内容正文:
专题4.2 指数函数【知识解读】
【人教A版(2019)】
题型归纳
【题型 1·指数函数的判定】 1
【题型 2·根据函数是指数函数求参数 3
【题型 3·求指数函数的解析式或函数值 3
【题型 4·比较指数幂的大小】 4
【题型 5·解指数不等式】 4
【题型 6·指数函数图象的识别与应用】 5
【题型 7·指数(型)函数的单调性问题】 6
【题型 8·指数型复合函数的应用】 6
【课后练习】 7
知识点1 指数函数的概念
1.指数函数的定义
(1)一般地,函数y=(a>0,且a≠1)叫做指数函数,其中指数x是自变量,定义域是R.
(2)指数函数y=(a>0,且a≠1)解析式的结构特征:
①的系数为1;
②底数a是大于0且不等于1的常数.
【题型 1··指数函数的判定】
【例1】(24-25高一上·全国·课前预习)下列函数中一定是指数函数的是( )
A. B. C. D.
【变式1-1】(24-25高一上·全国·课前预习)下列各函数中,是指数函数的是( )
A. B. C. D.
【变式1-2】(24-25高一上·全国·课后作业)下列函数是指数函数的是( )
A. B. C. D.
【变式1-3】(23-24高一上·江西新余·期中)下列函数是指数函数的是( )
A. B. C. D.
知识点2 指数函数的图象与性质
1.指数函数的图象与性质
0<a<1
a>1
图象
性质
定义域
R
值域
过定点
图象过定点(0,1),即当x=0时,y=1
单调性
在上是减函数
在上是增函数
函数值的变化范围
当x<0时,y>1
当x<0时,0<y<1
当x=0时,y=1
当x=0时,y=1
当x>0时,0<y<1
当x>0时,y>1
2.底数对指数函数图象的影响
指数函数y=(a>0,且a≠1)的底数对图象的影响可以从不同角度来记忆理解.
(1)无论是a>1还是0<a<1,在第一象限内,自下而上,图象越高的指数函数的底数越大,即“底大图高”.
(2)左右比较:在直线y=1的上面,a>1时,a越大,图象越靠近y轴;0<a<1时,a越小,图象越靠近
y轴.
(3)上下比较:比较图象与直线x=1的交点,交点的纵坐标越大,对应的指数函数的底数越大.
3.比较指数幂的大小的方法
比较指数幂的大小的方法(分三种情况):
(1)底数相同,指数不同:利用指数函数的单调性来判断;
(2)底数不同,指数相同:利用底数不同的指数函数的图象变化规律来判断;
(3)底数不同,指数不同:通过中间量来比较,一般引入中间量“1”.
4.指数方程(不等式)的求解思路
指数方程(不等式)的求解主要利用指数函数的单调性进行转化求解.
【题型 2·根据函数是指数函数求参数
【例2】(25-26高一上·天津滨海新区·阶段检测)函数是指数函数,则a的值为( )
A. B.1 C. D.1或
【变式2-1】(25-26高一上·福建莆田·期中)函数是指数函数,则实数的取值范围为( )
A. B. C. D.
【变式2-2】(23-24高一上·青海西宁·期中)函数是指数函数,则有( )
A.或 B.
C. D.且
【变式2-3】(23-24高一上·天津河西·期末)若函数是指数函数,则的值为( )
A.2 B.1 C.1或 D.
【题型 3·求指数函数的解析式或函数值
【例3】(23-24高一下·湖南衡阳·阶段检测)已知指数函数图象过点,则等于( )
A.3 B.6 C.9 D.27
【变式3-1】(24-25高一上·全国·课后作业)若指数函数的图象过点,则的解析式为( )
A. B.
C. D.
【变式3-2】(2023高二上·甘肃兰州·学业考试)已知指数函数的图象经过点,则( )
A.4 B.1 C.2 D.
【变式3-3】(23-24高一下·新疆伊犁·期中)函数,且的图象经过点,则( )
A. B. C. D.9
【题型 4·比较指数幂的大小】
【例4】(25-26高一上·河北廊坊·阶段检测)设,,,则a,b,c的大小关系为( )
A. B. C. D.
【变式4-1】(25-26高一上·北京海淀·阶段检测)设,,,则的大小关系为( )
A. B.
C. D.
【变式4-2】(25-26高一上·辽宁大连·期中)已知,则的大小关系是( )
A. B. C. D.
【变式4-3】(25-26高一上·广西南宁·期中)设,,,则,,的大小关系为( )
A. B. C. D.
【题型 5··解指数不等式】
【例5】(24-25高一上·吉林通化·阶段检测)已知函数,且,且.
(1)求的值;
(2)若,求实数的取值范围.
【变式5-1】24-25高一上·陕西·期末)已知是定义在上的偶函数,当时,.
(1)求函数的解析式;
(2)解不等式.
【变式5-2】(24-25高一上·广东阳江·期末)已知函数满足
(1)求的解析式;
(2)求不等式的解集.
【变式5-3】(23-24高一上·四川成都·期末)已知函数,且满足.
(1)求的值;
(2)解不等式.
【题型 6·指数函数图象的识别与应用】
【例6】(25-26高一上·安徽·阶段检测)如图,(1)(2)(3)分别是指数函数的大致图象,则( )
A. B. C. D.
【变式6-1】(25-26高一上·山东枣庄·期中)如图①②③④中不属于函数的一个是( )
A.① B.② C.③ D.④
【变式6-2】(25-26高三·全国·一轮复习)已知,则指数函数①,②的图象为( )
A.B.C.D.
【变式6-3】(24-25高一上·青海西宁·阶段检测)函数与的图象大致是( )
A. B. C. D.
【题型 7··指数(型)函数的单调性问题】
【例7】(25-26高一上·福建泉州·阶段检测)函数的单调递减区间为______.
【变式7-1】(25-26高一上·四川德阳·期中)函数的单调增区间为______ .
【变式7-2】(25-26高一上·重庆·期中)的单调递增区间为_____.
【变式7-3】(23-24高一上·内蒙古呼伦贝尔·期末)函数单调递减区间是___________.
【题型 8·指数型复合函数的应用】
【例8】(25-26高一上·广西南宁·阶段检测)已知函数满足.
(1)求的值;
(2)求函数的单调区间;
(3)求函数的值域.
【变式8-1】(23-24高一上·西藏那曲·期末)已知函数.
(1)若,求实数x的取值范围;
(2)求的值域.
【变式8-2】(23-24高一上·福建南平·期中)已知函数的图象经过点.
(1)求的值;
(2)求函数的定义域和值域.
课后练习
【课后练习】
1.(25-26高一上·浙江杭州·期中)函数的值域是( )
A. B. C. D.
2.(25-26高一上·安徽·期末)下列函数中,在其定义域上是增函数的是( )
A. B. C. D.
3.(25-26高一上·山东菏泽·阶段检测)函数 且的图象过点,则( )
A. B.3 C. D.9
4.(25-26高一上·重庆·阶段检测)已知函数在区间上单调递增,则实数a的取值范围是( )
A. B. C. D.
5.(25-26高一上·湖南娄底·期末)函数,则( )
A. B.0 C.1 D.4
6.(25-26高一上·甘肃白银·阶段检测)函数的图象过定点( )
A. B. C. D.
7.(25-26高一上·云南昭通·期中)已知函数,则的值域为( )
A. B.
C. D.
8.(25-26高一上·江西·阶段检测)(多选)已知函数,则( )
A.在上单调递减 B.的图象与的图象关于轴对称
C., D.,
9.(25-26高一上·广东广州·期末)不等式的解集是______.
10.(25-26高一上·重庆璧山·期中)已知,则两个数的大小关系是__________.
11.(25-26高一上·甘肃兰州·期中)已知函数,
(1)求函数的单调区间;
(2)求函数的值域.
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专题4.2 指数函数【知识解读】
【人教A版(2019)】
题型归纳
【题型 1·指数函数的判定】 1
【题型 2·根据函数是指数函数求参数 4
【题型 3·求指数函数的解析式或函数值 5
【题型 4·比较指数幂的大小】 6
【题型 5··解指数不等式】 8
【题型 6·指数函数图象的识别与应用】 10
【题型 7·指数(型)函数的单调性问题】 12
【题型 8·指数型复合函数的应用】 14
【课后练习】 15
知识点1 指数函数的概念
1.指数函数的定义
(1)一般地,函数y=(a>0,且a≠1)叫做指数函数,其中指数x是自变量,定义域是R.
(2)指数函数y=(a>0,且a≠1)解析式的结构特征:
①的系数为1;
②底数a是大于0且不等于1的常数.
【题型 1··指数函数的判定】
【例1】(24-25高一上·全国·课前预习)下列函数中一定是指数函数的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由指数函数定义可得答案.
【详解】只有符合指数函数的定义,A,B,D中函数都不符合(且)的形式.
故选:C
【变式1-1】(24-25高一上·全国·课前预习)下列各函数中,是指数函数的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据指数函数定义即可判断.
【详解】根据指数函数的定义形如且为指数函数判断:
对于A:为幂函数,故A错误;
对于B:中不能作为底数,故B错误;
对于C:中系数不为1,故C错误;
对于D:是指数函数,故D正确;
故选:D
【变式1-2】(24-25高一上·全国·课后作业)下列函数是指数函数的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由指数函数的定义即可判断.
【详解】由指数函数的定义可知,带有常数项,A错误;
与的系数都不为1,B错误,D错误;
,符合题意,C正确.
故选:C
【变式1-3】(23-24高一上·江西新余·期中)下列函数是指数函数的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据指数函数的定义,结合选项判断即可.
【详解】根据指数函数的定义:形如(且)的函数叫做指数函数,结合选项从而可判断选项D正确.
故选:D.
知识点2 指数函数的图象与性质
1.指数函数的图象与性质
0<a<1
a>1
图象
性质
定义域
R
值域
过定点
图象过定点(0,1),即当x=0时,y=1
单调性
在上是减函数
在上是增函数
函数值的变化范围
当x<0时,y>1
当x<0时,0<y<1
当x=0时,y=1
当x=0时,y=1
当x>0时,0<y<1
当x>0时,y>1
2.底数对指数函数图象的影响
指数函数y=(a>0,且a≠1)的底数对图象的影响可以从不同角度来记忆理解.
(1)无论是a>1还是0<a<1,在第一象限内,自下而上,图象越高的指数函数的底数越大,即“底大图高”.
(2)左右比较:在直线y=1的上面,a>1时,a越大,图象越靠近y轴;0<a<1时,a越小,图象越靠近
y轴.
(3)上下比较:比较图象与直线x=1的交点,交点的纵坐标越大,对应的指数函数的底数越大.
3.比较指数幂的大小的方法
比较指数幂的大小的方法(分三种情况):
(1)底数相同,指数不同:利用指数函数的单调性来判断;
(2)底数不同,指数相同:利用底数不同的指数函数的图象变化规律来判断;
(3)底数不同,指数不同:通过中间量来比较,一般引入中间量“1”.
4.指数方程(不等式)的求解思路
指数方程(不等式)的求解主要利用指数函数的单调性进行转化求解.
【题型 2·根据函数是指数函数求参数
【例2】(25-26高一上·天津滨海新区·阶段检测)函数是指数函数,则a的值为( )
A. B.1 C. D.1或
【答案】A
【分析】直接根据指数函数的定义可得所求值.
【详解】因为函数是指数函数,所以且,
即且,解得.
故选:A.
【变式2-1】(25-26高一上·福建莆田·期中)函数是指数函数,则实数的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由指数函数的定义列出限制条件,求解不等式组可得答案.
【详解】由指数函数的定义得解得,且,故的取值范围是.
故选:C
【变式2-2】(23-24高一上·青海西宁·期中)函数是指数函数,则有( )
A.或 B.
C. D.且
【答案】C
【分析】根据指数函数的定义,即可证明.
【详解】由已知得,即得.
故选:C
【变式2-3】(23-24高一上·天津河西·期末)若函数是指数函数,则的值为( )
A.2 B.1 C.1或 D.
【答案】D
【分析】由指数函数的定义可得且,,解方程验证可得.
【详解】解:因为函数是指数函数,
且,,
由解得或,
,
故选:D.
【题型 3·求指数函数的解析式或函数值
【例3】(23-24高一下·湖南衡阳·阶段检测)已知指数函数图象过点,则等于( )
A.3 B.6 C.9 D.27
【答案】C
【分析】先求得的解析式,进而求得.
【详解】设且,
将代入得,
解得,所以,
所以.
故选:C
【变式3-1】(24-25高一上·全国·课后作业)若指数函数的图象过点,则的解析式为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】设,(且),代入点运算求解即可.
【详解】设,(且),
因为函数的图象过点,则,解得,
所以.
故选:B.
【变式3-2】(2023高二上·甘肃兰州·学业考试)已知指数函数的图象经过点,则( )
A.4 B.1 C.2 D.
【答案】A
【分析】根据指数函数的特征,结合经过的点即可求解.
【详解】由指数函数的图象经过点可得
,解得,
所以,
故选:A
【变式3-3】(23-24高一下·新疆伊犁·期中)函数,且的图象经过点,则( )
A. B. C. D.9
【答案】D
【分析】首先代入点的坐标,求函数的解析式,再代入,求函数值.
【详解】由题意可知,,,且,得,
所以,.
故选:D
【题型 4·比较指数幂的大小】
【例4】(25-26高一上·河北廊坊·阶段检测)设,,,则a,b,c的大小关系为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】利用指数函数的单调性求解.
【详解】为上的增函数,,
,,
,,,.
故选:C.
【变式4-1】(25-26高一上·北京海淀·阶段检测)设,,,则的大小关系为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】要比较的大小,先将它们转化为同底数幂,再根据指数函数的单调性判断大小.
【详解】将统一底数为,则:
,
,
因为指数函数在上为单调递增,又因为,
所以:,即.
故选: D.
【变式4-2】(25-26高一上·辽宁大连·期中)已知,则的大小关系是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】将三个数化为同底,再结合指数函数的单调性求解.
【详解】,,,
因为在上单调递增,则.
故选:A
【变式4-3】(25-26高一上·广西南宁·期中)设,,,则,,的大小关系为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】由,结合对应幂函数的单调性判断大小关系.
【详解】由,且在上单调递增,
所以,即.
故选:D
【题型 5··解指数不等式】
【例5】(24-25高一上·吉林通化·阶段检测)已知函数,且,且.
(1)求的值;
(2)若,求实数的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)由解出即可求解;
(2)由指数函数的单调性即可求解.
【详解】(1)因为,所以,所以
(2)由(1)得,则函数是上的增函数.
由,得,
解得,即的范围是
【变式5-1】24-25高一上·陕西·期末)已知是定义在上的偶函数,当时,.
(1)求函数的解析式;
(2)解不等式.
【答案】(1)
(2).
【分析】(1)根据题意结合偶函数的定义运算求解;
(2)根据偶函数性质将不等式转化为,利用指数函数单调性解不等式得解.
【详解】(1)是定义在上的偶函数,,
又当时,,
当时,.
.
(2)是偶函数,
不等式等价于,即,
,
又函数是增函数,
,解得或,
不等式的解集是.
【变式5-2】(24-25高一上·广东阳江·期末)已知函数满足
(1)求的解析式;
(2)求不等式的解集.
【答案】(1)
(2)或
【分析】(1)将原函数变形得出,然后即可得出的解析式;
(2)根据指数函数的单调性即可得解.
【详解】(1),
;
(2)由得:,
,
,解得或,
原不等式的解集为:或
【变式5-3】(23-24高一上·四川成都·期末)已知函数,且满足.
(1)求的值;
(2)解不等式.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)根据代入解方程即可
(2)由指数函数的单调性可得结论.
【详解】(1)因为且,
所以
故的值为
(2)不等式,即,
因为在上单调递减,所以,
所以不等式解集为.
【题型 6·指数函数图象的识别与应用】
【例6】(25-26高一上·安徽·阶段检测)如图,(1)(2)(3)分别是指数函数的大致图象,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】令,再根据函数值的大小即可得解.
【详解】令,观察图象可得.
故选:D.
【变式6-1】(25-26高一上·山东枣庄·期中)如图①②③④中不属于函数的一个是( )
A.① B.② C.③ D.④
【答案】B
【分析】根据函数图象可判断②不过点,又指数函数恒过定点即可判断.
【详解】已知其中的三个函数都是指数函数,
指数函数的图象一定过点,图象②不过点.
故选:B
【变式6-2】(25-26高三·全国·一轮复习)已知,则指数函数①,②的图象为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】根据指数函数的性质判断即可.
【详解】由,
,在上单调递减,所以排除AB选项;
令,,此时图象①在②的下方
因此C项正确.
故选:C.
【变式6-3】(24-25高一上·青海西宁·阶段检测)函数与的图象大致是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用指数函数与一次函数的性质分类讨论分析选项即可.
【详解】易知在R上单调递增,可排除C、D选项;
对于A、B选项,为单调递减函数,则,
又过点,过点,
则可知两个函数在纵轴上的交点一次函数在下方,即A选项正确,B选项错误.
故选:A
【题型 7··指数(型)函数的单调性问题】
【例7】(25-26高一上·福建泉州·阶段检测)函数的单调递减区间为______.
【答案】
【分析】利用复合函数性质及二次函数性质计算即可得.
【详解】因为复合函数是由与复合而得,
而在上单调递减,
所以的单调减区间即为的单调增区间,
因为开口向下,对称轴为,
所以的单调增区间,
故函数的单调递减区间为.
故答案为:.
【变式7-1】(25-26高一上·四川德阳·期中)函数的单调增区间为______ .
【答案】
【分析】根据指数函数、二次函数性质,结合复合函数的单调性的求法,求解即可.
【详解】设,为开口向上,对称轴为的抛物线,
所以t在上单调递减,在上单调递增,
又因为在R上单调递减,
所以函数的单调增区间为.
故答案为:
【变式7-2】(25-26高一上·重庆·期中)的单调递增区间为_____.
【答案】(或)
【分析】根据指数函数单调性结合复合函数单调性分析求解.
【详解】因为的定义域为,
又因为在定义域内单调递增,在内单调递减,在内单调递增,
可知在内单调递减,在内单调递增,
所以的单调递增区间为.
故答案为:(或).
【变式7-3】(23-24高一上·内蒙古呼伦贝尔·期末)函数单调递减区间是___________.
【答案】
【分析】根据复合函数同增异减来求得函数的单调递减区间.
【详解】设,
则在区间上单调递增,在区间上单调递减.
又在上单调递增,所以函数的单调递增区间是.
故答案为:
【题型 8·指数型复合函数的应用】
【例8】(25-26高一上·广西南宁·阶段检测)已知函数满足.
(1)求的值;
(2)求函数的单调区间;
(3)求函数的值域.
【答案】(1)
(2)单调递减区间为 ,无增区间.
(3)
【分析】(1)根据代入计算即可;
(2)依题意可得,再根据指数函数的性质判断即可;
(3)根据指数函数的值域即可求解.
【详解】(1)由题可得,因为且,所以;
(2)函数为复合函数,
令,在上单调递增,
,在上单调递减,所以函数在上单调递减,
所以函数的单调递减区间为 ,无增区间.
(3)因为,则,所以,所以函数的值域为.
【变式8-1】(23-24高一上·西藏那曲·期末)已知函数.
(1)若,求实数x的取值范围;
(2)求的值域.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)根据指数函数单调性可得,结合二次不等式运算求解即可;
(2)根据二次函数分析可知,结合指数函数性质求值域.
【详解】(1)因为,且在定义域上单调递增,
则,解得,
所以实数x的取值范围为.
(2)因为,当且仅当时等号成立,
且在定义域上单调递增,则,
又因为,所以的值域为.
【变式8-2】(23-24高一上·福建南平·期中)已知函数的图象经过点.
(1)求的值;
(2)求函数的定义域和值域.
【答案】(1)1
(2)的定义域为;值域为
【分析】(1)由代入计算可得;
(2)由(1)可得,即可求出函数的定义域,再将函数解析式变形为,结合指数函数与反比例函数的性质计算可得.
【详解】(1)由题意知,函数的图象过点,可得,
解得;
(2)由(1)知函数,
∵,,即的定义域为,
因为,
又∵,,∴,所以的值域为.
课后练习
【课后练习】
1.(25-26高一上·浙江杭州·期中)函数的值域是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据指数函数的值域即可求解.
【详解】因为指数函数,所以.
2.(25-26高一上·安徽·期末)下列函数中,在其定义域上是增函数的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】直接根据基本初等函数的性质判断可得.
【详解】一次函数为上的减函数,指数函数为上的减函数,
二次函数在区间上是减函数,在区间上单调递增;
幂函数为定义域上的增函数,
故选:D.
3.(25-26高一上·山东菏泽·阶段检测)函数 且的图象过点,则( )
A. B.3 C. D.9
【答案】A
【分析】运用代入法进行求解即可.
【详解】因为函数 且的图象过点,
所以,或舍去,
故.
故选:A
4.(25-26高一上·重庆·阶段检测)已知函数在区间上单调递增,则实数a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据复合函数的单调性,结合指数函数的单调性和二次函数的单调性即可求解.
【详解】令,
因为函数在定义域上单调递增,
则在区间上单调递增,
函数的图象开口向上,对称轴为,
所以,
则实数a的取值范围是.
故选:A.
5.(25-26高一上·湖南娄底·期末)函数,则( )
A. B.0 C.1 D.4
【答案】D
【分析】应用分段函数解析式求解函数值.
【详解】函数,则.
故选:D.
6.(25-26高一上·甘肃白银·阶段检测)函数的图象过定点( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】令得,再计算的值,可得出函数的图象所过定点的坐标.
【详解】令得,则,
故函数的图象恒过定点.
故选:D.
7.(25-26高一上·云南昭通·期中)已知函数,则的值域为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】利用指数函数单调性求出函数值域.
【详解】函数在上单调递增,则,
所以的值域为.
故选:A
8.(25-26高一上·江西·阶段检测)(多选)已知函数,则( )
A.在上单调递减 B.的图象与的图象关于轴对称
C., D.,
【答案】AD
【分析】根据指数函数的图象和性质判断AB的真假,利用指数的运算法则判断CD的真假.
【详解】对指数函数,因为,所以函数在上单调递减,故A正确;
因为,所以函数的图象与的图象关于轴对称,故B错误;
因为,故C错误;
因为,故D正确.
故选:AD
9.(25-26高一上·广东广州·期末)不等式的解集是______.
【答案】
【分析】根据题意结合指数函数单调性可得,解一元二次不等式即可得结果.
【详解】因为,可得,
整理可得,解得,
所以不等式的解集是.
故答案为:.
41.(25-26高一上·重庆璧山·期中)已知,则两个数的大小关系是__________.
【答案】
【分析】根据给定条件,利用指数函数单调性比较大小即得.
【详解】函数在R上单调递减,而,因此,
所以两个数的大小关系是.
故答案为:
10.(25-26高一上·甘肃兰州·期中)已知函数,
(1)求函数的单调区间;
(2)求函数的值域.
【答案】(1)的减区间为,增区间为
(2)
【分析】本题考查复合函数的性质,通过分析内层函数与外层函数的单调性与值域,即可求得函数的单调区间与值域.
【详解】(1),
在上单调递增,在上单调递减,
又因为在上单调递减,
所以根据复合函数单调性判断法则:的减区间为,增区间为.
(2)令,则,
则,即的值域为.
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