内容正文:
习题课
指数型函数、对数型函数的性质的综合
第4章 幂函数、指数函数和对数函数
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1.会求指数型函数、对数型函数的单调性、值域等问题.
2掌握判断指数型函数、对数型函数单调性的方法.
学习目标
一、指数型函数的单调性问题
二、对数型函数的单调性问题
课时对点练
三、函数性质的综合应用
内容索引
指数型函数的单调性问题
一
(1)函数y=的单调递减区间是
A.(-∞,+∞) B.(-∞,0)
C.(0,+∞) D.(-∞,0)和(0,+∞)
例 1
设u=则y=3u,
因为u=在(-∞,0)和(0,+∞)上是减函数,
且y=3u在(-∞,0)和(0,+∞)上是增函数,
所以函数y=的单调递减区间是(-∞,0)和(0,+∞).
解析
√
5
(2)判断函数f(x)=的单调性,并求其值域.
6
令u=x2-2x,
易知u=x2-2x=(x-1)2-1在(-∞,1]上单调递减,在[1,+∞)上单调递增,
又f(x)=在R上单调递减,
所以f(x)=在(-∞,1]上单调递增,在[1,+∞)上单调递减.
因为u=x2-2x=(x-1)2-1≥-1,
所以y=u∈[-1,+∞),
所以0<≤=3,
所以函数f(x)的值域为(0,3].
解
7
把本例(2)的函数改为“f(x)=”,求其单调区间.
延伸探究 1
函数f(x)=的定义域是R.
令u=-x2+2x,则y=2u.
当x∈(-∞,1]时,函数u=-x2+2x单调递增,
当x∈[1,+∞)时,函数u=-x2+2x单调递减,
又函数y=2u在R上是增函数,
所以函数f(x)=在(-∞,1]上单调递增,在[1,+∞)上单调递减,
综上,函数f(x)=的单调递减区间是[1,+∞),单调递增区间是(-∞,1].
解
8
若把本例(2)改为y=4x-2x+1-3.求函数的值域和单调区间.
延伸探究 2
9
函数y=4x-2x+1-3的定义域为R,设t=2x,则t>0.
因为y=4x-2x+1-3=(2x)2-2×2x-3
=t2-2t-3=(t-1)2-4≥-4,
所以函数y=4x-2x+1-3的值域为[-4,+∞).
因为y=t2-2t-3在(-∞,1]上单调递减,此时由t≤1得x≤0.
又指数函数t=2x在(-∞,0]上单调递增,
所以函数y=4x-2x+1-3的单调递减区间为(-∞,0].
同理,因为y=t2-2t-3在[1,+∞)上单调递增,此时由t≥1得x≥0.又指数函数t=2x在[0,+∞)上单调递增,所以函数y=4x-2x+1-3的单调递增区间为[0,+∞).
解
10
(1)求指数型函数的单调区间,首先求出函数的定义域,然后把函数分解成y=f(u),u=φ(x),通过考察f(u)和φ(x)的单调性,利用同增异减原则,求出y=f(φ(x))的单调性.
(2)关于指数型函数y=af(x)(a>0,且a≠1)的单调性由两点决定,一是底数a>1还是0<a<1;二是f(x)的单调性,它由两个函数y=au,u=f(x)复合而成.
反
思
感
悟
11
函数y=的单调递减区间为
A.(-∞,0] B.[0,+∞)
C.(-∞] D.[+∞)
跟踪训练 1
函数y=在R上为减函数,欲求函数y=的单调递减区间,只需求函数u=x2-2的单调递增区间,而函数u=x2-2的单调递增区间为
[0,+∞),故所求单调递减区间为[0,+∞).
解析
√
12
二
对数型函数的单调性问题
求函数y=lo(x2-3x+5)的单调区间.
例 2
14
由于方程x2-3x+5=0的判别式Δ=(-3)2-4×5=-11<0,
∴x2-3x+5>0恒成立,即函数的定义域为R.
令u(x)=x2-3x+5,当x∈时,u(x)单调递减,当x∈时,u(x)单调递增.
又y=lou为减函数,
∴y=lo(x2-3x+5)在上单调递增,在上单调递减.
综上,函数y=lo(x2-3x+5)的单调递增区间为单调递减区间为.
解
15
求函数y=(log0.4x)2-2log0.4x+2的单调区间.
延伸探究 3
令t=log0.4x,则它在(0,+∞)上单调递减.
y=t2-2t+2=(t-1)2+1在[1,+∞)上单调递增,在(-∞,1]上单调递减.
由t=log0.4x≥1得0<x≤0.4;
由t=log0.4x<1得x>0.4,故所求函数的单调递增区间为(0.4,+∞),单调递减区间为(0,0.4].
解
16
函数单调性的判定方法与策略
(1)定义法:一般步骤:设元→作差→变形→判断符号→得出结论.
(2)图象法:如果函数f(x)是以图象形式给出或函数f(x)的图象易作出,结合图象可求得函数的单调区间.
(3)y=f(g(x))型函数:先将函数y=f(g(x))分解为y=f(t)和t=g(x),
再讨论这两个函数的单调性,最后根据复合函数“同增异减”的规则进行判定.
反
思
感
悟
17
(1)若函数f(x)=lg(x2+ax-a-1)在区间[2,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围.
跟踪训练 2
18
由已知函数f(x)=lg(x2+ax-a-1)在区间[2,+∞)上单调递增,
设t=x2+ax-a-1,其图象为开口向上的抛物线,
因而解得a>-3.
故实数a的取值范围为(-3,+∞).
解
19
(2)求函数f(x)=log2(4x)·lox∈的值域.
20
f(x)=log2(4x)·lo=(log2x+2)·
=-[(log2x)2+log2x-2].
设log2x=t.∵x∈∴t∈[-1,2],
则有y=-(t2+t-2),t∈[-1,2],
因此二次函数图象的对称轴为直线t=-
∴函数y=-(t2+t-2)在上单调递增,在上单调递减,
解
21
∴当t=-时,ymax=.
当t=2时,ymin=-2.
∴f(x)的值域为.
解
22
函数性质的综合应用
三
已知函数f(x)=log2是奇函数,a∈R.
(1)求a的值;
例 3
24
方法一 令+1>0,则>0,
∴x<-a-1或x>-a.
∵f(x)是奇函数,∴其定义域关于原点对称,
∴-a-1-a=0,∴a=-.
此时,f(x)=log2=log2
则f(-x)=log2=log2=-log2
∴f(-x)=-f(x),即f(x)为奇函数.因此a=-.
解
25
方法二 f(x)=log2由>0,可得函数f(x)的定义域为A={x|x<-a-1或x>-a},
∵f(x)是奇函数,
故∀x∈A,f(-x)=-f(x),
∴log2=-log2=log2
∴
则(1+a)2-x2=a2-x2,解得a=-.
解
26
(2)对任意的x∈(-∞,0),不等式f(2x+1)>log2(m-2x)恒成立,求实数m的取值范围.
27
f(2x+1)>log2(m-2x),即log2>log2(m-2x),
整理得m<2x+
令u=2x+x∈(-∞,0),∴u∈
令g(u)=u+
易知g(u)≥当且仅当u=1时取等号,∴m<
又m-2x>0,即m>2x,故m≥1,
∴实数m的取值范围是.
解
28
(1)利用性质求解综合问题,树立定义域优先意识,无论求单调区间、奇偶性还是求解不等式,符合定义域是满足性质的前提.
(2)本题涉及不等式恒成立,转化是关键,转化的工具就是指数函数与对数函数的单调性的灵活应用.
反
思
感
悟
29
已知函数f(x)=(a∈R,且a≠0),且f(x)是奇函数.
(1)求a的值;
跟踪训练 3
30
易得f(x)=×2x+
因为f(x)是奇函数,
所以f(-x)=-f(x),
所以×+2x=-
所以=0,
即+1=0,解得a=-1.
经验证,当a=-1时,f(x)是奇函数,故a=-1.
解
31
(2)若∀x∈[1,2],都有f(2x)-mf(x)≥0成立,求实数m的取值范围.
32
由(1)知f(x)=-2x,因为f(2x)-mf(x)≥0,x∈[1,2],
所以-22x≥m易知-2x<0.
所以m≥+2x,x∈[1,2],
令t=2x,则t∈[2,4],
由于y=t+在[2,4]上单调递增,
所以m≥4+
所以实数m的取值范围是.
解
33
1.知识清单:
(1)指数型函数的单调性.
(2)对数型函数的单调性.
(3)函数性质的综合应用.
2.方法归纳:换元法.
3.常见误区:求对数型函数的单调性易忽视定义域.
课堂小结
课时对点练
四
对一对
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
题号 1 2 3 4 5 6 7
答案 A C B C B C [1,+∞)
题号 8 11 12 13 14 15
答案 (1,+∞) C C AC [1,2] CD
9.
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
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16
(1)∵f(x)是R上的奇函数,
∴f(0)=0,即=0,
解得a=2,经检验a=2符合题意.
(2)由(1)知,f(x)==1-在R上单调递增,
∵2x+1>1,∴0<<2,∴-2<-<0,
∴-1<1-<1,∴函数f(x)的值域为(-1,1).
10.
答案
1
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(1)因为f(x)=ex-且y=ex是增函数,y=-是增函数,所以f(x)是增函数.
由于f(x)的定义域为R,且f(-x)=e-x-ex=-f(x),所以f(x)是奇函数.
(2)由(1)知f(x)是增函数和奇函数,所以f(x-t)+f(x2-t2)≥0对一切x∈R恒成立,
等价于 f(x2-t2)≥f(t-x)对一切x∈R恒成立,即x2-t2≥t-x对一切x∈R恒成立,
10.
答案
1
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所以t2+t≤x2+x对一切x∈R恒成立,即存在实数t使得≤
恒成立,
所以存在实数t=-使不等式f(x-t)+f(x2-t2)≥0对一切x都成立.
16.
答案
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(1)因为函数f(x)=log2是奇函数,所以f(-x)+f(x)=0,
即log2+log2=0,即=1,解得k=±5,
因为k>0,所以k=5.
当k=5时,f(x)=log2此时f(x)的定义域为关于原点对称,满足题意.
故k=5.
16.
答案
1
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(2)由题意得,f(x)min≥g(x)min+m,
由(1)知,f(x)=log2=log2
易得f(x)在上单调递增,故f(x)min=f(0)=0.
g(x)=9x-3x+2=-9·3x=
当x∈时,3x∈所以当3x=时,g(x)min=-
所以f(x)min≥g(x)min+m⇔0≥m-
解得m≤即实数m的取值范围为.
基础巩固
答案
1
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16
1.函数f(x)=loga[(a-1)x+1]在定义域上
A.是增函数 B.是减函数
C.先增后减 D.先减后增
√
当a>1时,y=logat和t=(a-1)x+1都是增函数,
所以f(x)是增函数;
当0<a<1时,y=logat和t=(a-1)x+1都是减函数,
所以f(x)是增函数.
解析
答案
1
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2.已知函数f(x)=ln x+ln(2-x),则
A.f(x)在(0,2)上单调递增
B.f(x)在(0,2)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
√
∵函数f(x)=ln x+ln(2-x),
∴f(2-x)=ln(2-x)+ln x,即f(x)=f(2-x),
即y=f(x)的图象关于直线x=1对称.
解析
答案
1
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3.函数f(x)=的单调递增区间为
A.(-∞,2) B.(1,2)
C.(2,3) D.(2,+∞)
√
答案
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令g(x)=
因为f(x)=2g(x)在定义域上为增函数,
所以只需求g(x)=的单调递增区间即可,
令h(x)=-x2+4x-3,
由二次函数单调性及二次根式有意义的条件可知
1≤x≤2,
即f(x)=的单调递增区间为[1,2],也可写作(1,2).
解析
答案
1
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4.函数f(x)=+1在[-1,2]上的最小值是
A.1 B. C. D.3
√
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由题意,得函数
f(x)=+1=+1,
设t=
因为x∈[-1,2],
所以t=∈
则函数y=t2-t+1=当t=时,ymin=.
解析
5.对于函数f(x)=下列描述正确的选项是
A.是减函数且值域为(-1,1)
B.是增函数且值域为(-1,1)
C.是减函数且值域为(-∞,1)
D.是增函数且值域为(-∞,1)
√
答案
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函数f(x)==1-x∈R,
因为函数y=3x>0且单调递增,
所以y=单调递减,
所以f(x)为R上的增函数,
又3x∈(0,+∞),
所以3x+1∈(1,+∞)∈(0,2),
所以f(x)=1-∈(-1,1),即f(x)的值域为(-1,1).
解析
6.高斯是德国数学家、天文学家和物理学家,被誉为历史上伟大的数学家之一,和阿基米德、牛顿并列,同享盛名.用他名字命名的高斯函数也称取整函数,记作[x],是指不超过实数x的最大整数,例如[6.8]=6,[-4.1]=-5,该函数被广泛应用于数论、函数绘图和计算机领域.若函数f(x)=log2(-x2+x+2),则当x∈时,的值域为
A. B.
C. D.
√
答案
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由-x2+x+2>0,得(x+1)(x-2)<0,解得-1<x<2,
则f(x)的定义域为{x|-1<x<2},
当x∈时,令t=-x2+x+2,函数y=-x2+x+2在上单调递增,在上单调递减,
又u=log2t在(0,+∞)上单调递增,所以f(x)在上单调递增,在上单调递减,
所以f(x)的值域为所以的值域为.
解析
7.已知函数f(x)=e|x-a|(a为常数),若f(x)在区间(-∞,1]上单调递减,则a的取值范围是 .
答案
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[1,+∞)
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因为函数f(x)=e|x-a|(a为常数),若f(x)在区间(-∞,1]上单调递减,
则t=|x-a|在区间(-∞,1]上单调递减,
又函数t=|x-a|在区间(-∞,a]上单调递减,
所以(-∞,1]⊆(-∞,a],故有a≥1.
解析
8.设函数f(x)=若f(2m-1)+f(m-2)<0,则实数m的取值范围是
.
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(1,+∞)
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∵函数的定义域为R,
f(-x)===-=-f(x),
∴f(x)为奇函数,
又f(x)在R上单调递减,
由f(2m-1)+f(m-2)<0,
得f(2m-1)<-f(m-2)=f(2-m),
∴2m-1>2-m,解得m>1.
解析
9.已知函数f(x)=(a>0,且a≠1)是定义在R上的奇函数.
(1)求a的值;
答案
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∵f(x)是R上的奇函数,
∴f(0)=0,即=0,
解得a=2,经检验a=2符合题意.
解
(2)求函数f(x)的值域.
答案
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由(1)知,f(x)==1-在R上单调递增,
∵2x+1>1,∴0<<2,
∴-2<-<0,
∴-1<1-<1,
∴函数f(x)的值域为(-1,1).
解
10.已知函数f(x)=ex-e-x(x∈R且e为自然对数的底数).
(1)判断函数f(x)的奇偶性与单调性;
答案
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因为f(x)=ex-且y=ex是增函数,y=-是增函数,所以f(x)是增函数.
由于f(x)的定义域为R,且f(-x)=e-x-ex=-f(x),所以f(x)是奇函数.
解
(2)是否存在实数t,使不等式f(x-t)+f(x2-t2)≥0对一切x都成立?若存在,求出t;若不存在,请说明理由.
答案
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由(1)知f(x)是增函数和奇函数,所以f(x-t)+f(x2-t2)≥0对一切x∈R恒成立,
等价于 f(x2-t2)≥f(t-x)对一切x∈R恒成立,即x2-t2≥t-x对一切x∈R恒成立,
所以t2+t≤x2+x对一切x∈R恒成立,即存在实数t使得≤恒成立,
所以存在实数t=-使不等式f(x-t)+f(x2-t2)≥0对一切x都成立.
解
11.若函数f(x)=lo(-x2+4x+5)在区间(3m-2,m+2)内单调递增,则实数m的取值范围为
A. B.
C. D.
√
综合运用
答案
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由-x2+4x+5>0,解得-1<x<5.二次函数y=-x2+4x+5的图象开口向下,对称轴为x=2.
由对数型函数单调性可得函数f(x)=lo(-x2+4x+5)的单调递增区间为(2,5).
要使函数f(x)=lo(-x2+4x+5)在区间(3m-2,m+2)内单调递增,
只需解得≤m<2.
解析
12.函数f(x)=(log2x)2-log2x3+4,x∈(1,4]的值域为
A.[2,4) B.
C. D.
√
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令t=log2x,x∈(1,4],
则t∈(0,2],
∴原函数化为y=t2-3t+4,t∈(0,2],
其对称轴方程为t=
∴当t=时,y有最小值为-3×+4=;
当t=0时,y有最大值为4,但取不到.
∴f(x)的值域为.
解析
答案
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13.(多选)若3a-3b>2b-2a,则下列不等式正确的是
A.ln(a-b+1)>0
B.ln(b-a+1)>0
C.ea-b-1>0
D.eb-a-1>0
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因为函数f(x)=3x+2x为增函数,3a-3b>2b-2a,即3a+2a>3b+2b,
所以a>b,a-b>0,则a-b+1>1,
所以ln(a-b+1)>0,故A正确;
由b-a<0,得b-a+1<1,
所以ln(b-a+1)<0,故B错误;
ea-b>e0=1,所以ea-b-1>0,故C正确;
eb-a<e0=1,所以eb-a-1<0,故D错误.
解析
14.函数f(x)=lo(-x2+ax+2)在(1,2)上单调递增,则实数a的取值范围是 .
答案
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[1,2]
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令t=-x2+ax+2,而y=lot为t的减函数,
所以f(x)=lo(-x2+ax+2)在(1,2)上单调递增等价于t=-x2+ax+2在(1,2)上单调递减且恒大于0,
即
解得1≤a≤2.
解析
15.(多选)若定义域为[0,1]的函数f(x)同时满足以下三个条件:
①对任意的x∈[0,1],总有f(x)≥0;
②f(1)=1;
③若x1≥0,x2≥0,x1+x2≤1,则有f(x1+x2)≥f(x1)+f(x2),就称f(x)为“A函数”.
下列定义在[0,1]上的函数中,是“A函数”的有
A.f(x)=lo(x+1) B.f(x)=log2(x+1)
C.f(x)=x D.f(x)=2x-1
拓广探究
答案
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√
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答案
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选项A中,f(1)=lo(1+1)=-1,
故f(x)=lo(x+1)不是“A函数”;
选项B中,若x1≥0,x2≥0,x1+x2≤1,
则f(x1)+f(x2)=log2(x1+1)+log2(x2+1)=log2(x1x2+x1+x2+1)≥log2(x1+x2+1)
=f(x1+x2),不满足③,
故f(x)=log2(x+1)不是A函数;
解析
答案
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选项C中,f(x)显然满足①②,
又f(x1+x2)=x1+x2=f(x1)+f(x2),
所以f(x)=x是“A函数”.
选项D中,f(x)显然满足①②,
因为f(x1+x2)=-1,
f(x1)+f(x2)=-2,
所以f(x1+x2)-[f(x1)+f(x2)]
=+1=(-1)(-1),
解析
答案
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又x1,x2∈[0,1],
所以-1≥0-1≥0,
从而f(x1+x2)≥f(x1)+f(x2),
因此,f(x)=2x-1是“A函数”.
解析
16.已知k>0,函数f(x)=log2是奇函数,g(x)=9x-3x+2.
(1)求实数k的值;
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因为函数f(x)=log2是奇函数,所以f(-x)+f(x)=0,
即log2+log2=0,即=1,解得k=±5,
因为k>0,所以k=5.
当k=5时,f(x)=log2此时f(x)的定义域为关于原点对称,满足题意.
故k=5.
解
(2)若∀x1∈∃x2∈使得f(x1)≥g(x2)+m,求实数m的取值范围.
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由题意得,f(x)min≥g(x)min+m,由(1)知,f(x)=log2=log2
易得f(x)在上单调递增,故f(x)min=f(0)=0.
g(x)=9x-3x+2=-9·3x=
当x∈时,3x∈所以当3x=时,g(x)min=-
所以f(x)min≥g(x)min+m⇔0≥m-
解得m≤即实数m的取值范围为.
解
第4章 幂函数、指数函数和对数函数
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