内容正文:
习题课 函数性质的综合问题
学习目标 1.理解奇偶性对单调性的影响并能用以比较大小和解不等式.2.理解和掌握对称轴和对称中心满足的条件.3.掌握函数性质的综合应用问题.
一、函数奇偶性与单调性的综合应用
角度1 比较大小
问题1 想一想奇函数与偶函数的图象特点,如果奇函数在(-2,-1)上单调递减,那么它在(1,2)上的单调性如何?如果偶函数在(-2,-1)上单调递减,那么它在(1,2)上的单调性如何?
提示 奇函数在(1,2)上单调递减,偶函数在(1,2)上单调递增.
知识梳理
1.若f(x)为奇函数且在区间[a,b](a<b)上单调递增,则f(x)在[-b,-a]上单调递增,即在对称区间上单调性一致(相同).
2.若f(x)为偶函数且在区间[a,b](a<b)上单调递增,则f(x)在[-b,-a]上单调递减,即在对称区间上单调性相反.
3.若f(x)为奇函数且在区间[a,b](a<b)上有最大值为M,则f(x)在[-b,-a]上有最小值为-M.
4.若f(x)为偶函数且在区间[a,b](a<b)上有最大值为N,则f(x)在[-b,-a]上有最大值为N.
以上a,b符号相同.
例1 已知f(x)是奇函数,且在区间[0,+∞)上单调递增,则f(-0.5),f(-1),f(0)的大小关系是( )
A.f(-0.5)<f(0)<f(-1)
B.f(-1)<f(-0.5)<f(0)
C.f(0)<f(-0.5)<f(-1)
D.f(-1)<f(0)<f(-0.5)
答案 B
解析 ∵函数f(x)为奇函数,
且f(x)在区间[0,+∞)上单调递增,
∴f(x)在R上单调递增,∴f(-1)<f(-0.5)<f(0).
延伸探究 1 把条件“f(x)是奇函数”改为“f(x)是偶函数”,其余条件不变.
(1)比较f(-0.5),f(-1),f(0)三者之间的大小;
(2)比较f(-2),f(π),f(-3)三者之间的大小.
解 (1)由偶函数与单调性的关系知,若x∈[0,+∞),f(x)单调递增,
则当x∈(-∞,0]时,f(x)单调递减,
∴f(-1)>f(-0.5)>f(0).
(2)由(1)知当x∈[0,+∞)时,f(x)单调递增,当x∈(-∞,0]时,f(x)单调递减,
故其图象的几何特征是自变量的绝对值越小,则其函数值越小,
∵|-2|<|-3|<π,
∴f(π)>f(-3)>f(-2).
反思感悟 比较大小的求解策略
(1)若自变量在同一个单调区间上,直接利用函数的单调性比较大小.
(2)若自变量不在同一个单调区间上,需利用函数的奇偶性把自变量转化到同一个单调区间上,然后利用单调性比较大小.
角度2 解不等式
例2 设定义在[-2,2]上的奇函数f(x)在区间[0,2]上单调递减,若f(1-m)<f(m),求实数m的取值范围.
解 因为f(x)是奇函数且f(x)在[0,2]上单调递减,所以f(x)在[-2,2]上单调递减.
所以不等式f(1-m)<f(m)等价于
解得-1≤m<
所以实数m的取值范围为.
延伸探究 2 在本例中,把条件中的奇函数改为偶函数,其他条件不变,求m的取值范围.
解 因为当x∈[0,2]时,f(x)单调递减,且f(x)为偶函数,
所以当x∈[-2,0]时,f(x)单调递增.
因为f(1-m)<f(m),
所以解得-1≤m<
所以m的取值范围为.
反思感悟 利用函数奇偶性与单调性解不等式,一般有两类
(1)利用图象解不等式.
(2)转化为简单不等式求解.
①利用已知条件,结合函数的奇偶性,把已知不等式转化为f(x1)<f(x2)或f(x1)>f(x2)的形式;
②根据奇函数在对称区间上的单调性一致,偶函数在对称区间上的单调性相反,去掉不等式中的“f”转化为简单不等式(组)求解.
特别提醒:列不等式(组)时不要忘掉函数的定义域.
二、函数的对称性
问题2 当函数y=f(x)的图象关于直线x=a对称时,会满足怎样的条件呢?
提示 如图所示,在x=a两边取对称的两个自变量的值,如a-x,a+x,由对称性知它们的函数值相等,即f(a-x)=f(a+x);反之,若对定义域内任意x都有f(a-x)=f(a+x),则函数y=f(x)的图象关于直线x=a对称.
问题3 当函数y=f(x)的图象关于点(a,0)对称时,又会满足怎样的条件呢?
提示 如图所示,在x=a两边取对称的两个自变量的值,如a-x,a+x,由对称性知它们的函数值互为相反数,即f(a-x)=-f(a+x);反之,若对定义域内任意x都有f(a-x)=-f(a+x),则函数y=f(x)的图象关于点(a,0)对称.
知识梳理
1.函数图象关于直线对称
y=f(x)在定义域内恒满足的条件
y=f(x)的图象的对称轴
f(a+x)=f(a-x)
直线x=a
f(x)=f(a-x)
直线x=
f(a+x)=f(b-x)
直线x=
2.函数图象关于点对称
y=f(x)在定义域内恒满足的条件
y=f(x)的图象的对称中心
f(a-x)=-f(a+x)
(a,0)
f(x)=-f(a-x)
f(a+x)=-f(b-x)
f(a+x)+f(b-x)=c
例3 (1)定义在R上的偶函数y=f(x),其图象关于点对称,且当x∈[0,1]时,f(x)=-x+则f 等于( )
A.-1 B.0 C.1 D.
答案 B
解析 ∵y=f(x)的图象关于点对称,
∴f +f =0,
即f(1+x)+f(-x)=0.
又∵y=f(x)为偶函数,∴f(-x)=f(x),
∴f(1+x)+f(x)=0,即f(1+x)=-f(x),
∴f =-f =0.
(2)(多选)对于定义在R上的函数f(x),下列说法正确的是( )
A.若f(x)是奇函数,则f(x-1)的图象关于点(1,0)对称
B.若对x∈R,有f(x+1)=f(x-1),则f(x)的图象关于直线x=1对称
C.若函数f(x+1)的图象关于直线x=-1对称,则f(x)为偶函数
D.若f(1+x)+f(1-x)=2,则f(x)的图象关于点(1,1)对称
答案 ACD
解析 对于A,将f(x)的图象向右平移1个单位长度得到函数f(x-1)的图象,若f(x)为奇函数,则其图象关于点(0,0)对称,则函数f(x-1)的图象关于点(1,0)对称,A正确;
对于B,若对x∈R,有f(x+1)=f(x-1),即f(x-2)=f(x),函数f(x)的图象不一定关于直线x=1对称,B错误;
对于C,将f(x+1)的图象向右平移1个单位长度得到函数f(x)的图象,若函数f(x+1)的图象关于直线x=-1对称,则f(x)的图象关于直线x=0对称,即f(x)为偶函数,C正确;
对于D,若f(1+x)+f(1-x)=2,即f(1+x)-1=-[f(1-x)-1],则f(x)的图象关于点(1,1)对称,D正确.
反思感悟 解决对称性、单调性和奇偶性综合问题的方法:
(1)图象法,根据题意,作出符合要求的草图,便可得出结论.
(2)性质法,根据对称性、单调性和奇偶性的性质,逐步推导解决求值和比较大小的问题.
注意:使用性质要规范,切不可自创性质!
跟踪训练1 (1)若函数y=f(x)在(0,2)上单调递增,函数y=f(x+2)是偶函数,则下列结论正确的是( )
A.f(1)<f <f
B.f <f(1)<f
C.f <f <f(1)
D.f <f(1)<f
答案 B
解析 ∵y=f(x+2)是偶函数,
∴f(2-x)=f(2+x).
故y=f(x)的图象关于直线x=2对称,
∴f =f f =f
又f(x)在(0,2)上单调递增<1<
∴f <f(1)<f
即f <f(1)<f .
(2)设函数f(x)=若存在x∈R,使得f(1+x)=f(1-x)成立,则实数a的取值范围是 .
答案 a>1
解析 若f(1+x)=f(1-x),
则函数f(x)的图象关于直线x=1对称.
在同一直角坐标系中画出函数y=x和y=-x2+2x的图象,如图所示.
若存在x∈R,使得f(1+x)=f(1-x),则a>1.
三、函数性质的综合应用
例4 已知函数f(x)=是奇函数,且f(2)=.
(1)求实数m,n的值;
(2)用函数单调性的定义证明:f(x)在(0,+∞)上单调递增;
(3)当x>0时,解关于x的不等式:f(x2)>f(2x+3).
(1)解 因为函数f(x)=是奇函数,所以f(-x)=-f(x),
即=-
所以-x+n=-(x+n),解得n=0,
所以f(x)=
又因为f(2)=
所以解得m=1.
(2)证明 由(1)可知
f(x)==x-
任取x1,x2∈(0,+∞),且x1<x2,则
f(x2)-f(x1)=
=(x2-x1)
因为x1,x2∈(0,+∞),且x1<x2,
所以x2-x1>0,1+>0,
所以f(x2)-f(x1)>0,
即f(x2)>f(x1),
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增.
(3)解 当x>0时,x2>0,2x+3>0,
由(2)可知f(x)在(0,+∞)上单调递增,
因为f(x2)>f(2x+3),
所以
解得x>3,所以不等式的解集为(3,+∞).
反思感悟 奇偶性、单调性的综合应用
利用函数的奇偶性将函数式转化,利用单调性解决常见不等式问题,在综合性题目中,要熟练掌握奇偶性、单调性的性质及变形,适当应用解题技巧,化简求值,解题时,一定要特别注意函数的定义域.
跟踪训练2 已知函数f(x)的定义域为(-2,2),函数g(x)=f(x-1)+f(3-2x).
(1)求函数g(x)的定义域;
(2)若f(x)为奇函数,并且在定义域上是减函数,求不等式g(x)≤0的解集.
解 (1)由题意可知
所以解得<x<
故函数g(x)的定义域为.
(2)由g(x)≤0,得f(x-1)+f(3-2x)≤0,
即f(x-1)≤-f(3-2x).
因为f(x)为奇函数,所以f(x-1)≤f(2x-3).
而f(x)在(-2,2)上是减函数,
所以解得<x≤2.
所以不等式g(x)≤0的解集为.
1.知识清单:
(1)函数奇偶性与单调性的综合应用.
(2)函数的对称轴和对称中心.
(3)函数性质的综合应用.
2.方法归纳:数形结合,等价转化.
3常见误区:容易忽视奇函数中的隐含条件f(0)=0.
课时对点练
[分值:100分]
单选题每小题5分,共40分;多选题每小题6分,共12分
1.已知f(x)=(m-1)x2+2mx+3为偶函数,则f(x)在区间(2,5)上( )
A.单调递增 B.单调递减
C.有增有减 D.增减性不确定
答案 B
解析 由f(x)是偶函数,即f(-x)=f(x),得m=0,所以f(x)=-x2+3,画出函数f(x)=-x2+3的图象(图略)知,在区间(2,5)上单调递减.
2.若偶函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,则a=f(-),b=f c=f 的大小关系是( )
A.b<a<c B.b<c<a
C.a<c<b D.c<a<b
答案 C
解析 由f(x)为偶函数,得a=f(-)=f().
又<<f(x)在(0,+∞)上单调递增,
∴f()<f <f 即a<c<b.
3.已知函数f(x)是定义域为R的奇函数,且f(x)=f(4-x),当-2≤x<0时,f(x)=则f 等于( )
A.-2 B.- C. D.2
答案 D
解析 ∵f(x)=f(4-x),
∴f(x)的图象关于直线x=2对称,
∴f =f .
又∵函数f(x)为奇函数,
∴f =-f =-(-2)=2,即f =2.
4.已知函数f(x)为偶函数,且在区间(-∞,0]上单调递增,若f(-3)=-2,则不等式f(x)≥-2的解集为( )
A.[-3,0]
B.[-3,3]
C.[-3,+∞)
D.(-∞,-3]∪[3,+∞)
答案 B
解析 因为函数y=f(x)是偶函数,且在区间(-∞,0]上单调递增,所以f(x)在区间[0,+∞)上单调递减,且有f(x)=f(|x|),因为f(-3)=-2,由f(x)≥-2,得f(x)≥f(-3),则有f(|x|)≥f(3),所以|x|≤3,解得-3≤x≤3,因此,不等式f(x)≥-2的解集为[-3,3].
5.已知函数f(x)=x2-mx+1与函数g(x)的图象关于直线x=1对称.若g(x)在区间(-2,-1)上单调递增,则实数m的取值范围为( )
A.(-∞,2] B.[4,+∞)
C.(-∞,6] D.[8,+∞)
答案 D
解析 因为函数f(x)=x2-mx+1与函数g(x)的图象关于直线x=1对称,
若g(x)在区间(-2,-1)上单调递增,则f(x)在区间(3,4)上单调递减,
故≥4,解得m≥8.
6.(多选)已知定义域为R的函数f(x)在(-∞,-1)上单调递增,且f(x-1)为偶函数,则( )
A.f(x)的图象关于直线x=-1对称
B.f(x)在(-1,+∞)上单调递增
C.f(1)=f(-2)
D.f(-3)<f(0)<f
答案 AD
解析 因为f(x-1)为偶函数,且函数f(x)在(-∞,-1)上单调递增,
所以f(x)的图象关于直线x=-1对称,且f(x)在(-1,+∞)上单调递减,所以A正确,B不正确;
因为f(x)的图象关于直线x=-1对称,所以f(1)=f(-3)≠f(-2),所以C不正确;
因为f(x)的图象关于直线x=-1对称,
所以f(0)=f(-2),f =f
又f(x)在(-∞,-1)上单调递增,
所以f(-3)<f(-2)<f
即f(-3)<f(0)<f 所以D正确.
7.(5分)若f(x)=(m-1)x2+6mx+2是偶函数,则f(0),f(1),f(-2)从小到大的排列是 .
答案 f(-2)<f(1)<f(0)
解析 ∵f(x)是偶函数,
∴f(-x)=f(x)恒成立,
即(m-1)x2-6mx+2=(m-1)x2+6mx+2恒成立,
∴m=0,即f(x)=-x2+2.
∵f(x)的图象开口向下,对称轴为y轴,
∴f(x)在[0,+∞)上单调递减,
∴f(2)<f(1)<f(0),
即f(-2)<f(1)<f(0).
8.(5分)已知偶函数f(x)和奇函数g(x)的定义域都是(-4,4),且在(-4,0]上的图象如图所示,则关于x的不等式f(x)g(x)<0的解集是 .
答案 (-4,-2)∪(0,2)
解析 设h(x)=f(x)g(x),
则h(-x)=f(-x)g(-x)=-f(x)g(x)=-h(x),
所以h(x)是奇函数,
由图象可知,当-4<x<-2时,f(x)>0,g(x)<0,
即h(x)<0,
当0<x<2时,f(x)<0,g(x)>0,即h(x)<0,
所以h(x)<0的解集为(-4,-2)∪(0,2).
9.(10分)已知函数f(x)是定义域为R的奇函数,当x<0时,f(x)=1+.
(1)求f(2)的值;(3分)
(2)用定义法判断y=f(x)在区间(-∞,0)上的单调性;(4分)
(3)求当x>0时,f(x)的解析式.(3分)
解 (1)根据题意,函数f(x)为奇函数,
当x<0时,f(x)=1+
则f(2)=-f(-2)=-=-.
(2)根据题意得,当x<0时,f(x)=1+.
在(-∞,0)上任取x1,x2,且x1<x2,
则f(x1)-f(x2)=
=.
又由x1-1<0,x2-1<0,x2-x1>0,
可得f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2).
由定义可知,函数y=f(x)在区间(-∞,0)上单调递减.
(3)当x>0时,-x<0,则f(-x)=1-
由函数f(x)为奇函数知f(x)=-f(-x),
所以f(x)=-1+=-.
10.(11分)已知函数f(x)=x2-mx(m>0)在区间[0,2]上的最小值为g(m).
(1)求函数g(m)的解析式;(5分)
(2)定义在(-∞,0)∪(0,+∞)上的函数h(x)为偶函数,且当x>0时,h(x)=g(x).若h(t)>h(4),求实数t的取值范围.(6分)
解 (1)因为f(x)=x2-mx
=(m>0),
所以当0<≤2,即0<m≤4时,
g(m)=f =-.
当m>4时,函数f(x)=在区间[0,2]上单调递减,此时g(m)=f(2)=4-2m.
综上可知,g(m)=
(2)因为当x>0时,h(x)=g(x),
所以当x>0时,h(x)=
易知函数h(x)在(0,+∞)上单调递减,
因为定义在(-∞,0)∪(0,+∞)上的函数h(x)为偶函数,且h(t)>h(4),
所以0<|t|<4,
解得-4<t<0或0<t<4.
综上所述,实数t的取值范围为(-4,0)∪(0,4).
11.若定义在R上的函数f(x)满足:对任意x1,x2∈R,有f(x1+x2)=f(x1)+f(x2)+1,则下列说法一定正确的是( )
A.f(x)-1为奇函数 B.f(x)-1为偶函数
C.f(x)+1为奇函数 D.f(x)+1为偶函数
答案 C
解析 ∵对任意x1,x2∈R有f(x1+x2)=f(x1)+f(x2)+1,令x1=x2=0,得f(0)=-1.
令x1=x,x2=-x,得f(0)=f(x)+f(-x)+1.
∴f(x)+1=-f(-x)-1=-[f(-x)+1],
∴f(x)+1为奇函数.
12.设定义在R上的奇函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,且f(1)=0,则不等式x[f(x)-f(-x)]<0的解集为( )
A.{x|-1<x<0或x>1}
B.{x|x<-1或0<x<1}
C.{x|x<-1或x>1}
D.{x|-1<x<0或0<x<1}
答案 D
解析 ∵奇函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,
f(-x)=-f(x),
x[f(x)-f(-x)]<0,∴xf(x)<0,
又f(1)=0,∴f(-1)=0,
从而有函数f(x)的图象如图所示.
则不等式x[f(x)-f(-x)]<0的解集为{x|-1<x<0或0<x<1}.
13.(多选)已知定义在(-∞,0)∪(0,+∞)上的函数f(x)满足:
①对任意x,y∈(-∞,0)∪(0,+∞),f(x·y)=f(x)+f(y);
②当x>1时,f(x)>0,且f(2)=1.
则下列结论正确的是( )
A.f(1)=f(-1)=0
B.函数f(x)是奇函数
C.函数f(x)在(0,+∞)上单调递增
D.函数f(x)在区间[-4,0)∪(0,4]上的最大值为2
答案 ACD
解析 在①中,令x=y=1,则f(1)=f(1)+f(1),得f(1)=0,
令x=y=-1,则f(1)=f(-1)+f(-1)=0,得f(-1)=0,故A正确;
在①中,令y=-1,则f(-x)=f(x)+f(-1)=f(x),
又函数f(x)的定义域关于原点对称,
∴函数f(x)为偶函数,故B错误;
任取x1,x2∈(0,+∞),且x1<x2,则>1.
∵当x>1时,f(x)>0,∴f >0,
∴f(x2)=f =f(x1)+f >f(x1),
∴函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,故C正确;
由以上分析知函数f(x)在区间[-4,0)∪(0,4]上是偶函数,且在(0,4]上单调递增,
∴函数f(x)在区间[-4,0)∪(0,4]上的最大值为f(-4)=f(4).
∵f(2)=1,∴f(4)=f(2×2)=f(2)+f(2)=2,故D正确.
14.(5分)设f(x)是定义在R上的奇函数,且y=f(x)的图象关于直线x=对称,则f(1)+f(2)+f(3)+f(4)+f(5)= .
答案 0
解析 ∵f(x)是定义在R上的奇函数,
∴f(0)=0.
又f(x)的图象关于直线x=对称,
∴f =f . ①
在①式中,当x=时,f(0)=f(1)=0.
在①式中,以+x代替x,得
f =f
即f(-x)=f(1+x).
∴f(2)=f(1+1)=f(-1)=-f(1)=0,
f(3)=f(1+2)=f(-2)=-f(2)=0,
同理,f(4)=f(5)=0.
∴f(1)+f(2)+f(3)+f(4)+f(5)=0.
15.定义在R上的函数f(x)满足f(x+y)+f(x)f(y)=9xy,且f ≠0,则( )
A.f =1 B.f 是奇函数
C.f(x+1)是偶函数 D.f(-x)是减函数
答案 B
解析 令y=0得,f(x)+f(x)f(0)=0,即f(x)=0,
∵f ≠0,∴f(x)不恒为0,∴f(0)+1=0,即f(0)=-1.
令x=y=-则f(0)+f f=9××
∴-1+f f =-1,即f f =0,
∵f ≠0,∴f =0,选项A错误;
令y=-则f +f(x)f =9x·∴f =-3x,
令g(x)=f =-3x,则g(x)的定义域为R,且g(-x)=3x=-g(x),
∴f 是奇函数,选项B正确;
令x=-y=1,则f +f f(1)=9××1,
由f =0得,f=-3,
令x=y=则f+ff=9××即f +9=4,故f =-5,
由f ≠f 得,f≠f ∴f(x+1)不是偶函数,选项C错误;
令h(x)=f(-x),则h(0)=f(-0)=f(0)=-1,h=f =0,
由h(0)<h得,h(x)即f(-x)不是减函数,选项D错误.
16.(12分)已知f(x)是定义在R上的函数,满足:f(-x)+f(x)=0,f(-x)=f(2+x),且当x∈[0,1]时,f(x)=x2+x.
(1)求f的值;(4分)
(2)当x∈时,求f(x)的表达式;(3分)
(3)若函数f(x)在区间(a<b)上的值域为求a+b的值.(5分)
解 (1)因为f(-x)+f(x)=0,f(-x)=f(2+x),
所以f(-x)=-f(x)=f(2+x)⇒f(4+x)=-f(2+x)=f(x),
故f(x)是奇函数,且4为其一个周期,且f(x)的图象关于直线x=1对称,
所以f =f =f =-f =-=-.
(2)由(1)知,当x∈[-1,0]时,-x∈则f(-x)=x2-x=-f(x),
所以f(x)=-x2+x(x∈).
(3)由(1)(2)可知f(x)=
由二次函数的单调性可知f(x)在上单调递增,且f(x)max=f(1)=2,f(x)min=f(-1)=-2,
则当x∈[-1,1]时,f(x)∈[-2,2],又f(x)的图象关于直线x=1对称,所以当x∈[-1,3]时,f(x)∈[-2,2],因为f(x)的一个周期为4,故f(x)在R上的值域为[-2,2],易知[2a,2b]⊆[-2,2],
所以⊆则
若a<b≤0,则⇒此时a+b=-1;
若0≤a<b,则⇒此时a+b=1;
若a<0<b,则⇒此时a+b=0.
故a+b的值为-1或1或0.
学科网(北京)股份有限公司
$