内容正文:
解题大招:拆解各类网红函数,回归函数本质
——基本初等函数之外的衍生函数归类梳理
高中函数的核心是课本中的基本初等函数。在教辅资料与短视频中,不少衍生函数被赋予飘带、双刀、V型、Z型等五花八门的俗称。很多同学只记住花哨外号,却忽略函数本身的数学本质。掌握以下解题大招,拨开别名迷雾,看透函数本源,快速破解相关题型。
解题大招一:所谓“飘带函数、双刀函数”,本质归一为对勾函数。
解题大招二:所谓“V型函数、Z型函数”,本质归一为绝对值型分段函数。
解题大招三:所谓“高斯函数(取整函数)”,本质归一为特殊分段函数。
解题大招四:所谓“狄利克雷函数”,本质归一为特殊分段函数。
解题大招一知识点归纳: 对勾函数
1.定义:形如的函数,其图象类似于两个勾,故称之为对勾函数.
2.图象及性质
解析式
(、)
图象
以为例
定义域
值域
单调性
单调递增区间
,,
单调递减区间
,
当、时,
在单调递增
当、时,
在 单调递减;
奇偶性
奇函数
最值
最值当且仅当,即时取最大、最小值
对称中心
(0,0)
渐近线
简图画法
一心两线一拐点
(两线指渐近线,
分为上勾和下勾,最低点及最高点)
一心一线一单调
(两特值定单调)
以下两种情况同上归纳如下:
也叫对勾函数,耐克函数.
也叫双刀函数,飘带函数,
解题大招二知识点归纳:V型函数、Z型函数
1.单绝对值图象:形如 的函数图象类似于符号“V”,
故称之为 “ ”形函数,其中 为常数,且 . 最简单的就是
其图象如下图所示:
性质:其图象的对称轴方程为 ,顶点坐标为 ,
的图象开口方向向上,
的图象开口方向向下, 并且其图象左、右两支的斜率分别为 .
举例1:观察函数的图象并写出函数的一些性质:
【解析】因为,函数的值域为.
“V型”
性质: 零 点:-3
对称轴: 直线,且函数的最小值为
单调性:
值 域:
2.双绝对值图象:”U”(平底锅)或三折线型
① () ”U”(平底锅)
② () “三折线型’或“Z型”
性质:的图象关于直线对称,且函数的最小值为;
的图象关于点对称,且函数的值域为.
举例2 求函数的值域
“三折线型’或“Z型”
先画图再得函数的值域为:.
解题大招三:所谓“高斯函数(取整函数)”,本质归一为特殊分段函数。
1.定义 :记 表示不超过实数 的最大整数,即找小于或等于这个数里面最大的那个,例如: , ,函数 被称为高斯函数, 又称取整函数.本质时分段阶梯函数,如果用分段函数表示解析式,则有无穷段;常见表示 , 表示不超过实数 的最大整数.
2.性质
(1)定义域: ;值域: ;(2)不具有单调性、奇偶性、周期性.(3)重要恒等式x+{x},{x}时小数部分,0≤{x}<1.
解题大招四:所谓“狄利克雷函数”,本质归一为特殊分段函数。
1. 定义
德国著名数学家狄利克雷(Dirichlet,1805~1859)定义了一个奇怪的函数:其中为实数集,为有理数集.这个函数因此命名为狄利克雷函数.
2.图象特征
(1)图象由两条离散点列构成:
y=1:在x轴所有有理数位置画孤立空心、实心点;
y=0:在x轴所有无理数位置画孤立点;
(2)无连续曲线、画不出连续线条,任意区间内两种点稠密交错,肉眼无法精确手绘完整图象.
3.基本性质
(1)有界性:,有界函数;
(2)奇偶性:偶函数,;
(3)周期性:任意正有理数都是周期,无最小正周期;无理数不是周期;
(4)连续性: 在处处不连续.
【练习】
1.(单选题)的最小值为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【分析】根据基本不等式求解即可.
【解析】因为,所以.
所以,
当且仅当,即时,等号成立.故选:C
2.(单选题)形如的函数一般称为飘带函数.若飘带函数的图象经过两点和.则以下四个判断中①是定义域上的偶函数;②在内单调递减;③有最小值;④,正确的有( )
A.①②④ B.②③④ C.①③④ D.②④
【答案】D
【分析】应用待定系数法求函数解析式和定义域,再由奇偶性的定义判断,根据解析式判断区间单调性,进而确定最值情况,最后代入自变量求函数值判断各项正误.
【解析】由题意得,解得,则且,
因为,所以是奇函数,①错.
因为均在内单调递减,所以在内单调递减,没有最小值,②对③错,
由得,,④对.
故选:D
3.(单选题)德国著名的数学家高斯是近代数学奠基者,用其名字命名的高斯函数为,其中表示不超过x的最大整数,例如,.定义符号函数,则( )
A. B. C.1 D.2
【答案】D
【解析】.
故选:D.
4.(单选题)设,用表示不超过的最大整数,则称为高斯函数.例:,.已知函数,则函数的值域是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】因为,
可知在定义域内单调递减,且,
且,则,,可得,
若,则,可知,,
则,可得;
若,则;
若,则,可知,,
则,可得;
综上所述:函数的值域是.
故选:C.
5.(单选题)函数的图象犹如两条飘逸的绸带而被称为飘带函数,也是两条优美的双曲线.在数列中,,,记数列的前项积为,数列的前项和为,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】由题意可得:,,
则
,
可得,
又因为为递增数列,且,
所以.
故选:A.
6.(多选题)已知函数,下面有关结论正确的有( )
A.定义域为 B.值域为
C.在上单调递减 D.图象关于原点对称
【答案】ABD
【解析】对于A中,函数有意义,则满足,
所以函数定义域为,所以A正确;
对于B中,当时,可得,
当且仅当时,即时,等号成立,所以;
当时,可得,
当且仅当时,即时,等号成立,所以,
所以函数的值域为,所以B正确;
对于C中,函数在上单调递减,所以C不正确;
对于D中,函数定义域为,关于原点对称,
且满足,所以函数为奇函数,
函数的图象关于原点对称,所以D正确.
故选:ABD.
7.(多选题)下列命题中的真命题有( )
A.最小值为2
B.的最小值是2
C.当时,的最大值是5
D.当时,的最大值是
【答案】ACD
【分析】利用基本不等式结合对勾函数的性质一一判定选项即可.
【详解】对A:,当且仅当,即时取等号,
此时,所以函数最小值为2,故A正确;
对B:,
令,则,令,
又在上单调递增,故,
故的最小值为,也即的最小值为,故B错误;
对C:,当且仅当,即时取得等号;
故当时,的最大值是,故C正确;
对D:当时,,当且仅当,即时取得等号,故,即的最大值是,故D正确.
故选:ACD.
8.(填空题)已知函数,,则的值域为 .
【答案】
【解析】由题意得,.
令,则,则可化为.
∵函数,在上均为增函数,
∴在上为增函数,
∵时,,时,,
∴的值域为.
9.(多选题)德国著名数学家狄利克雷是解析数学的创始人,以其名字命名的函数称为狄利克雷函数,其解析式为,则下面描述正确的有( )
A.为偶函数
B.
C.
D.不等式在区间上恒成立
【答案】ABD
【解析】对于A,当时,,则;当时,,
则,即,,因此为偶函数,A正确;
对于B,当时,,当时,,B正确;
对于C,取,,C错误;
对于D,当时,,不等式,
对且,恒成立;当时,,不等式,
,对且,恒成立,D正确.
故选:ABD
10.(填空题)对于任意的表示不超过的最大整数.十八世纪,被“数学王子”高斯采用,因此得名为高斯函数,人们更习惯称为“取整函数”,令下列说法正确的有_________
①
②当时,
③
④不等式的解集为
【答案】①②④
【解析】,故①正确;
时,所以时,,故②正确;
当时,此时,故③错误;
令则化为,解得,所以,
当时,,当时,,所以,
所以不等式的解集为,故④正确.
故答案为:①②④
11.(填空题)十九世纪德国数学家狄利克雷提出了“狄利克雷函数”,“狄利克雷函数”在现代数学的发展过程中有着重要意义,根据“狄利克雷函数”求得_______.
【答案】1
【解析】由题意,
故答案为:1.
12.(填空题)若对任意实数,,不等式恒成立,则实数的最小值为________.
【答案】
【分析】令,代入不等式进行化简,消除,再令,进行化简,利用基本不等式进行求解即可.
【解析】因为,,令,所以,
则,所以,
由对任意实数,成立,所以求的最大值,
因为,则,令,
所以,上下同除以,则,当且仅当,即时,等号成立,所以,
所以实数的最小值为.故答案为:.
13.(填空题)已知函数 ,若方程 恰有四个互异实数根,则实数 的取值范围为_____.
【答案】 或 或
【解析】 ,则问题等价于 与 有两个交点. 易知 是顶点为 、开口向上的 形函数,且顶点 在直线 上运动. 使两函数有两个交点, 有如下三种情形:
图1 图2 图3
(1) 当 的左支 与 的左支相切时 (如图 1), ,变形为 ,由 解得 ;
(2) 当 的左支 与 的右支相切时 (如图 2), ,变形为 ,由 解得 ;
(3) 当 的顶点 在 的右支上时 (如图 3), ,解得 (舍去),或 . 综上: 或 或 .
14.(填空题)高斯是德国著名的数学家,近代数学奠基者之一,用他的名字命名了“高斯函数”.设,用表示不超过的最大整数,则标为高斯函数.例如,已知函数,则的值域为__________.
【答案】
【解析】由高斯函数的定义可得:
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则,
当时,,且每段函数都是单调递减的,每段的左端点的函数值都为1;
当时,,且每段函数都是单调递增的,每段的左端点的函数值都为1.
绘制的图象,如图所示,
由图可知,的值域为.
15.(解答题)若函数的定义域为,满足对任意,,有,则称为型函数;若函数的定义域为,满足对任意,恒成立,且对任意,,有,则称为对数型函数.
(1)当函数时,判断是否为型函数,并说明理由.
(2)当函数时,证明:是对数型函数.
(3)若函数是型函数,且满足对任意,有,问是否为对数型函数?若是,加以证明;若不是,请说明理由.
【答案】(1)不是型函数,详见解析(2)证明见解析(3)是对数型函数,证明见解析
【解析】(1)由题,函数,
则
当,同号时,此时,
此时不满足,所以不是型函数.
(2)因为恒成立,
要证对任意,,,
即证对任意,,,
即证对任意,,.
因为,
所以是对数型函数
(3)函数是对数型函数.证明如下:
因为是型函数,所以对任意,,有,
又由对任意,有,所以,
所以,所以,
所以,
所以是对数型函数.
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解题大招:拆解各类网红函数,回归函数本质
——基本初等函数之外的衍生函数归类梳理
高中函数的核心是课本中的基本初等函数。在教辅资料与短视频中,不少衍生函数被赋予飘带、双刀、V型、Z型等五花八门的俗称。很多同学只记住花哨外号,却忽略函数本身的数学本质。掌握以下解题大招,拨开别名迷雾,看透函数本源,快速破解相关题型。
解题大招一:所谓“飘带函数、双刀函数”,本质归一为对勾函数。
解题大招二:所谓“V型函数、Z型函数”,本质归一为绝对值型分段函数。
解题大招三:所谓“高斯函数(取整函数)”,本质归一为特殊分段函数。
解题大招四:所谓“狄利克雷函数”,本质归一为特殊分段函数。
解题大招一知识点归纳: 对勾函数
1.定义:形如的函数,其图象类似于两个勾,故称之为对勾函数.
2.图象及性质
解析式
(、)
图象
以为例
定义域
值域
单调性
单调递增区间
,,
单调递减区间
,
当、时,
在单调递增
当、时,
在 单调递减;
奇偶性
奇函数
最值
最值当且仅当,即时取最大、最小值
对称中心
(0,0)
渐近线
简图画法
一心两线一拐点
(两线指渐近线,
分为上勾和下勾,最低点及最高点)
一心一线一单调
(两特值定单调)
以下两种情况同上归纳如下:
也叫对勾函数,耐克函数.
也叫双刀函数,飘带函数,
解题大招二知识点归纳:V型函数、Z型函数
1.单绝对值图象:形如 的函数图象类似于符号“V”,
故称之为 “ ”形函数,其中 为常数,且 . 最简单的就是
其图象如下图所示:
性质:其图象的对称轴方程为 ,顶点坐标为 ,
的图象开口方向向上,
的图象开口方向向下, 并且其图象左、右两支的斜率分别为 .
举例1:观察函数的图象并写出函数的一些性质:
【解析】因为,函数的值域为.
“V型”
性质: 零 点:-3
对称轴: 直线,且函数的最小值为
单调性:
值 域:
2.双绝对值图象:”U”(平底锅)或三折线型
① () ”U”(平底锅)
② () “三折线型’或“Z型”
性质:的图象关于直线对称,且函数的最小值为;
的图象关于点对称,且函数的值域为.
举例2 求函数的值域
“三折线型’或“Z型”
先画图再得函数的值域为:.
解题大招三:所谓“高斯函数(取整函数)”,本质归一为特殊分段函数。
1.定义 :记 表示不超过实数 的最大整数,即找小于或等于这个数里面最大的那个,例如: , ,函数 被称为高斯函数, 又称取整函数.本质时分段阶梯函数,如果用分段函数表示解析式,则有无穷段;常见表示 , 表示不超过实数 的最大整数.
2.性质
(1)定义域: ;值域: ;(2)不具有单调性、奇偶性、周期性.(3)重要恒等式x+{x},{x}时小数部分,0≤{x}<1.
解题大招四:所谓“狄利克雷函数”,本质归一为特殊分段函数。
1. 定义
德国著名数学家狄利克雷(Dirichlet,1805~1859)定义了一个奇怪的函数:其中为实数集,为有理数集.这个函数因此命名为狄利克雷函数.
2.图象特征
(1)图象由两条离散点列构成:
y=1:在x轴所有有理数位置画孤立空心、实心点;
y=0:在x轴所有无理数位置画孤立点;
(2)无连续曲线、画不出连续线条,任意区间内两种点稠密交错,肉眼无法精确手绘完整图象.
3.基本性质
(1)有界性:,有界函数;
(2)奇偶性:偶函数,;
(3)周期性:任意正有理数都是周期,无最小正周期;无理数不是周期;
(4)连续性: 在处处不连续.
【练习】
1.(单选题)的最小值为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【分析】根据基本不等式求解即可.
【解析】因为,所以.
所以,
当且仅当,即时,等号成立.故选:C
2.(单选题)形如的函数一般称为飘带函数.若飘带函数的图象经过两点和.则以下四个判断中①是定义域上的偶函数;②在内单调递减;③有最小值;④,正确的有( )
A.①②④ B.②③④ C.①③④ D.②④
【答案】D
【分析】应用待定系数法求函数解析式和定义域,再由奇偶性的定义判断,根据解析式判断区间单调性,进而确定最值情况,最后代入自变量求函数值判断各项正误.
【解析】由题意得,解得,则且,
因为,所以是奇函数,①错.
因为均在内单调递减,所以在内单调递减,没有最小值,②对③错,
由得,,④对.
故选:D
3.(单选题)德国著名的数学家高斯是近代数学奠基者,用其名字命名的高斯函数为,其中表示不超过x的最大整数,例如,.定义符号函数,则( )
A. B. C.1 D.2
【答案】D
【解析】.
故选:D.
4.(单选题)设,用表示不超过的最大整数,则称为高斯函数.例:,.已知函数,则函数的值域是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】因为,
可知在定义域内单调递减,且,
且,则,,可得,
若,则,可知,,
则,可得;
若,则;
若,则,可知,,
则,可得;
综上所述:函数的值域是.
故选:C.
5.(单选题)函数的图象犹如两条飘逸的绸带而被称为飘带函数,也是两条优美的双曲线.在数列中,,,记数列的前项积为,数列的前项和为,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】由题意可得:,,
则
,
可得,
又因为为递增数列,且,
所以.
故选:A.
6.(多选题)已知函数,下面有关结论正确的有( )
A.定义域为 B.值域为
C.在上单调递减 D.图象关于原点对称
【答案】ABD
【解析】对于A中,函数有意义,则满足,
所以函数定义域为,所以A正确;
对于B中,当时,可得,
当且仅当时,即时,等号成立,所以;
当时,可得,
当且仅当时,即时,等号成立,所以,
所以函数的值域为,所以B正确;
对于C中,函数在上单调递减,所以C不正确;
对于D中,函数定义域为,关于原点对称,
且满足,所以函数为奇函数,
函数的图象关于原点对称,所以D正确.
故选:ABD.
7.(多选题)下列命题中的真命题有( )
A.最小值为2
B.的最小值是2
C.当时,的最大值是5
D.当时,的最大值是
【答案】ACD
【分析】利用基本不等式结合对勾函数的性质一一判定选项即可.
【详解】对A:,当且仅当,即时取等号,
此时,所以函数最小值为2,故A正确;
对B:,
令,则,令,
又在上单调递增,故,
故的最小值为,也即的最小值为,故B错误;
对C:,当且仅当,即时取得等号;
故当时,的最大值是,故C正确;
对D:当时,,当且仅当,即时取得等号,故,即的最大值是,故D正确.
故选:ACD.
8.(填空题)已知函数,,则的值域为 .
【答案】
【解析】由题意得,.
令,则,则可化为.
∵函数,在上均为增函数,
∴在上为增函数,
∵时,,时,,
∴的值域为.
9.(多选题)德国著名数学家狄利克雷是解析数学的创始人,以其名字命名的函数称为狄利克雷函数,其解析式为,则下面描述正确的有( )
A.为偶函数
B.
C.
D.不等式在区间上恒成立
【答案】ABD
【解析】对于A,当时,,则;当时,,
则,即,,因此为偶函数,A正确;
对于B,当时,,当时,,B正确;
对于C,取,,C错误;
对于D,当时,,不等式,
对且,恒成立;当时,,不等式,
,对且,恒成立,D正确.
故选:ABD
10.(填空题)对于任意的表示不超过的最大整数.十八世纪,被“数学王子”高斯采用,因此得名为高斯函数,人们更习惯称为“取整函数”,令下列说法正确的有_________
①
②当时,
③
④不等式的解集为
【答案】①②④
【解析】,故①正确;
时,所以时,,故②正确;
当时,此时,故③错误;
令则化为,解得,所以,
当时,,当时,,所以,
所以不等式的解集为,故④正确.
故答案为:①②④
11.(填空题)十九世纪德国数学家狄利克雷提出了“狄利克雷函数”,“狄利克雷函数”在现代数学的发展过程中有着重要意义,根据“狄利克雷函数”求得_______.
【答案】1
【解析】由题意,
故答案为:1.
12.(填空题)若对任意实数,,不等式恒成立,则实数的最小值为________.
【答案】
【分析】令,代入不等式进行化简,消除,再令,进行化简,利用基本不等式进行求解即可.
【解析】因为,,令,所以,
则,所以,
由对任意实数,成立,所以求的最大值,
因为,则,令,
所以,上下同除以,则,当且仅当,即时,等号成立,所以,
所以实数的最小值为.故答案为:.
13.(填空题)已知函数 ,若方程 恰有四个互异实数根,则实数 的取值范围为_____.
【答案】 或 或
【解析】 ,则问题等价于 与 有两个交点. 易知 是顶点为 、开口向上的 形函数,且顶点 在直线 上运动. 使两函数有两个交点, 有如下三种情形:
图1 图2 图3
(1) 当 的左支 与 的左支相切时 (如图 1), ,变形为 ,由 解得 ;
(2) 当 的左支 与 的右支相切时 (如图 2), ,变形为 ,由 解得 ;
(3) 当 的顶点 在 的右支上时 (如图 3), ,解得 (舍去),或 . 综上: 或 或 .
14.(填空题)高斯是德国著名的数学家,近代数学奠基者之一,用他的名字命名了“高斯函数”.设,用表示不超过的最大整数,则标为高斯函数.例如,已知函数,则的值域为__________.
【答案】
【解析】由高斯函数的定义可得:
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则;
当时,,则,
当时,,且每段函数都是单调递减的,每段的左端点的函数值都为1;
当时,,且每段函数都是单调递增的,每段的左端点的函数值都为1.
绘制的图象,如图所示,
由图可知,的值域为.
15.(解答题)若函数的定义域为,满足对任意,,有,则称为型函数;若函数的定义域为,满足对任意,恒成立,且对任意,,有,则称为对数型函数.
(1)当函数时,判断是否为型函数,并说明理由.
(2)当函数时,证明:是对数型函数.
(3)若函数是型函数,且满足对任意,有,问是否为对数型函数?若是,加以证明;若不是,请说明理由.
【答案】(1)不是型函数,详见解析(2)证明见解析(3)是对数型函数,证明见解析
【解析】(1)由题,函数,
则
当,同号时,此时,
此时不满足,所以不是型函数.
(2)因为恒成立,
要证对任意,,,
即证对任意,,,
即证对任意,,.
因为,
所以是对数型函数
(3)函数是对数型函数.证明如下:
因为是型函数,所以对任意,,有,
又由对任意,有,所以,
所以,所以,
所以,
所以是对数型函数.
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