2023屆高考一輪復習導與練 第二章 函數(shù)(必修第一冊) 第5節(jié) 指數(shù)與指數(shù)函數(shù) 學案
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1、 第5節(jié) 指數(shù)與指數(shù)函數(shù) 1.通過對有理數(shù)指數(shù)冪amn(a>0,且a≠1,m,n為正整數(shù),且n>1)、實數(shù)指數(shù)冪ax(a>0,且a≠1,x∈R)含義的認識,了解指數(shù)冪的拓展過程,掌握指數(shù)冪的運算性質(zhì). 2.通過具體實例,了解指數(shù)函數(shù)的實際意義,理解指數(shù)函數(shù)的概念. 3.能用描點法或借助計算工具畫出具體指數(shù)函數(shù)的圖象,探索并理解指數(shù)函數(shù)的單調(diào)性與特殊點. 1.根式 n次方根 概念 一般地,如果xn=a,那么x叫做a的n次方根,其中n>1,n∈N* 性質(zhì) 當n是奇數(shù)時,a的n次方根用符號na表示 當n是偶數(shù)時,正數(shù)a的n次方根用符號±na表示;負數(shù)沒有偶次方根
2、0的任何次方根都是0,記作 n0=0 根式 概念 式子 na 叫做根式,這里n叫做根指數(shù),a叫做被開方數(shù) 性質(zhì) 當n為任意正整數(shù)時,(na)n=a 當n為奇數(shù)時,nan=a 當n為偶數(shù)時,nan=|a|=a,a≥0,-a,a<0 2.有理數(shù)指數(shù)冪 概念 正分數(shù)指數(shù)冪:amn=nam a>0,m,n∈N*,n>1 負分數(shù)指數(shù)冪:a-mn=1amn=1nam 0的正分數(shù)指數(shù)冪等于0,0的負分數(shù)指數(shù)冪沒有意義 運算 性質(zhì) ar·as=ar+s a>0,b>0, r,s∈Q (ar)s=ars (ab)r=arbr 有理數(shù)指數(shù)冪的運算性質(zhì)中,要求底數(shù)都
3、大于0,否則不能用性質(zhì)來
運算.
3.指數(shù)函數(shù)的概念、圖象與性質(zhì)
y=ax(a>0,且a≠1)
圖象
01
圖象特征
在x軸上方,過定點(0,1)
當x逐漸增大時,圖象逐漸下降
當x逐漸增大時,圖象逐漸上升
性
質(zhì)
定義域
R
值域
(0,+∞)
單調(diào)性
遞減
遞增
函數(shù)變
化規(guī)律
當x=0時,y=1
當x<0時,y>1;當x>0時,0
4、函數(shù)圖象的對稱規(guī)律 函數(shù)y=ax的圖象與y=a-x的圖象關于y軸對稱,y=ax的圖象與y=-ax的圖象關于x軸對稱,y=ax的圖象與y=-a-x的圖象關于坐標原點對稱. 2.底數(shù)對函數(shù)y=ax(a>0,且a≠1)的函數(shù)值的影響如圖(a1>a2>a3>a4),不論是a>1,還是00,a≠1),又由函數(shù)的圖象過點(2,4),則a2=4,解得a=2,即f(x
5、)=2x,所以f(3)=23=8.故選B.
2.(必修第一冊P115練習T3改編)某種產(chǎn)品的產(chǎn)量原來是a件,在今后m年內(nèi),計劃使每年的產(chǎn)量比上一年增加p%,則該產(chǎn)品的產(chǎn)量y隨年數(shù)x變化的函數(shù)解析式為( B )
A.y=a(1+p%)x(0 6、y=a(1+p%)x(0≤x≤m且x∈N).故選B.
3.已知0 7、y)=f(x)f(y)的函數(shù)是一個指數(shù)函數(shù),要使指數(shù)函數(shù)是增函數(shù),則只需要底數(shù)a>1即可.
答案:f(x)=2x(答案不唯一,只要是底數(shù)a>1的指數(shù)函數(shù)即可)
指數(shù)冪的運算
1.當a>0時,-ax3等于( C )
A.xax B.x-ax
C.-x-ax D.-xax
解析:由-ax3成立可知-ax3≥0,結合a>0得x3≤0,即x≤0,因此-ax3=-ax·x2=-ax·x2=-ax·|x|=-x-ax.故選C.
2.已知函數(shù)f(x)=ax+a-x,且f(1)=3,則f(0)+f(1)+f(2)的值是( C )
A.14 B.13 C.12 D.11
解析:由題意 8、,函數(shù)f(x)=ax+a-x,且f(1)=3,可得a+1a=3,又f(2)=a2+ a-2=(a+1a)2-2=7,f(0)=1+1=2,所以f(0)+f(1)+f(2)=2+3+7=12.故選C.
3.化簡a23ba-12·3b÷(a-1b-1ba)?-23的值為 .?
解析:原式=a23·b12a-12·b13÷(a-1b-12b·a12)?-23
=a23·b12a-12·b13÷(a-1-12b-12-1)?-23
=a23+12b12-13÷(a-32b-32)?-23
=a76b16÷(ab)
=a76-1b16-1
=a16b-56
答案:a16b-56
9、4.計算:(-278)?-23+0.002-12-10(5-2)-1+π0= .?
解析:原式=(-32)-2+50012-10(5+2)(5-2)(5+2)+1=49+105-105-20+1=-1679.
答案:-1679
1.根式的化簡問題要注意指數(shù)冪中當指數(shù)為負數(shù)時,可把底數(shù)變?yōu)槠涞箶?shù),從而指數(shù)化為正數(shù).
2.指數(shù)冪運算的一般原則
(1)有括號的先算括號里的,無括號的先算指數(shù)運算.
(2)先乘除后加減,負指數(shù)冪化成正指數(shù)冪的倒數(shù).
(3)底數(shù)是負數(shù),先確定符號;底數(shù)是小數(shù),先化成分數(shù);底數(shù)是帶分數(shù)的,先化成假分數(shù).
(4)若是根式,應化為分數(shù)指數(shù)冪,盡可能用冪 10、的形式表示,運用指數(shù)冪的運算性質(zhì)來解答.
指數(shù)函數(shù)的圖象與性質(zhì)
已知函數(shù)f(x)=ax+b(a>0,且a≠1).
(1)若f(x)的圖象如圖①所示,求實數(shù)a,b的取值范圍;
(2)若f(x)的圖象如圖②所示,|f(x)|=m有且僅有一個實數(shù)解,求m的取值范圍.
解:(1)由f(x)=ax+b為減函數(shù)可得0
11、或m≥3,所以m的取值范圍為{0}∪[3,+∞).
[典例遷移1] 若函數(shù)y=ax+b-1(a>0,且a≠1)的圖象經(jīng)過第二、第三、第四象限,一定有( )
A.01,且b>0
C.00 D.a>1,且b<0
解析:由題意作出函數(shù)y=ax+b-1(a>0,且a≠1)的大致圖象如圖所示,由圖可知函數(shù)是一個減函數(shù),則0
12、( )
A.(-∞,-1] B.[-1,0)
C.[1,+∞) D.(0,1]
解析:y=(12)|1-x|+m的圖象與x軸有公共點,即函數(shù)y=(12)|1-x|與y=-m的圖象有公共點,y=(12)|1-x|的圖象如圖所示,
可知0<-m≤1?-1≤m<0.故選B.
[典例遷移3] 若函數(shù)f(x)=|2x-2|的圖象與直線y=b有兩個不同的交點,則實數(shù)b的取值范圍是 .
解析:在同一平面直角坐標系中畫出y=|2x-2|與y=b的圖象(y=|2x-2|的圖象是由函數(shù)y=2x的圖象向下平移2個單位長度后,再把位于x軸下方的圖象沿x軸翻折到x軸上方得到的),如圖所示,
13、
由圖象可知當00,且a≠1)的圖象,可由指數(shù)函數(shù)y=ax(a>0,且a≠1)的圖象向左(b>0)或向右(b<0)平移|b|個單位長度而得到.(2)函數(shù)y=ax+b的圖象,可由 14、指數(shù)函數(shù)y=ax(a>0,且a≠1)的圖象向上(b>0)或向下(b<0)平移|b|個單位長度而得到.(3)函數(shù)y=a|x|的圖象關于y軸對稱,當x≥0時,其圖象與指數(shù)函數(shù)y=ax(a>0,且a≠1)的圖象相同;當x<0時,其圖象與x≥0時的圖象關于y軸
對稱.
2.涉及與指數(shù)函數(shù)以及與指數(shù)型函數(shù)有關的方程、不等式問題常通過數(shù)形結合思想求解.
指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)及其應用
指數(shù)函數(shù)的單調(diào)性
下列各式比較大小正確的是( )
A.1.72.5>1.73 B.0.6-1>0.62
C.0.8-0.1>1.250.2 D.1.70.3<0.93.1
解析:因為函數(shù)y=1.7x在R上是 15、增函數(shù),2.5<3,所以1.72.5<1.73,故A錯誤;
因為y=0.6x在R上是減函數(shù),-1<2,所以0.6-1>0.62,故B正確;
因為(0.8)-1=1.25,所以問題轉化為比較1.250.1與1.250.2的大小.因為y=1.25x在R上是增函數(shù),0.1<0.2,所以1.250.1<1.250.2,即0.8-0.1<1.250.2,故C錯誤;
因為1.70.3>1,0<0.93.1<1,所以1.70.3>0.93.1,故D錯誤.故選B.
比較冪的大小的方法
(1)同底數(shù)冪比較大小時構造指數(shù)函數(shù),根據(jù)其單調(diào)性比較.
(2)指數(shù)相同底數(shù)不同時分別畫出以兩冪底數(shù)為底數(shù)的指 16、數(shù)函數(shù)圖象,當x取相同冪指數(shù)時可觀察出函數(shù)值的大小.
(3)底數(shù)、指數(shù)都不相同時,取與其中一底數(shù)相同與另一指數(shù)相同的冪與兩數(shù)比較,或借助“1”與兩數(shù)比較.
利用指數(shù)函數(shù)性質(zhì)解指數(shù)不等式
若x滿足不等式2x2+1≤(14)x-2,則函數(shù)y=2x的值域是( )
A.[18,2) B.[18,2]
C.(-∞,18] D.[2,+∞)
解析:將2x2+1≤(14)x-2化為x2+1≤-2(x-2),即x2+2x-3≤0,解得x∈[-3,1],所以2-3≤2x≤21,所以函數(shù)y=2x的值域是[18,2].故選B.
指數(shù)不等式的常見類型及求解方法
(1)af(x)>ag(x 17、)或af(x) 18、有a>0,12a-44a=2,解得a=1,
即當f(x)有最大值19時,a的值為1.
這時g(x)=x2+2x+3,f(x)=(13)?x2+2x+3.
由于g(x)的單調(diào)遞減區(qū)間是(-∞,-1),
所以f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間是(-∞,-1).
答案:(-∞,-1)
對于形如y=af(x)的函數(shù)的單調(diào)性,它的單調(diào)區(qū)間與f(x)的單調(diào)區(qū)間有關:若a>1,函數(shù)f(x)的單調(diào)遞增(減)區(qū)間即函數(shù)y=af(x)的單調(diào)遞增(減)區(qū)間;若00, 19、且a≠1)在區(qū)間[-1,1]上的最大值是14,則實數(shù)a的值為 .?
解析:當a>1時,y=a2x+2ax-1在[-1,1]上是增函數(shù);當01,a2+2a-1=14,或
00,a≠1)的二次函數(shù)問題,一般可利用換元法轉化為二次函數(shù)問題,要注意換元后新元的取值范圍.注意到本例中y=a2x與y=2ax的單調(diào)性相同,直接用單調(diào)性求解更加簡單.
[針對訓練]
1.函數(shù)f(x)=3-x2+4x+3的單調(diào)遞增區(qū)間為( ) 20、
A.(-∞,2) B.(2,+∞)
C.(-3,2) D.(2,7)
解析:由于函數(shù)t=-x2+4x+3的單調(diào)遞增區(qū)間為(-∞,2),而y=3t是關于t的增函數(shù),所以根據(jù)復合函數(shù)的單調(diào)性可知,f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為(-∞,2).故選A.
2.當x≤1時,函數(shù)y=4x-2x+1+2的值域為( )
A.[1,+∞) B.[2,+∞)
C.[1,2) D.[1,2]
解析:y=4x-2x+1+2=(2x)2-2·2x+2=(2x-1)2+1.設t=2x,因為x≤1,所以0 21、D.
3.已知a=20.2,b=0.40.2,c=0.40.6,則( )
A.a>b>c B.a>c>b
C.c>a>b D.b>c>a
解析:由0.2<0.6,0.4<1,并結合指數(shù)函數(shù)的圖象可知0.40.2>0.40.6,即b>c.因為a=20.2>1,b=0.40.2<1,所以a>b.綜上,a>b>c.故選A.
4.已知函數(shù)f(x)=a-x(a>0,且a≠1),且f(-1)>f(-2),則實數(shù)a的取值范圍是 .?
解析:因為f(x)=a-x=(1a)x,且f(-1)>f(-2),所以函數(shù)f(x)在定義域上單調(diào)遞增,所以1a>1,解得0
22、
對于給定的函數(shù)f(x)=ax-a-x(x∈R,a>0,且a≠1),下列五個命題,屬于真命題的是 (填序號).?
①函數(shù)f(x)的圖象關于原點對稱;
②函數(shù)f(x)在R上不具有單調(diào)性;
③函數(shù)f(|x|)的圖象關于y軸對稱;
④當01時,函數(shù)f(|x|)的最大值是0.
解析:因為f(-x)=-f(x),所以f(x)為奇函數(shù),所以f(x)的圖象關于原點對稱,①是真命題;當a>1時,f(x)在R上為增函數(shù),當0
23、1時,y=f(|x|)在(-∞,0)上為增函數(shù),在(0,+∞)上為減函數(shù),所以當x=0時,y=f(|x|)的最大值為0,④是真命題;當a>1時,f(|x|)在(-∞,0)上為減函數(shù),在(0,+∞)上為增函數(shù),所以當x=0時,y=f(|x|)的最小值為0,⑤是假命題.綜上,真命題是①
③④.
答案:①③④
當x>2時,函數(shù)y=4ax-1(a>0,且a≠1)的圖象恒在函數(shù)y=3x-4的圖象下方,則a的取值范圍為 .?
解析:由題意得,當x>2時,不等式4ax-1<3x-4恒成立,即ax-1<34x-1,令f(x)=ax-1,g(x)=34x-1,在同一平面直角坐標系中作出兩個函數(shù)的 24、圖象,
當a>1時,如圖所示,
由圖可知,?x∈R,ax-1>34x-1恒成立,故不滿足題意;
當02,ax-1<34x-1恒成立,需f(2)≤g(2),即a2-1≤34× 2-1,解得a≤12,故0
25、0,0),
所以f(0)=0,
所以f(0)=a(12)|0|+2=0,解得a=-2,
所以f(x)=-2·(12)|x|+2.
解:(2)令t=f(x)∈[0,2),
則g(t)=t2-2mt+1=0有兩個不等實根t1,t2∈(0,2),
得0 26、x)是R上的奇函數(shù),
所以f(0)=0,得a=1.
此時,f(x)=2x-12x+1,
因為f(-x)=2-x-12-x+1=(2-x-1)·2x(2-x+1)·2x=1-2x2x+1=-f(x),
所以函數(shù)f(x)為奇函數(shù).
解:(2)設h(x)=2x-12x+1+2x-b2x+1
=(2x)2+2x+1-1-b2x+1,
由題設知存在x∈[0,1],使h(x)<0成立,
即存在x∈[0,1],使不等式4x+2x+1-1-b<0成立,即存在x∈[0,1],使b>4x+2x+1-1成立,
令u(x)=4x+2x+1-1,x∈[0,1],因為y=4x,y=2x+1在[0,1]上 27、是增函數(shù),所以u(x)在[0,1]上是增函數(shù),所以u(x)min=u(0)=2,所以b>2.
知識點、方法
基礎鞏固練
綜合運用練
應用創(chuàng)新練
根式與指數(shù)冪運算
4,5,8
指數(shù)函數(shù)的圖象
2,3
13,15
指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)
1,6,9
12
17
指數(shù)函數(shù)的圖象與性質(zhì)的綜合應用
7,10
11,14
16
1.已知函數(shù)f(x)=2x-b(2≤x≤4,b為常數(shù))的圖象經(jīng)過點(3,1),則f(x)的值域為( C )
A.[4,16] B.[2,10]
C.[12,2] D.[12,+∞)
解析:將(3,1)代入函數(shù)解析式得23-b 28、=1,3-b=0,b=3,所以f(x)=2x-3,在區(qū)間[2,4]上為增函數(shù),故值域為[f(2),f(4)]=[12,2].故選C.
2.函數(shù)f(x)=ax-2+3(a>0,且a≠1)的圖象恒過定點P,點P又在冪函數(shù)g(x)的圖象上,則g(3)的值為( C )
A.4 B.8 C.9 D.16
解析:因為f(x)=ax-2+3,令x-2=0得x=2,所以f(2)=a0+3=4,所以f(x)的圖象恒過點P(2,4).
設g(x)=xα(α∈R),把P(2,4)代入g(x)=xα得2α=4,所以α=2,所以g(x)=x2,所以g(3)=32=9.故選C.
3.已知函數(shù)f(x)=ax(a> 29、0,且a≠1)在(0,2)內(nèi)的值域是(1,a2),則函數(shù)y=f(x)的圖象大致是( B )
解析:函數(shù)f(x)=ax(a>0,且a≠1)在(0,2)內(nèi)的值域是(1,a2),因此指數(shù)函數(shù)是單調(diào)遞增函數(shù),所以有a>1,由底數(shù)大于1指數(shù)函數(shù)的圖象上升,且在x軸上方可知B正確.故選B.
4.已知函數(shù)f(x)=2x2-2ax+1,滿足f(3+x)=f(3-x),則4a-12等于( D )
A.92 B.9
C.18 D.72
解析:因為函數(shù)f(x)滿足f(3+x)=f(3-x),所以圖象的對稱軸為直線x=2a4=3,即2a=12,
所以4a-12=4a4=1222=72.故選D.
30、5.函數(shù)y=4x+4-x+2x-2-x的最小值為( D )
A.12 B.1
C.2 D.74
解析:令2x-2-x=t,則t2=4x+4-x-2,
故原函數(shù)化為y=t2+t+2=(t+12)2+74,當t=-12時,取得最小值為74.故選D.
6.下列不等式正確的是( D )
A.3-23<3-4<32
B.32<(13)?13<33
C.2.60<(12)2.6<22.6
D.(12)2.6<2.60<22.6
解析:因為y=3x是增函數(shù),所以3-4<3-23<32,(13) 13=3-13<32<33,故排除A,B;因為y=2x是增函數(shù),所以(12)2.6=2-2 31、.6<20=2.60<22.6.故選D.
7.(多選題)對函數(shù)f(x)=(12) x2+1判斷正確的是( BD )
A.單調(diào)遞增區(qū)間(0,+∞)
B.單調(diào)遞增區(qū)間(-∞,0)
C.值域[12,+∞)
D.值域(0,12]
解析:根據(jù)指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)可知,g(t)=(12)t在(-∞,+∞)上單調(diào)遞減,而h(x)=x2+1在(-∞,0)上單調(diào)遞減,在(0,+∞)上單調(diào)遞增,故f(x) =(12) x2+1的單調(diào)遞增區(qū)間為(-∞,0).h(x)=x2+1的值域為[1,+∞),而f(x)=(12)?x2+1在(-∞,+∞)上單調(diào)遞減,故f(x)=(12) x2+1的值域為(0,12]. 32、故選BD.
8.(32×3)6-4×(1649) -12+(-2 021)0= .?
解析:(32×3)6-4×(1649) -12+(-2 021)0=(213)6×(312)6-4×[(47)2] -12+1=22×33-4×74+1=102.
答案:102
9.定義在R上的函數(shù)f(x)滿足:①f(x)單調(diào)遞減;②f(0)=1,請寫出一個滿足條件的指數(shù)型函數(shù):f(x)= .?
解析:由函數(shù)f(x)滿足:①f(x)單調(diào)遞減;②f(0)=1,則f(x)=2-x.
答案:2-x(答案不唯一)
10.已知函數(shù)f(x)=ax(a>0,且a≠1)在區(qū)間[-1,2]上的最大值為
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