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  • 2021-06-16 发布

【数学】2021届一轮复习北师大版(理)第二章 第5讲 指数与指数函数学案

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第 5 讲 指数与指数函数 一、知识梳理 1.根式 (1)根式的概念 ①若 xn=a,则 x 叫做 a 的 n 次方根,其中 n>1 且 n∈N+..式子n a叫做根式,这里 n 叫 做根指数,a 叫做被开方数. ②a 的 n 次方根的表示: xn=a⇒ x=n a,当 n 为奇数且 n∈N+.,n>1 时, x=±n a,当 n 为偶数且 n∈N+.时. (2)根式的性质 ①(n a)n=a(n∈N+.,且 n>1); ②n an= a,n 为奇数, |a|= a,a≥0, -a,a<0,n 为偶数. 2.有理数指数幂 (1)幂的有关概念 ①正分数指数幂:a m n=n am(a>0,m,n∈N+.,且 n>1); ②负分数指数幂:a-m n= 1 a m n = 1 n am (a>0,m,n∈N+.,且 n>1); ③0 的正分数指数幂等于 0,0 的负分数指数幂无意义. (2)有理数指数幂的运算性质 ①aras=ar+s(a>0,r,s∈Q); ②(ar)s=ars(a>0,r,s∈Q); ③(ab)r=arbr(a>0,b>0,r∈Q). 3.指数函数的图象与性质 y=ax (a>0 且 a≠1) a>1 00 时,y>1;当 x<0 时,00 时,01 在 R 上是增函数 在 R 上是减函数 常用结论 1.指数函数图象的画法 画指数函数 y=ax(a>0,且 a≠1)的图象,应抓住三个关键点:(1,a),(0,1), -1,1 a . 2. 指数函数的图象与底数大小的比较 如图是指数函数(1)y=ax,(2)y=bx,(3)y=cx,(4)y=dx 的图象,底数 a,b,c,d 与 1 之间的大小关系为 c>d>1>a>b>0.由此我们可得到以下规律:在第一象限内,指数函数 y= ax(a>0,a≠1)的图象越高,底数越大. 3.指数函数 y=ax(a>0,且 a≠1)的图象和性质跟 a 的取值有关,要特别注意应分 a>1 与 00 且 a≠1)的图象恒过定点 A,则 A 的坐标为________. 解析:令 x-2=0,则 x=2,f(2)=3,即 A 的坐标为(2,3). 答案:(2,3) 一、思考辨析 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)n an=(n a)n=a.( ) (2)(-1) 2 4=(-1) 1 2= -1.( ) (3)函数 y=a-x 是 R 上的增函数.( ) (4)函数 y=ax2+1(a>1)的值域是(0,+∞).( ) (5)函数 y=2x-1 是指数函数.( ) (6)若 am0,且 a≠1),则 m1 时,a=2;当 00 且 2 1 x-1≠1. 答案:(0,1)∪(1,+∞) 指数幂的化简与求值(自主练透) 1.化简 1 4 -1 2· ( 4ab-1)3 (0.1)-1·(a3·b-3) 1 2 (a>0,b>0)=________. 解析:原式=2×23·a 3 2·b-3 2 10·a 3 2·b-3 2 =21+3×10-1=8 5. 答案:8 5 2.计算: -27 8 -2 3+0.002-1 2-10( 5-2)-1+π0=________. 解析:原式= -3 2 -2 +500 1 2- 10( 5+2) ( 5-2)( 5+2) +1=4 9 +10 5-10 5-20+1=- 167 9 . 答案:-167 9 3.化简: a 4 3-8a 1 3b 4b 2 3+23 ab+a 2 3 ÷ a-2 3-23 b a × a·3 a2 5 a·3 a =________(a>0). 解 析 : 原 式 = a 1 3[(a 1 3)3-(2b 1 3)3] (a 1 3)2+a 1 3·(2b 1 3)+(2b 1 3)2 ÷ a 1 3-2b 1 3 a × (a·a 2 3) 1 2 (a 1 2·a 1 3) 1 5 = a 1 3 (a 1 3 - 2b 1 3)× a a 1 3-2b 1 3 ×a 5 6 a 1 6 =a2. 答案:a2 指数幂运算的一般原则 (1)有括号的先算括号里的,无括号的先算指数运算. (2)先乘除后加减,负指数幂化成正指数幂的倒数. (3)底数是小数,先化成分数;底数是带分数的,先化成假分数. (4)若是根式,应化为分数指数幂,尽可能用幂的形式表示,运用指数幂的运算性质来 解答. [提醒] 运算结果不能同时含有根号和分数指数幂,也不能既有分母又含有负指数,形 式力求统一. 指数函数的图象及应用(典例迁移) (1)函数 f(x)=21-x 的大致图象为( ) (2)若函数 y=|3x-1|在(-∞,k]上递减,则 k 的取值范围为________. 【解析】 (1)函数 f(x)=21-x=2× 1 2 x ,递减且过点(0,2),选项 A 中的图象符合要求. (2)函数 y=|3x-1|的图象是由函数 y=3x 的图象向下平移一个单位后,再把位于 x 轴下 方的图象沿 x 轴翻折到 x 轴上方得到的,函数图象如图所示. 由图象知,其在(-∞,0]上递减,所以 k 的取值范围为(-∞,0]. 【答案】 (1)A (2)(-∞,0] 【迁移探究 1】 (变条件)本例(2)变为:若函数 f(x)=|3x-1|-k 有一个零点,则 k 的取 值范围为________. 解析: 函数 f(x)有一个零点,即 y=|3x-1|与 y=k 有一个交点.由本例(2)得 y=|3x-1|的图象如 图所示, 故当 k=0 或 k≥1 时,直线 y=k 与函数 y=|3x-1|的图象有唯一的交点,所以函数 f(x) 有一个零点. 答案:{0}∪[1,+∞) 【迁移探究 2】 (变条件)若本例(2)的条件变为:函数 y=|3x-1|+m 的图象不经过第二 象限,则实数 m 的取值范围是________. 解析:作出函数 y=|3x-1|+m 的图象如图所示. 由图象知 m≤-1,即 m∈(-∞,-1]. 答案:(-∞,-1] 应用指数函数图象的 4 个技巧 (1)画指数函数 y=ax(a>0,且 a≠1)的图象,应抓住三个关键点:(1,a),(0,1),-1,1 a . (2)已知函数解析式判断其图象一般是取特殊点,判断所给的图象是否过这些点,若不 满足则排除. (3)对于有关指数型函数的图象问题,一般是从最基本的指数函数的图象入手,通过平 移、伸缩、对称变换而得到.特别地,当底数 a 与 1 的大小关系不确定时应注意分类讨论. (4)有关指数方程、不等式问题的求解,往往利用相应的指数型函数图象,数形结合求 解. 1. 函数 f(x)=ax-b 的图象如图所示,其中 a,b 为常数,则下列结论正确的是( ) A.a>1,b<0 B.a>1,b>0 C.00 D.00 的解集为________. 解析:因为 f(x)为偶函数, 当 x<0 时,-x>0,则 f(x)=f(-x)=2-x-4. 所以 f(x)= 2x-4,x≥0, 2-x-4,x<0 当 f(x-2)>0 时,有 x-2≥0, 2x-2-4>0 或 x-2<0, 2-x+2-4>0, 解得 x>4 或 x<0. 所以不等式的解集为{x|x>4 或 x<0}. 答案:{x|x>4 或 x<0} 3.已知函数 f(x)=ax-1 ax+1 (a>0 且 a≠1). (1)求 f(x)的定义域和值域; (2)讨论 f(x)的奇偶性; (3)讨论 f(x)的单调性. 解:(1)f(x)的定义域是 R,令 y=ax-1 ax+1 ,得 ax=-y+1 y-1 ,因为ax-1 ax+1 ≠1 在定义域内恒成 立,所以 y≠1. 因为 ax>0,所以-y+1 y-1 >0, 解得-11 时,a x2>ax1>0, 从而 ax1+1>0,a x2+1>0,ax1-a x2<0, 所以 f(x1)-f(x2)<0,即 f(x1)a x2>0, 从而 ax1+1>0,a x2+1>0,ax1-a x2>0, 所以 f(x1)-f(x2)>0,即 f(x1)>f(x2),f(x)为 R 上的减函数. [基础题组练] 1.函数 f(x)=1-e|x|的图象大致是( ) 解析:选 A.将函数解析式与图象对比分析,因为函数 f(x)=1-e|x|是偶函数,且值域是(- ∞,0],只有 A 满足上述两个性质. 2.(2019·高考全国卷Ⅰ)已知 a=log20.2,b=20.2,c=0.20.3,则( ) A.a1,c=0.20.3∈(0,1),所以 a0 时,f(x)=1-2-x,-f(x)=2-x-1,此时-x<0,则 f(- x)=2-x-1=-f(x);当 x<0 时,f(x)=2x-1,-f(x)=1-2x,此时-x>0,则 f(-x)=1-2-(- x)=1-2x=-f(x).即函数 f(x)是奇函数,且单调递增,故选 C. 5.设 x>0,且 10,所以 b>1, 因为 bx1, 因为 x>0,所以a b>1, 所以 a>b,所以 10,且 a≠1)的图象经过第二、三、四象限,则 ab 的取值范围是 ________. 解析:因为函数 y=ax-b 的图象经过第二、三、四象限,所以函数 y=ax-b 递减且其 图象与 y 轴的交点在 y 轴的负半轴上.令 x=0,则 y=a0-b=1-b,由题意得 01. 故 ab∈(0,1). 答案:(0,1) 7.不等式 1 2 x2+ax < 1 2 2x+a-2 恒成立,则 a 的取值范围是________. 解析:由题意,y= 1 2 x 是减函数, 因为 1 2 x2+ax < 1 2 2x+a-2 恒成立, 所以 x2+ax>2x+a-2 恒成立, 所以 x2+(a-2)x-a+2>0 恒成立, 所以Δ=(a-2)2-4(-a+2)<0, 即(a-2)(a-2+4)<0, 即(a-2)(a+2)<0, 故有-20, 等价于方程 2am2-m-1=0 在(0,+∞)上有解, 记 g(m)=2am2-m-1, 当 a=0 时,解为 m=-1<0,不成立. 当 a<0 时,开口向下,对称轴 m= 1 4a<0, 过点(0,-1),不成立. 当 a>0 时,开口向上, 对称轴 m= 1 4a>0,过点(0,-1),必有一个根为正,综上得 a>0. [综合题组练] 1.已知 0aa,babb,所以在 ab,ba,aa,bb 中最大的是 ab.故选 C. 2.已知函数 f(x)=|2x-1|,af(c)>f(b),则下列结论中,一定成立的是( ) A.a<0,b<0,c<0 B.a<0,b≥0,c>0 C.2-a<2c D.2a+2c<2 解析:选 D. 作出函数 f(x)=|2x-1|的图象,如图, 因为 af(c)>f(b), 结合图象知,00, 所以 0<2a<1. 所以 f(a)=|2a-1|=1-2a<1, 所以 f(c)<1,所以 0f(c), 所以 1-2a>2c-1, 所以 2a+2c<2,故选 D. 3.设 y=f(x)在(-∞,1]上有定义,对于给定的实数 K,定义 fK(x)= f(x),f(x)≤K, K,f(x)>K. 给出函数 f(x)=2x+1-4x,若对于任意 x∈(-∞,1],恒有 fK(x)=f(x),则( ) A.K 的最大值为 0 B.K 的最小值为 0 C.K 的最大值为 1 D.K 的最小值为 1 解析:选 D.根据题意可知,对于任意 x∈(-∞,1],若恒有 fK(x)=f(x),则 f(x)≤K 在 x≤1 上恒成立,即 f(x)的最大值小于或等于 K 即可. 令 2x=t,则 t∈(0,2],f(t)=-t2+2t=-(t-1)2+1,可得 f(t)的最大值为 1,所以 K≥1, 故选 D. 4.设 a>0,且 a≠1,函数 y=a2x+2ax-1 在[-1,1]上的最大值是 14,则实数 a 的值 为________. 解析:令 t=ax(a>0,且 a≠1), 则原函数化为 y=f(t)=(t+1)2-2(t>0). ①当 01 时,x∈[-1,1],t=ax∈ 1 a ,a , 此时 f(t)在 1 a ,a 上是增函数.所以 f(t)max=f(a)=(a+1)2-2=14,解得 a=3 或 a=-5(舍 去).综上得 a=1 3 或 3. 答案:1 3 或 3 5.已知定义域为 R 的函数 f(x)=-2x+b 2x+1+a 是奇函数. (1)求 a,b 的值; (2)若对任意的 t∈R,不等式 f(t2-2t)+f(2t2-k)<0 恒成立,求 k 的取值范围. 解:(1)因为 f(x)是定义在 R 上的奇函数,所以 f(0)=0, 即-1+b 2+a =0,解得 b=1, 所以 f(x)=-2x+1 2x+1+a . 又由 f(1)=-f(-1)知-2+1 4+a =- -1 2 +1 1+a ,解得 a=2. (2)由(1)知 f(x)=-2x+1 2x+1+2 =-1 2 + 1 2x+1 , 由上式易知 f(x)在 R 上为减函数, 又因为 f(x)是奇函数, 从而不等式 f(t2-2t)+f(2t2-k)<0 等价于 f(t2-2t)<-f(2t2-k)=f(-2t2+k). 因为 f(x)是 R 上的减函数,由上式推得 t2-2t>-2t2+k. 即对一切 t∈R 有 3t2-2t-k>0, 从而Δ=4+12k<0, 解得 k<-1 3. 故 k 的取值范围为 -∞,-1 3 .