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第二章 函数、导数及其应用
第六节 对数与对数函数
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N
N
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logaM+logaN
logaM-logaN
nlogaM
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(0,+∞)
R
(1,0)
y>0
y<0
y<0
y>0
增函数
减函数
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高考再现
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课时作业(十一)
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知识点1 对数与对数运算
(1)对数的运算性质
①=____;②logaaN=____;③loga1=____(a>0且a≠1).
思考:logax2=2logax一定成立吗?
提示:不一定.如loga(-5)2≠2loga(-5).
(2)对数的运算法则
如果a>0且a≠1,M>0,N>0,则
①loga(MN)=_____________________;
②loga=______________;
③logaMn=____________(n∈R).
(3)对数的换底公式
logab=_________(a>0且a≠1,c>0且c≠1,b>0).
知识点2 对数函数的图象与性质
a>1
0<a<1
图象
性质
定义域:______________
值域:____
图象过定点__________,即恒有loga1=0.
①当x>1时,恒有_______;当0<x<1时,恒有_______.
②当x>1时,恒有_______;当0<x<1时,恒有_______.
在(0,+∞)上是__________
在(0,+∞)上是__________
[常用结论]
1.换底公式的两个重要结论
(1)logab=;
(2) =logab.其中a>0且a≠1,b>0且b≠1,m,n∈R.
2.对数函数的图象与底数大小的比较
如图,作直线y=1,则该直线与四个函数图象交点的横坐标为相应的底数,故0<c<d<1<a<b.由此我们可得到以下规律:在第一象限内从左到右底数逐渐增大.
3.函数y=logax与y=ax是互为反函数,其图象关于y=x对称.
思考辨析
1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)
(1)log2x2=2log2x.( )
(2)函数y=log2(x+1)是对数函数.( )
(3)函数y=ln 与y=ln (1+x)-ln (1-x)的定义域相同.( )
(4)当x>1时,若logax>logbx,则a<b.( )
[解析] (1)log2x2=2log2|x|,故(1)错误.
(2)形如y=logax(a>0,且a≠1)为对数函数,故(2)错误.
(4)若0<b<1<a,则当x>1时,logax>logbx,故(4)错误.
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)×
教材衍化
2.log29×log34+2log510+log50.25=( )
A.0 B.2
C.4 D.6
[解析] 原式=2log23×(2log32)+log5(102×0.25)=4+log525=4+2=6.
[答案] D
3.(25-26高二下·山东德州·期末)已知6m=a,log6b=n,若m+n=-,则ab=( )
A. B.
C. D.36
[解析] 由6m=a可得m=log6a,由m+n=-可得log6a+log6b=log6ab=-;所以ab=6==.故选B.
[答案] B
考题体验
4.(25-26高二下·河北·期末)设alog29=2,则3a=( )
A.2 B.3
C.log23 D.log32
[解析] 由alog29=2,可得log29a=2,所以9a=4,3a=2.故选A.
[答案] A
5.(25-26高二下·海南海口·期末)已知loga<,则实数a的取值范围为( )
A.∪(1,+∞) B.∪
C. D.∪
[解析] loga<=loga,
①⇒a>1;
②⇒0<a<.
所以实数a的取值范围为∪(1,+∞).故选A.
[答案] A
[例1] (1)计算:2(lg )2+lg ·lg 5+;
(2)已知2lg =lg x+lg y,求log(3-2).
[思路点拨] (1)观察式子的特征,利用对数的运算性质将式子化简(如去根号、降幂等),然后求值.
(2)利用已知条件求得和值后,代入log(3-2)求值.
[自主解答] (1)原式=lg (2lg +lg 5)+=lg (lg 2+lg 5)+|lg -1|=lg +(1-lg )=1.
(2)由已知得lg =lg xy,
∴=xy,即x2-6xy+y2=0.
∴-6+1=0.
∴=3+2或=3-2
∵∴>1,∴=3+2,
[解题心得] (1)对数的运算性质,以及有关公式都是在式子中所有的对数符号有意义的前提下才成立.
(2)在运算中要注意对数化同底和指数与对数的转化.
[例2] 已知函数f(x)=关于x的方程f(x)+x-a=0有且只有一个实根,则实数a的取值范围是________.
[思路点拨] 画f(x)的图象,利用数形结合来解决.
[自主解答] 问题等价于函数y=f(x)与y=-x+a的图象有且只有一个交点,结合函数图象可知a>1.
[答案] (1,+∞)
[解题心得] 应用对数型函数的图象可求解的问题
(1)对一些可通过平移、对称变换作出其图象的对数型函数,在求解其单调性(单调区间)、值域(最值)、零点时,常利用数形结合思想.
(2)一些对数型方程、不等式问题常转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解.
[例3] (25-26高二下·天津·期末)已知函数f(x)=loga(2+x)-loga(2-x)(a>0,且a≠1).
(1)判断f(x)的奇偶性,并证明;
(2)当a=3时,若f(m)-f(-m)<2,求实数m的取值范围.
[思路点拨] (1)利用函数的奇偶性定义判断即得;
(2)在a=3时,先利用复合函数的单调性判断函数f(x)在(-2,2)上单调递增,再利用奇函数性质和特殊值,将不等式转化成f(m)<f(1),根据函数的单调性即得参数m的范围.
[自主解答] (1)由可得-2<x<2,即函数的定义域为(-2,2),关于原点对称,因为f(-x)+f(x)=loga(2-x)-loga(2+x)+loga(2+x)-loga(2-x)=0,故函数f(x)为奇函数.
(2)当a=3时,f(x)=log3(2+x)-log3(2-x)=log3=log3,因为函数y=-1-在(-2,2)上单调递增,又因为函数y=log3x在定义域内单调递增,故函数f(x)在(-2,2)上单调递增;
又因为f(-m)=-f(m),且f(1)=1,故不等式f(m)-f(-m)<2等价于2f(m)<2f(1),即f(m)<f(1),即可得-2<m<1,故实数m的取值范围为(-2,1).
1.(2024·全国甲卷(文))已知a>1且-=-,则a=________.
[分析] 将log8a,loga4利用换底公式转化成log2a来表示即可求解.
[解析] 由题意得,-=-log2a=-,整理得(log2a)2-5log2a-6=0,⇒log2a=-1或log2a=6,又a>1,所以log2a=6,故a=26=64.
[答案] 64
2.(2025·新高考Ⅰ卷)若实数x,y,z满足2+log2x=3+log3y=5+log5z,则x,y,z的大小关系不可能是( )
A.x>y>z B.x>z>y
C.y>x>z D.y>z>x
[分析] 法一:设2+log2x=3+log3y=5+log5z=m,对m讨论赋值求出x,y,z,即可得出大小关系,利用排除法求出;
法二:根据数形结合解出.
[解析] 法一:设2+log2x=3+log3y=5+log5z=m,所以令m=2,则x=1,y=3-1=,z=5-3=,此时x>y>z,A有可能;令m=5,则x=8,y=9,z=1,此时y>x>z,C有可能;令m=8,则x=26=64,y=35=243,z=53=125,此时y>z>x,D有可能;故选B.
法二:设2+log2x=3+log3y=5+log5z=m,所以,x=2m-2,y=3m-3,z=5m-5
根据指数函数的单调性,易知各方程只有唯一的根,作出函数y=2x-2,y=3x-3,y=5x-5的图象,以上方程的根分别是函数y=2x-2,y=3x-3,y=5x-5的图象与直线x=m的交点纵坐标,如图所示:
易知,随着m的变化可能出现:x>y>z,y>x>z,y>z>x,z>y>x,故选B.
[答案] B
3.(湖南·高考真题)函数f(x)=log3(1+x)的定义域为( )
A.(-∞,-1) B.(-1,+∞)
C.[-1,+∞) D.(0,+∞)
[解析] 由题意可得1+x>0,解得x>-1,所以函数f(x)=log3(1+x)的定义域为(-1,+∞),故选B.
[答案] B
4.(2025·北京卷)一定条件下,某人工智能大语言模型训练N个单位的数据量所需要的时间T=klog2N(单位:h),其中k为常数.在此条件下,已知训练数据量N从106个单位增加到1.024×109个单位时,训练时间增加20 h;当训练数据量N从1.024×109个单位增加到4.096×109个单位时,训练时间增加( )
A.2 h B.4 h
C.20 h D.40 h
[解析] 设当N取106个单位、1.024×109个单位、4.096×109个单位时所需时间分别为T1,T2,T3,
由题意,T1=klog2106=6klog210,
T2=klog2(1.024×109)=klog2(210×106)
=k(10+6log210)
T3=klog2(4.096×109)=klog2(212×106)
=k(12+6log210),
因为T2-T1=k(10+6log210)-6klog210=10k=20,所以k=2,
所以T3-T2=k(12+6log210)-k(10+6log210)=2k=4,
所以当训练数据量N从1.024×109个单位增加到4.096×109个单位时,训练时间增加4小时.故选B.
[答案] B
5.(天津卷)已知a=log27,b=log38,c=0.30.2,则a,b,c的大小关系为( )
A.c<b<a B.a<b<c
C.b<c<a D.c<a<b
[解析] 显然c=0.30.2∈(0,1).
因为log33<log38<log39,所以1<b<2.
因为log27>log24=2,所以a>2.故c<b<a.
[答案] A
6.(2024·北京卷)生物丰富度指数d=是河流水质的一个评价指标,其中S,N分别表示河流中的生物种类数与生物全体总数生物丰富度指数.d越大,水质越好,如果某河流治理前后的生物种类数S没有变化,生物个体总数由N1变为N2,生物丰富度指数由2.1提高到3.15,则( )
A.3N2=2N1 B.2N2=3N1
C.N=N D.N=N
[分析] 根据题意分析可得=2.1,=3.15,消去S即可求解.
[解析] 由题意得,=2.1,=3.15,
则2.1ln N1=3.15ln N2,即2ln N1=3ln N2,
所以N=N.故选D.
[答案] D
$