内容正文:
主题二 函 数(必修第一册)
第二章 函 数
第5节 指数与指数函数
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主题二 第二章 函 数
高考总复习 数学(BS)
复盘 必备知识
01
跃升 关键能力
02
课时冲关
03
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课时作业
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主题二 第二章 函 数
高考总复习 数学(BS)
★[课程标准]
1.了解指数函数模型的实际背景.
2.理解有理数指数幂的含义,了解实数指数幂的意义,掌握幂的运算性质.
3.理解指数函数的概念,会画指数函数的图象.
4.理解指数函数的性质,并能简单应用.
1.指数幂的拓展
(1)正分数指数幂:给定正数a和正整数m,n(n>1,且m,n 互素 ),若存在唯一的正数b,使得 bn=am ,则称b为a的eq \f(m,n)次幂,记作b= ,这就是正分数指数幂.
当k为正整数时,分数指数幂满足: .有时,也把写成 eq \r(n,am) 的形式.
(2)负分数指数幂:给定正数a和正整数m,n(n>1,且m,n 互素 ),
2.有理指数幂的运算性质:aras=ar+s;(ar)s=ars;(ab)r=arbr,其中a>0,b>0,r,s∈Q.
(1)无理指数幂
一般地,给定正数a,对于任意的无理数α,规定:a-α=eq \f(1,aα).
(2)指数幂的运算性质
条件
指数幂的运算性质
a>0,b>0,
α,β为实数
aα·aβ= aα+β
(aα)β= aαβ
(ab)α= aα·bα
3.指数函数及其性质
(1)概念:形如y=ax(a>0且a≠1) 的函数叫做指数函数,其中指数x是自变量,函数的定义域是R,a是底数.
(2)指数函数值大小比较
函数y=ax和y=bx
a>b>1
0<a<b<1
①当x<0时,0<ax < bx< 1
①当x<0时,ax>bx> 1
②当x=0时,ax=bx= 1
②当x=0时,ax=bx= 1
③当x>0时,ax>bx> 1
③当x>0时,0<ax<bx< 1
(3)指数函数的图象和性质
a>1
0<a<1
图
象
性
质
(1)定义域: R
(2)值域: (0,+∞)
(3)过定点 (0,1) ,即x=0时,y= 1
性
质
(4)当x<0时, 0<y<1 ;当x>0时, y>1
(4)当x<0时, y>1 ;当x>0时, 0<y<1
(5)在R上是 增函数 当x值趋近于正无穷大时,函数值趋近于 正无穷大 ;
当x值趋近于负无穷大时,函数值趋近于 0
(5)在R上是 减函数 当x值趋近于正无穷大时,函数值趋近于 0 ;
当x值趋近于负无穷大时,函数值趋近于 正无穷大
对称性
函数y=ax与y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)))x(a>0,且a≠1)的图象关于 y轴 对称,且它们在R上单调性 相反
1.(eq \r(n,a))n=a(n∈N+).
2.eq \r(n,an)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a,n为奇数,,|a|=\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a,a≥0,,-a,a<0,))))n为偶数.
3.指数函数的图象与底数大小的比较
如图是指数函数(1)y=ax,(2)y=bx,(3)y=cx,
(4)y=dx的图象,底数a,b,c,d与1之间的大小关系为c>d>1>a>b.
规律:在y轴右(左)侧图象越高(低),其底数越大.
◆[思考辨析]
判断下列说法是否正确,正确的在它后面的括号里打“√”,错误的打“×”.
(1)eq \r(n,an)与(eq \r(n,a))n都等于a(n∈N+).( )
(2)2a·2b=2ab.( )
(3)函数y=3·2x与y=2x+1都不是指数函数.( )
(4)函数 (a>1)的值域是(0,+∞).( )
(5)函数y=2-x在R上为单调减函数.( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
◆[小题查验]
1.(BSD必修第一册P78例3改编)设a>0,m,n是正整数,且n>1,则下列各式中不正确的是( )
A.
B.
C.
D.
答案:A
2.(多选)已知指数函数f(x)=a-x(a>0,且a≠1),且f(-2)>f(-3),则a的可能取值为( )
A.eq \f(1,2)
B.2
C.eq \f(3,5)
D.4
解析:AC [由指数函数f(x)=a-x=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)))x(a>0,且a≠1),且f(-2)>f(-3),
根据指数函数单调性可知eq \f(1,a)>1,所以0<a<1.]
3.已知0<m<n<1,则指数函数①y=mx,②y=nx的图象为( )
解析:C [由0<m<n<1,∴y=mx,y=nx在R上单调递减,所以排除AB选项;令x=1,m<n,C项正确.]
4.已知,则a,b,c的大小关系是________.
解析:∵y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,5)))x是减函数,
答案:c<b<a
5.(忽视开偶次方规则致误)计算eq \r(3,1+\r(2)3)+eq \r(4,1-\r(2)4)= ________ .
解析:eq \r(3,1+\r(2)3)+eq \r(4,1-\r(2)4)=1+eq \r(2)+|1-eq \r(2)|=1+eq \r(2)+eq \r(2)-1=2eq \r(2).
答案:2eq \r(2)
根式与有理数指数幂的运算(基础点)
1.化简的结果为( )
A.-eq \f(2a,3b)
B.-eq \f(8a,b)
C.-eq \f(6a,b)
D.-6ab
解析:C [原式=-6ab-1=-eq \f(6a,b).]
2.化简:________(a>0).
答案:a2
3.已知14a=7b=4c=2,则eq \f(1,a)-eq \f(1,b)+eq \f(1,c)=________.
答案:3
指数幂运算的一般原则
(1)有括号的先算括号里的,无括号的先做指数运算.
(2)先乘除后加减,负指数幂化成正指数幂的倒数.
(3)底数是负数,先确定符号;底数是小数,先化成分数;底数是带分数的,先化成假分数.
(4)若是根式,应化为分数指数幂,尽可能用幂的形式表示,运用指数幂的运算性质来解答.
运算结果不能同时含有根号和分数指数,也不能既有分母又含有负指数.
指数函数的图象及应用
[典例] (1)函数f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))|x+1|的图象大致为( )
[解析] 作出函数y=eq \f(1,2|x|)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x,x≥0,,2x,x<0))的图象,如图所示,
将y=eq \f(1,2|x|)的图象向左平移1个单位得到f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))|x+1|的图象.
[答案] B
(2)当x>2时,函数y=4ax-1(a>0,且a≠1)的图象恒在函数y=3x-4的图象下方,则a的取值范围为____________.
[解析] 由题意,得当x>2时,不等式4ax-1<3x-4恒成立,即ax-1<eq \f(3,4)x-1,
令f(x)=ax-1,g(x)=eq \f(3,4)x-1,在同一平面直角坐标系中作出两个函数的图象,
当a>1时,如图所示,
由图可知,∀x∈R,ax-1>eq \f(3,4)x-1恒成立,故不满足题意;
当0<a<1时,如图所示,
由图可知,要∀x>2,ax-1<eq \f(3,4)x-1恒成立, 需
f(2)≤g(2),即a2-1≤eq \f(3,4)×2-1,解得a≤eq \f(1,2),
故0<a≤eq \f(1,2),综上可知,a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2))).
[答案] eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))
(3)若曲线|y|=2x+1与直线y=b没有公共点,则b的取值范围是________.
[解析] 曲线|y|=2x+1与直线y=b的图象如图所示,
由图象可得如果|y|=2x+1与直线y=b没有公共点,则b应满足的条件是b∈[-1,1].
[答案] [-1,1]
[互动探究]
1.若将本例(3)中“|y|=2x+1”改为“y=|2x-1|”,且与直线y=b有两个公共点,则b的取值范围是________.
解析:曲线y=|2x-1|与直线y=b的图象如图所示,由图象可得,如果曲线y=|2x-1|与直线y=b有两个公共点,则b的取值范围是(0,1).
答案:(0,1)
2.若将本例(3)改为:函数y=|2x-1|在(-∞,k]上单调递减,则k的取值范围是________.
解析:因为函数y=|2x-1|的单调递减区间为(-∞,0],所以k≤0,即k的取值范围为(-∞,0].
答案:(-∞,0]
3.若将本例(3)改为:直线y=2a与函数y=|ax-1|(a>0且a≠1)的图象有两个公共点,则a的取值范围是 ______ .
解析:y=|ax-1|的图象是由y=ax先向下平移1个单位,再将x轴下方的图象沿x轴翻折过来得到的.
当a>1时,两图象只有一个交点,不合题意,如图①;
当0<a<1时,要使两个图象有两个交点,则0<2a<1,得到0<a<eq \f(1,2),如图②.
综上,a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2))).
答案:eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))
指数函数图象可解决的两类热点问题及思路
(1)求解指数型函数的图象与性质问题
对指数型函数的图象与性质问题(单调性、最值、大小比较、零点等)的求解往往利用相应指数函数的图象,通过平移、对称变换得到其图象,然后数形结合使问题得解.
(2)求解指数型方程、不等式问题
一些指数型方程、不等式问题的求解,往往利用相应指数型函数图象数形结合求解.
应用指数函数的图象解决指数方程、不等式问题以及指数型函数的性质,要注意画出图象的准确性,否则数形结合得到的可能为错误结论.
1.函数f(x)=|2x-1|-m恰有一个零点,则m的取值范围是( )
A.(1,+∞)
B.{0}∪(1,+∞)
C.{0}∪[1,+∞)
D.[1,+∞)
解析:C [由题设,y=|2x-1|与y=m只有一个交点,又y=|2x-1|的图象如下:
∴m∈{0}∪[1,+∞).]
2.已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x,x≥0,,-|x2+2x|,x<0,))则f(x)图象上关于原点对称的点有( )
A.1对
B.2对
C.3对
D.4对
解析:C [作出f(x)的图象,再作出函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x,x≥0,关于原点对称的图象如图所示.
因为函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x,x≥0,关于原点对称的图象与y=-|x2+2x|,x<0,图象有三个交点,故f(x)图象上关于原点对称的点有3对.]
指数函数的性质及应用
►[命题点1] 比较指数式的大小
1.下列大小关系不正确的是( )
A.
B.
C.
D.2.51.6>2-0.2
►[命题点2] 简单的指数方程或不等式的应用
2.已知函数f(x)是定义在R上的奇函数,当x≥0时,f(x)=4x-3×2x+2a.则关于x的不等式f(x)≤-6的解集为( )
A.(-∞,-2]
B.(-∞,-1]
C.[-2,0)∪(0,2)
D.[-2,0)∪(2,+∞)
解析:A [因函数f(x)是定义在R上的奇函数,且当x≥0时,f(x)=4x-3×2x+2a,
则f(0)=40-3×20+2a=2a-2=0,解得a=1,即当x≥0时,f(x)=4x-3×2x+2,
当x<0时,-x>0,则f(x)=-f(-x)
=-(4-x-3×2-x+2),
而当x≥0时,f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(3,2)))2-eq \f(1,4)≥-eq \f(1,4),则当f(x)≤-6时,eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x<0,,-4-x-3×2-x+2≤-6,))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x<0,,2-x-42-x+1≥0,))变形得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x<0,,2-x≥4,))
解得x≤-2,
所以不等式f(x)≤-6的解集为(-∞,-2].]
►[命题点3] 探究指数型函数的性质
3.(1)已知实数a≠1,函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(4x,x≥0,,2a-x,x<0.))
若f (1-a)=2,则a的值为________.
(2)设函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x-7,x<0,,\r(x),x≥0,))若f(a)<1,则实数a的取值范围是________.
解析:(1)当a<1时,41-a=2,解得a=eq \f(1,2);当a>1时,代入不成立.故a的值为eq \f(1,2).
(2)若a<0,则f(a)<1⇔eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))a-7<1⇔eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))a<8,解得a>-3,故-3<a<0;
若a≥0,则f(a)<1⇔eq \r(a)<1,解得a<1,故0≤a<1. 综上可得,-3<a<1.
答案:(1)eq \f(1,2) (2)(-3,1)
4.已知函数.
(1)若a=-1,求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)有最大值3,求a的值;
(3)若f(x)的值域是(0,+∞),求a的值.
解:(1)当a=-1时,,
令g(x)=-x2-4x+3,
由于g(x)在(-∞,-2)上单调递增,在(-2,+∞)上单调递减,而y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))t在R上单调递减,
所以f(x)在(-∞,-2)上单调递减,在(-2,+∞)上单调递增,即函数f(x)的单调递增区间是(-2,+∞),单调递减区间是(-∞,-2).
(2)令g(x)=ax2-4x+3,f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))g(x),
由于f(x)有最大值3,所以g(x)应有最小值-1,
因此必有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a>0,,\f(3a-4,a)=-1,))
解得a=1,即当f(x)有最大值3时,a的值等于1.
(3)由指数函数的性质知,
要使y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)))g(x)的值域为(0,+∞),
应使g(x)=ax2-4x+3的值域为R,
因此只能a=0.(因为若a≠0,则g(x)为二次函数,其值域不可能为R).故a的值为0.
指数函数的性质及应用问题解题策略
(1)比较大小问题.常利用指数函数的单调性及中间值(0或1)法.
(2)简单的指数方程或不等式的求解问题.解决此类问题应利用指数函数的单调性,要特别注意底数a的取值范围,并在必要时进行分类讨论.
(3)解决指数函数的综合问题时,要把指数函数的概念和性质同函数的其他性质(如奇偶性、周期性)相结合,同时要特别注意底数不确定时,对底数的分类讨论.
1.已知,c=2a+b-1,则( )
A.c>b>a
B.a>b>c
C.c>a>b
D.b>a>c
解析:C [a6=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))3=eq \f(8,27),b6=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))4=eq \f(1,16),
因为0<eq \f(1,16)<eq \f(8,27)<1,故a6>b6,即a>b,
故0<b<a<1.
所以c=2a+b-1>20=1,所以c>a>b.]
2.已知f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(4x-2x+2+m,x≤0,,x+\f(1,x),x>0))的最小值为2,则m的取值范围为________.
解析:当x>0时,x+eq \f(1,x)≥2eq \r(x·\f(1,x))=2,当且仅当x=eq \f(1,x),即x=1时取“=”,
当x≤0时,0<2x≤1,4x-2x+2+m=(2x-2)2+m-4,当2x=1,即x=0时,4x-2x+2+m取最小值m-3,
因f(x)=eq \b\lc\(\rc\ (\a\vs4\al\co1(4x-2x+2+m,x≤0,,x+\f(1,x),x>0))的最小值为2,于是得m-3≥2,解得m≥5,
所以m的取值范围为[5,+∞).
答案:[5,+∞)
3.求函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2x-8eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x+17的单调区间 ________________ .
解析:设t=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x>0,又y=t2-8t+17=(t-4)2+1在(0,4]上单调递减,在(4,+∞)上单调递增.令eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x≤4,得x≥-2,令eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x>4,得x<-2.而函数t=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x在R上单调递减,所以函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2x-8·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))x+17的增区间为[-2,+∞),减区间为(-∞,-2).
答案:增区间为[-2,+∞),减区间为(-∞,-2)
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