==,故选B.
3.(2021·全国甲卷)青少年视力是社会普遍关注的问题,视力情况可借助视力表测量,通常用五分记录法和小数记录法记录视力数据,五分记录法的数据L和小数记录法的数据V满足L=5+lg V.已知某同学视力的五分记录法的数据为4.9,则其视力的小数记录法的数据约为(≈1.259)(C)
A.1.5 B.1.2 C.0.8 D.0.6
解析 4.9=5+lg V⇒lg V=-0.1⇒V=10-=≈≈0.8,所以该同学视力的小数记录法的数据约为0.8.故选C.
4.(2023·新课标Ⅰ卷)(多选题)噪声污染问题越来越受到重视.用声压级来度量声音的强弱,定义声压级Lp=20×lg,其中常数p0(p0>0)是听觉下限阈值,p是实际声压,下表为不同声源的声压级:
声源
与声源的距离/m
声压级/dB
燃油汽车
10
60~90
混合动力汽车
10
50~60
电动汽车
10
40
已知在距离燃油汽车、混合动力汽车、电动汽车10 m处测得实际声压分别为p1,p2,p3,则(ACD)
A.p1≥p2 B.p2>10p3
C.p3=100p0 D.p1≤100p2
解析 因为Lp=20×lg随着p的增大而增大,且Lp1∈[60,90],Lp2∈[50,60],所以Lp1≥Lp2,所以p1≥p2,故A正确;假设p2>10p3,则p010>10p010,所以10->10,所以Lp2-Lp3>20,不可能成立,故B不正确;由Lp=20×lg,得p=p010.因为Lp3=40,所以p3=p010=100p0,故C正确;因为==10-+2≥1,所以p1≤100p2,故D正确.综上,选ACD.
5.(2024·全国甲卷)已知a>1且-=-,则a=_64_.
解析 根据题意有-=-,即3loga2-=-,设t=loga2(a>1),则t>0,故3t-=-,得t=(t=-1舍去),所以loga2=,所以a=2,所以a=64.
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