内容正文:
基本初等函数、函数与方程
习题讲评(二)
(1)基本初等函数考查点主要涉及指数式和对数式的运算,指、对、幂比较大小,指、对、幂函数的图象及应用.
(2)函数的零点个数及参数范围可单独考查,也可渗透在导数大题中考查,应特别关注.
(3)函数模型及应用是近几年高考的热点,常涉及指数函数、对数函数模型,主要考查指、对数式的运算.
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CONTENTS
目录
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教学点(一) 基本初等函数的图象
与性质
教学点(二) 函数模型及其应用
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教学点(三) 函数与方程
基本初等函数的图象与性质
教学点(一)
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[例1] (2025·全国Ⅰ卷)若实数x,y,z满足2+log2x=3+log3y=5+log5z,
则x,y,z的大小关系不可能是 ( )
A.x>y>z B.x>z>y C.y>x>z D.y>z>x
B
解析:法一:数形结合法
设2+log2x=3+log3y=5+log5z=t,则x=2t-2=f(t),y=3t-3=g(t),z=5t-5=
h(t).根据指数函数的单调性,易知各方程只有一个根,
在同一平面直角坐标系中画出函数f(t),g(t),h(t)
的图象,(提示:可先画出y=2t,y=3t,y=5t的图象,
然后分别向右平移2,3,5个单位长度,即可得到函
数f(t),g(t),h(t)的图象)由图可知x,y,z
的关系不可能为x>z>y,故选B.
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法二:特殊值法
令2+log2x=3+log3y=5+log5z=0,得x=,y=,z=,此时x>y>z;
令2+log2x=3+log3y=5+log5z=5,得x=8,y=9,z=1,此时y>x>z;
令2+log2x=3+log3y=5+log5z=8,得x=26=64,y=35=243,z=53=125,
此时y>z>x.故选B.
拓展延伸:(1)在对数式、指数式的互化运算中,要注意灵活运用定义、性质和运算法则.
(2)对于连等式可令其等于k(k>0),然后将指数互化.
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[例2] (2025·临汾三模)已知f(x)=log2(1+4-x)+x,则满足f(2m-3)<f(m)的实数m的取值范围为 ( )
A.(1,3) B.
C.(-∞,3) D.(3,+∞)
A
解析:由f(x)=log2(1+4-x)+x,易知其定义域为R,由f(-x)-f(x)=
log2(1+4x)-x-log2(1+4-x)-x=log2-2x=log24x-2x=2x-2x=0,
则函数f(x)为偶函数,f(x)=log2(1+4-x)+x=log2(1+2-2x)+log22x
=log2(2x+2-x).
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由y=2x在R上单调递增,y=x+在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,则y=2x+在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,即函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上单调递减.
由f(2m-3)<f(m),则|2m-3|<|m|,即(2m-3)2<m2,(利用函数的单调性与奇偶性将“f”号脱掉,使其转化为关于m的不等式求解)
整理可得3m2-12m+9<0,分解因式可得(m-3)(m-1)<0,解得1<m<3.
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拓展延伸:对勾函数y=ax+(a>0,b>0)的图象和性质
(1)图象:
(2)性质:①定义域: (-∞,0)∪(0,+∞);
值域:(-∞,-2]∪[2,+∞).
②奇偶性:奇函数.
③单调性:在区间,上单调
递增,在,上单调递减.
④渐近线:y轴,直线y=ax.
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|思|维|建|模|
(1)对数函数与指数函数的单调性都取决于其底数的取值,当底数a的值不确定时,要注意分a>1和0<a<1两种情况讨论;
(2)由指数函数、对数函数与其他函数复合而成的函数,往往通过换元法转化为若干个基本初等函数,然后根据复合函数的性质与相关函数的性质之间的关系进行判断.
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[练1] (2025·保定一模)[多选]下列不等式成立的有 ( )
A.log0.30.2>log0.20.3 B.0.30.2>0.20.3
C.log30.2<log20.2 D.30.2<20.3
即时训练
AB
解析:对于A,log0.30.2>log0.30.3=1,log0.20.3<log0.20.2=1,
故log0.30.2>log0.20.3,故A正确;
对于B,0.30.2>0.30.3>0.20.3,故0.30.2>0.20.3,故B正确;
即时训练
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对于C, 由于log30.2<0,log20.2<0,故===log23>1,故log30.2>log20.2,故C错误;
对于D,30.2=,20.3=,因为=32=9,=8,
所以>,故30.2>20.3,故D错误.故选AB.
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拓展延伸:比较幂、指、对数式的常用方法:
(1)求同存异法比较大小,如果两个指数或对数的底数相同,则可通过真数的大小与指数、对数函数的单调性判断出指数或对数的大小关系,要熟练运用指数、对数公式、性质,尽量将比较的对象转化为某一部分相同的形式.
(2)利用特殊值作“中间量”,在指数、对数中通常可优先选择
“-1,0,,1”对所比较的数进行划分,然后再进行比较.
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[练2] (2025·武汉模拟)已知正数a,b满足log3a=log4b,则a与b的关系不可能是 ( )
A.b<a<1 B.a<<1
C.1<a<b D.1<a<
D
解析:设log3a=log4b=t,则a=3t,b=4t,即=2t.
当t<0时,y=xt在(0,+∞)上为减函数,而函数y=2x在R上为增函数,则20=1>2t>3t>4t,即b<a<<1,故A、B可能成立;当t=0时,
则3t=4t=1,即b=a=1;当t>0时,y=xt在(0,+∞)上单调递增,
则20=1<2t<3t<4t,即1<<a<b,故C可能成立,D不可能成立.
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[练3] (2025·合肥三模)已知f(x)=|ln(x-a)|,其中a>0,若f(x1)
=f(x2),x1≠x2,a(x1+x2)<x1x2,则a的取值范围为 ( )
A.(1,+∞) B.(2,+∞)
C.(1,2) D.(0,1)
D
解析:由题意,得f(x)的定义域为(a,+∞),
因为f(x)=|ln(x-a)|=
根据y=ln x的函数图象以及图象变换可画出f(x)的函数图象,
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则f(x)在(a+1,+∞)上单调递增,在(a,a+1)内单调递减.
不妨设0<a<x1<x2,又f(x1)=f(x2),
f(x1)=-ln(x1-a),f(x2)=ln(x2-a),
则-ln(x1-a)=ln(x2-a),即(x2-a)(x1-a)=1,
则x1x2-a(x1+x2)+a2=1.因为a(x1+x2)<x1x2,
所以1-a2>0,解得-1<a<1,则0<a<1,故a的取值范围为(0,1).
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函数模型及其应用
教学点(二)
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[典例] (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) ( )
A.2 B.4
C.20 D.40
B
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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,得T1=klog2106=6klog210,
(解题提示:公式logaMn=nlogaM(n∈R)的应用)
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.
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|思|维|建|模|
1.已知函数模型解决实际问题的关键
(1)认清所给函数模型,弄清哪些量为待定系数.
(2)根据已知利用待定系数法,确定模型中的待定系数.
(3)利用该函数模型,借助函数的性质、导数等求解实际问题,并进行检验.
2.解决函数模型应用问题的卡壳点
(1)错误理解题意,不能把实际应用问题转化为指数、对数的运算问题;
(2)运算失误,没有熟练掌握指数、对数的运算法则及性质,不能借此得到正确的结果.
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[练1] 已知火箭的最大速度v(单位:km/s)与燃料质量M(单位:kg)、火箭(除燃料外)的质量m(单位:kg)的函数关系为v=2ln.若已知火箭的质量为3 100 kg,火箭的最大速度为11 km/s,则火箭需要加注的燃料质量为(参考数值:ln 2≈0.69,ln 244.69≈5.50,结果精确到0.01 t,
1 t=1 000 kg)( )
A.890.23 t B.755.44 t
C.244.69 t D.243.69 t
即时训练
即时训练
B
即时训练
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解析:根据题意,知m=3 100,令v=2ln=11,
则ln=ln e11,所以=e11,则1+=e5.5,
即=e5.5-1≈eln 244.69-1=244.69-1=243.69,
所以M=3 100×243.69=755 439 kg≈755.44 t.
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[练2] 夏季天气炎热,某教室上课关门窗开空调,造成二氧化碳含量增加,按照《中小学校教室换气卫生要求》(GB/T177226-2017)规定,中小学校教室内二氧化碳日均最高容许浓度不得超过0.10%,经检测,该教室某日刚下课时,空气中二氧化碳浓度为0.14%,记下课开窗通风
t分钟后教室内的二氧化碳浓度为y%,且y随时间t(单位:分钟)的变化规律可以用函数y=k∞+(k0-k∞)描述,k0%是二氧化碳初始浓度,k∞=0.03,则该教室内的二氧化碳浓度不超过0.10%需要的时间t的最小整数值为(参考数据:ln 7≈1.946,ln 11≈2.398)( )
A.3 B.4
C.5 D.6
C
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解析:由题意可知,y=0.03+(0.14-0.03)=0.03+0.11,
即0.03+0.11≤0.1,则≤,
解得 t≥10(ln 11-ln 7)≈10×(2.398-1.946)=4.52,
所以该教室内的二氧化碳浓度不超过0.10%需要的时间t的最小整数值为5.
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函数与方程
教学点(三)
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[例1] (2025·长沙二模)若函数f(x)=与直线y=a恰有三个交点,则a的取值范围是( )
A.[1,2] B.(1,2)
C.(1,2] D.[1,2)
D
解析:画出f(x)的图象,
由图象可知a的取值范围是[1,2).
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习得方略:翻折变换的类型
(1)水平方向:f(x)→f(|x|)=“保留y轴及其右侧图象,并将y轴右侧图象翻折到y轴左侧”.
(2)竖直方向:f(x)→|f(x)|=“保留x轴及其上方图象,并将x轴下方图象翻折到x轴上方”.
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|思|维|建|模|
根据函数零点个数或方程有根求参数的值(取值范围)
直接法 利用零点构建关于参数的方程(组)或不等式(组),直接求解
参数
分离法 将参数与自变量分离,转化为求函数的最值或值域的问题加以解决
数形
结合法 对f(x)=0适当变形,将函数零点的问题转化为两个函数图象的交点问题,利用数形结合法求解
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[例2] (2025·长沙三模)已知函数 f(x)=则方程
f(x)=-x+的根的个数为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
B
解析:当x≥0时,f(x)=f(x-2),
故2是f(x)的一个周期.
又0≤x<2时,-2≤x-2<0,
则f(x)=f(x-2)=ex-2,令g(x)=-x+,
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作出函数y=f(x)和y=g(x)的函数图象.
因为f(2)=f(0)=f(-2)=e-2<g(2)=,
f(4)=f(2)=e-2>g(4)=0,
结合图象可知,f(x)和g(x)的函数图象交点个数为3.
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|思|维|建|模| 求解函数零点个数的基本方法
直接法 令f(x)=0,方程有多少个解,则f(x)有多少个零点
定理法 利用函数零点存在定理时往往还要结合函数的单调性、奇偶性等
图象法 一般是把函数拆分为两个简单函数,依据两函数图象的交点个数得出函数的零点个数
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[例3] (多选)已知函数f(x)=若函数y=f(x)
-m有4个不同的零点x1,x2,x3,x4,且x1<x2<x3<x4,则下列结论正确的是( )
A.0<m<1
B.x1x2=1
C.x3+x4=4
D.的取值范围为(4+,6)
ABD
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解析:由题得f(x)=
作出y=f(x)和y=m的图象,如图所示.因为函数y=
f(x)-m有4个不同的零点x1,x2,x3,x4,且x1<x2
<x3<x4,所以0<m<1.令f(x)=m,则由图可知log2x2=-log2x1,x3+x4=8,故x1x2=1,x3+x4=8,0<m<1,故C错误,A、B正确;
令x2-8x+13=1,则x=2或x=6;令x2-8x+13=0,则x=4-或x=4+,所以4+<x4<6,所以=x4∈(4+,6),故D正确.
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习得方略:(1)判断两零点是否“轴对称”,一旦满足了对称性,两零点之和为定值.
(2)以数形结合的方法确定零点的取值范围.
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[练1] (2025·天津高考)函数f(x)=0.3x-的零点所在区间是( )
A.(0,0.3) B.(0.3,0.5)
C.(0.5,1) D.(1,2)
即时训练
B
解析:法一 易知y=0.3x与y=-在[0,+∞)上单调递减,所以f(x)在[0,+∞)上单调递减.f(0)=1>0,f(0.3)=0.30.3-0.>0,f(0.5)=-<0,f(1)=-0.7<0,f(2)=0.09-<0,根据函数零点存在定理,可得零点所在区间是(0.3,0.5).故选B.
即时训练
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法二:特值法 依据二分法,直接选取区间最小的验证.因为y=0.3x
与y=-在[0,+∞)上单调递减,f(0.5)=-<0,f(0.3)=0.30.3-0.30.5>0,故B正确.
法三:数形结合 令f(x)=0,则0.3x=,即求
g(x)=0.3x与h(x)=的图象交点横坐标所在
的范围.因为g(0.5)=,h(0.5)=,
y=在[0,+∞)上单调递增,所以g(0.5)<h(0.5).
因为g(0.3)=0.30.3,h(0.3)=0.30.5,y=0.3x为减函数,
所以g(0.3)>h(0.3),所以图象交点横坐标所在范围为(0.3,0.5).
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易错提醒:函数零点存在定理使用两大误区
误区1 忽视定义域,对于函数在整个定义域上不连续或单调性发生变化的情况,使用函数零点存在定理要分区间进行,在各个小区间上分别研究,这样才能保证得到的答案是全面的、正确的
误区2 不会赋值,在单调区间内找两个符号相反的函数值时,一般直接猜数赋值,若行不通,则通过局部确定范围或消项,借助放缩法、分析法等,探究合适的赋值
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[练2] 已知函数f(x)=|ln(x+1)|-k有两个零点a,b(a<b),则a+
2(b+1)的取值范围为___________.
(2,+∞)
解析:易知函数f(x)的定义域为(-1,+∞),令f(x)=0,
得|ln(x+1)|=k,,
①处,数形结合时,要注意作出相对准确的图象,重点关注函数的临界值、极值、单调性等,如y=|ln(x+1)|的图象以直线x=-1为渐近线;
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函数f(x)=|ln(x+1)|-k有两个零点a,b(a<b),
由图易知k>0,-1<a<0,b>0,
且-ln(a+1)=ln(b+1)=k,得b+1=,.
令a+1=t,则t∈(0,1),则a+2(b+1)=t+-1(0<t<1).
易知y=t+-1在区间(0,1)上单调递减,则y=t+-1>2,
所以a+2(b+1)的取值范围为(2,+∞).
②处,看似符合“基本不等式”模型,实则不满足基本不等式的取等条件,故可通过换元法,利用函数的单调性求范围,换元时注意新元的取值范围.
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本课结束
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