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  • 2021-06-30 发布

高科数学专题复习课件:第二章 2_4二次函数与幂函数

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§2.4   二次函数与幂函数 基础知识   自主学习 课时作业 题型分 类  深度剖析 内容索引 基础知识 自主学习 (1) 二次函数解析式的三种形式 ① 一般式: f ( x ) = . ② 顶点式: f ( x ) = . ③ 零点式: f ( x ) = . 1. 二次函数 知识梳理 ax 2 + bx + c ( a ≠ 0) a ( x - m ) 2 + n ( a ≠ 0) a ( x - x 1 )( x - x 2 )( a ≠ 0) (2) 二次函数的图象和性质 解析式 f ( x ) = ax 2 + bx + c ( a >0) f ( x ) = ax 2 + bx + c ( a <0) 图象 定义域 ( - ∞ ,+ ∞ ) ( - ∞ ,+ ∞ ) 值域 _______________ _______________ 单调性 在 x ∈ 上 单调递减; 在 x ∈ 上 单调递增 在 x ∈ 上 单调递增; 在 x ∈ 上 单调递减 对称性 函数的图象关于 x = 对称 (1) 定义:一般地,函数 y = 叫做 幂函数,其中 x 是自变量, α 是常数 . (2) 幂函数的图象比较 2. 幂函数 x α 几何画板展示 (3) 幂函数的性质 ① 幂函数在 (0 ,+ ∞ ) 上都有定义; ② 幂函数的图象过定点 (1,1) ; ③ 当 α >0 时,幂函数的图象都过点 (1,1) 和 (0,0) ,且在 (0 ,+ ∞ ) 上单调递增; ④ 当 α <0 时,幂函数的图象都过点 (1,1) ,且在 (0 ,+ ∞ ) 上单调递减 . 1. 若 f ( x ) = ax 2 + bx + c ( a ≠ 0) ,则 当 时 恒有 f ( x )>0 , 当 时 ,恒有 f ( x )<0. 2. 幂函数的图象和性质 (1) 幂函数的图象一定会出现在第一象限内,一定不会出现在第四象限,至于是否出现在第二、三象限内,要看函数的奇偶性 . (2) 幂函数的图象过定点 (1,1) ,如果幂函数的图象与坐标轴相交,则交点一定是原点 . 知识 拓展 判断下列结论是否正确 ( 请在括号中打 “√” 或 “×” ) (1) 二次函数 y = ax 2 + bx + c , x ∈ [ a , b ] 的最值一定 是 .(    ) (2) 二次函数 y = ax 2 + bx + c , x ∈ R 不可能 是偶函数 .(    ) (3) 在 y = ax 2 + bx + c ( a ≠ 0) 中, a 决定了图象的开口方向和在同一直角坐标系中的开口大小 .(    ) (4) 函数 是 幂函数 .(    ) (5) 如果幂函数的图象与坐标轴相交,则交点一定是原点 .(    ) (6) 当 n <0 时,幂函数 y = x n 是定义域上的减函数 .(    ) 思考辨析 × × √ × √ × 1.( 教材改编 ) 已知函数 f ( x ) = x 2 + 4 ax 在区间 ( - ∞ , 6) 内单调递减,则 a 的取值范围是 A. a ≥ 3 B. a ≤ 3 C. a <- 3 D. a ≤ - 3 考点自测 答案 解析 函数 f ( x ) = x 2 + 4 ax 的图象是开口向上的抛物线,其对称轴是 x =- 2 a ,由函数在区间 ( - ∞ , 6) 内单调递减可知 , 区间 ( - ∞ , 6) 应在直线 x =- 2 a 的左侧, ∴ - 2 a ≥ 6 ,解得 a ≤ - 3 ,故选 D. 几何画板展示 2. 已知函数 y = ax 2 + bx + c ,如果 a > b > c 且 a + b + c = 0 ,则它的图象可能 是 答案 解析 由 a + b + c = 0 和 a > b > c 知 a >0 , c <0 , 由 c <0 ,排除 A , B ,又 a >0 ,排除 C. 3. 幂函数 ( a ∈ Z ) 为偶函数,且 f ( x ) 在区间 (0 ,+ ∞ ) 上是减函数,则 a 等于 A.3 B.4 C.5 D.6 答案 解析 因为 a 2 - 10 a + 23 = ( a - 5) 2 - 2 , ( a ∈ Z ) 为偶函数, 且在区间 (0 ,+ ∞ ) 上是减函数, 所以 ( a - 5) 2 - 2<0 ,从而 a = 4,5,6 , 又 ( a - 5) 2 - 2 为偶数,所以只能是 a = 5 ,故选 C. 4. 已知函数 y = x 2 - 2 x + 3 在闭区间 [ 0 , m ] 上有最大值 3 ,最小值 2 ,则 m 的取值范围为 ________. 答案 解析 [1,2] 如图,由图象可知 m 的取值范围是 [1,2]. 几何画板展示 5.( 教材改编 ) 已知幂函数 y = f ( x ) 的图象过 点 , 则此函数的解析式为 ________ ;在区间 _________ 上递减 . 答案 解析 (0 ,+ ∞ ) ∴ a = , 即幂函数的解析式 为 , 单调减区间为 (0 ,+ ∞ ). 题型分类 深度剖析 题型一 求二次函数的解析式 例 1   (1)(2016· 太原模拟 ) 已知二次函数 f ( x ) 与 x 轴的两个交点坐标为 (0,0) 和 ( - 2,0) 且有最小值- 1 ,则 f ( x ) = ________. 答案 解析 x 2 + 2 x 设函数的解析式为 f ( x ) = ax ( x + 2) ,所以 f ( x ) = ax 2 + 2 ax , 所以 f ( x ) = x 2 + 2 x . (2) 已知二次函数 f ( x ) 的图象经过点 (4,3) ,它在 x 轴上截得的线段长为 2 ,并且对任意 x ∈ R ,都有 f (2 - x ) = f (2 + x ) ,求 f ( x ) 的解析式 . 解 答 ∵ f (2 + x ) = f (2 - x ) 对任意 x ∈ R 恒成立 , ∴ f ( x ) 的对称轴为 x = 2. 又 ∵ f ( x ) 的图象被 x 轴截得的线段长为 2 , ∴ f ( x ) = 0 的两根为 1 和 3. 设 f ( x ) 的解析式为 f ( x ) = a ( x - 1)( x - 3)( a ≠ 0) , 又 f ( x ) 的图象过点 (4,3) , ∴ 3 a = 3 , a = 1 , ∴ 所求 f ( x ) 的解析式为 f ( x ) = ( x - 1)( x - 3) , 即 f ( x ) = x 2 - 4 x + 3. 思维 升华 求二次函数解析式的方法 跟踪训练 1   (1) 已知二次函数 f ( x ) = ax 2 + bx + 1( a , b ∈ R ) , x ∈ R ,若函数 f ( x ) 的最小值为 f ( - 1) = 0 ,则 f ( x ) = _______ _ _. 答案 解析 x 2 + 2 x + 1 设函数 f ( x ) 的解析式为 f ( x ) = a ( x + 1) 2 = ax 2 + 2 ax + a , 由已知 f ( x ) = ax 2 + bx + 1 , ∴ a = 1 , 故 f ( x ) = x 2 + 2 x + 1. (2) 若函数 f ( x ) = ( x + a )( bx + 2 a )( 常数 a , b ∈ R ) 是偶函数,且它的值域为 ( - ∞ , 4] ,则该函数的解析式 f ( x ) = ________. 答案 解析 - 2 x 2 + 4 由 f ( x ) 是偶函数知 f ( x ) 图象关于 y 轴对称, ∴ - a =- ( ) ,即 b =- 2 , ∴ f ( x ) =- 2 x 2 + 2 a 2 , 又 f ( x ) 的值域为 ( - ∞ , 4] , ∴ 2 a 2 = 4 ,故 f ( x ) =- 2 x 2 + 4. 题型二 二次函数的图象和性质 命题点 1  二次函数的单调性 例 2   函数 f ( x ) = ax 2 + ( a - 3) x + 1 在区间 [ - 1 ,+ ∞ ) 上是递减的,则实数 a 的取值范围是 A. [ - 3,0) B.( - ∞ ,- 3 ] C . [ - 2,0] D. [ - 3,0] 答案 解析 当 a = 0 时, f ( x ) =- 3 x + 1 在 [ - 1 ,+ ∞ ) 上递减,满足条件 . 解得- 3 ≤ a < 0. 综上, a 的取值范围为 [ - 3,0]. 几何画板展示 引申 探究 若函数 f ( x ) = ax 2 + ( a - 3) x + 1 的单调减区间是 [ - 1 ,+ ∞ ) ,则 a = ________. 答案 解析 - 3 由题意知 a <0 , 又 =- 1 , ∴ a =- 3. 命题点 2  二次函数的最值 例 3   已知函数 f ( x ) = ax 2 - 2 x (0 ≤ x ≤ 1) ,求函数 f ( x ) 的最小值 . 解答 几何画板展示 (1) 当 a = 0 时, f ( x ) =- 2 x 在 [0,1] 上单调递减, ∴ f ( x ) min = f (1) =- 2 . (2) 当 a >0 时, f ( x ) = ax 2 - 2 x 的图象开口向上且对称轴为 x = . ① 当 0 < ≤ 1 ,即 a ≥ 1 时, f ( x ) = ax 2 - 2 x 的对称轴在 [0,1] 内, ∴ f ( x ) 在 [0,1] 上单调递减 . ∴ f ( x ) min = f (1) = a - 2. (3) 当 a <0 时, f ( x ) = ax 2 - 2 x 的图象开口向下 且对称轴 x = < 0 ,在 y 轴的左侧 , ∴ f ( x ) = ax 2 - 2 x 在 [0,1] 上单调递减, ∴ f ( x ) min = f (1) = a - 2. 命题点 3  二次函数中的恒成立问题 例 4   (1) 已知函数 f ( x ) = x 2 - x + 1 ,在区间 [ - 1,1 ] 上不等式 f ( x )>2 x + m 恒成立,则实数 m 的取值范围是 ___________. 答案 解析 ( - ∞ ,- 1) f ( x )>2 x + m 等价于 x 2 - x + 1>2 x + m ,即 x 2 - 3 x + 1 - m >0 , 令 g ( x ) = x 2 - 3 x + 1 - m , 要使 g ( x ) = x 2 - 3 x + 1 - m >0 在 [ - 1,1] 上恒成立, 只需使函数 g ( x ) = x 2 - 3 x + 1 - m 在 [ - 1,1] 上的最小值大于 0 即可 . ∵ g ( x ) = x 2 - 3 x + 1 - m 在 [ - 1,1] 上单调递减 , ∴ g ( x ) min = g (1) =- m - 1. 由- m - 1>0 ,得 m < - 1. 因此满足条件的实数 m 的取值范围是 ( - ∞ ,- 1). (2) 已知 a 是实数,函数 f ( x ) = 2 ax 2 + 2 x - 3 在 x ∈ [ - 1,1 ] 上恒小于零,则实数 a 的取值范围为 _________. 答案 解析 2 ax 2 + 2 x - 3<0 在 [ - 1,1 ] 上恒成立 . 当 x = 0 时,- 3<0 ,成立; 几何画板展示 思维 升华 (1) 二次函数最值问题的解法:抓住 “ 三点一轴 ” 数形结合,三点是指区间两个端点和中点,一轴指的是对称轴,结合配方法,根据函数的单调性及分类讨论的思想即可完成 . (2) 由不等式恒成立求参数取值范围的思路及关键 ① 一般有两个解题思路:一是分离参数;二是不分离参数 . ② 两种思路都是将问题归结为求函数的最值,至于用哪种方法,关键是看参数是否已分离 . 这两个思路的依据是: a ≥ f ( x ) 恒成立 ⇔ a ≥ f ( x ) max , a ≤ f ( x ) 恒成立 ⇔ a ≤ f ( x ) min . 跟踪训练 2   (1) 设函数 f ( x ) = ax 2 - 2 x + 2 ,对于满足 1< x <4 的一切 x 值都有 f ( x )>0 ,则实数 a 的取值范围为 ______ __ __. 答案 解析 (2) 已知函数 f ( x ) = x 2 - 2 x ,若 x ∈ [ - 2 , a ] ,求 f ( x ) 的最小值 . 解答 ∵ 函数 f ( x ) = x 2 - 2 x = ( x - 1) 2 - 1 , ∴ 对称轴为直线 x = 1 , ∵ x = 1 不一定在区间 [ - 2 , a ] 内 , ∴ 应进行讨论,当- 2< a ≤ 1 时,函数在 [ - 2 , a ] 上单调递减 , 则 当 x = a 时, f ( x ) 取得最小值,即 f ( x ) min = a 2 - 2 a ; 当 a >1 时,函数在 [ - 2,1] 上单调递减,在 [ 1 , a ] 上单调递增 , 则 当 x = 1 时, f ( x ) 取得最小值, 即 f ( x ) min =- 1. 综上,当- 2< a ≤ 1 时, f ( x ) min = a 2 - 2 a , 当 a >1 时, f ( x ) min =- 1. 几何画板展示 题型三 幂函数的图象和性质 例 5   (1)(2016· 济南诊断测试 ) 已知幂函数 f ( x ) = k · x α 的图象过 点 , 则 k + α 等于 答案 解析 由幂函数的定义知 k = 1. (2) 若 则 实数 m 的取值范围 是 答案 解析 因为函数 的 定义域为 [0 ,+ ∞ ) 且在定义域内为增函数, 解 2 m + 1> m 2 + m - 1 ,得- 1< m <2 , 思维 升华 (1) 幂函数的形式是 y = x α ( α ∈ R ) ,其中只有一个参数 α ,因此只需一个条件即可确定其解析式 . (2) 在区间 (0,1) 上,幂函数中指数越大,函数图象越靠近 x 轴 ( 简记为 “ 指大图低 ” ) ,在区间 (1 ,+ ∞ ) 上,幂函数中指数越大,函数图象越远离 x 轴 . 跟踪训练 3   (2016· 昆明模拟 ) 幂函数的图象经过点 (4,2) ,若 0< a < b <1 ,则下列各式正确的是 答案 解析 设幂函数为 f ( x ) = x α ,将 (4,2) 代入得 α = , 所以 该 函数在 (0 ,+ ∞ ) 上为增函数, 典例   (10 分 ) 已知函数 f ( x ) = ax 2 + 2 ax + 1 在区间 [ - 1,2] 上有最大值 4 ,求实数 a 的值 . 分类 讨论思想在二次函数最值中的应用 思想与方法系列 3 已知函数 f ( x ) 的最值,而 f ( x ) 图象的对称轴确定,要讨论 a 的符号 . 规范解答 思想方法指 导 几何画板展示 解   f ( x ) = a ( x + 1) 2 + 1 - a . [ 1 分 ] (1 ) 当 a = 0 时,函数 f ( x ) 在区间 [ - 1,2] 上的值为常数 1 ,不符合题意,舍去 ; [ 3 分 ] (2) 当 a >0 时,函数 f ( x ) 在区间 [ - 1,2] 上是增函数, 最大值为 f (2) = 8 a + 1 = 4 ,解得 a = ; [ 6 分 ] (3) 当 a <0 时,函数 f ( x ) 在区间 [ - 1,2] 上是减函数, 最大值为 f ( - 1) = 1 - a = 4 ,解得 a =- 3. [ 9 分 ] 综上可知, a 的值 为 或 - 3 . [ 10 分 ] 返回 课时作业 1. 函数 f ( x ) = 2 x 2 - mx + 3 ,当 x ∈ [ - 2 ,+ ∞ ) 时 , f ( x ) 是增函数,当 x ∈ ( - ∞ ,- 2 ] 时, f ( x ) 是减函数,则 f (1) 的值为 A. - 3 B.13 C.7 D.5 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 解析 函数 f ( x ) 的图象关于直线 x =- 2 对称, ∴ m =- 8 , ∴ f (1) = 2 + 8 + 3 = 13. 2. 幂函数 ( m ∈ Z ) 的图象如图所示,则 m 的值 为 答案 解析 A.0 B.1 C.2 D.3 √ ∵ ( m ∈ Z ) 的图象与坐标轴没有交点, ∴ m 2 - 4 m <0 ,即 0< m <4. 又 ∵ 函数的图象关于 y 轴对称且 m ∈ Z , ∴ m 2 - 4 m 为偶数,因此 m = 2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3. 已知二次函数 f ( x ) 满足 f (2 + x ) = f (2 - x ) ,且 f ( x ) 在 [0,2] 上是增函数,若 f ( a ) ≥ f (0) ,则实数 a 的取值范围 是 A. [ 0 ,+ ∞ ) B .( - ∞ , 0 ] C. [0,4] D .( - ∞ , 0] ∪ [4 ,+ ∞ ) √ 答案 解析 由题意可知函数 f ( x ) 的图象开口向下 ,对称轴 为 x = 2( 如图 ) , 若 f ( a ) ≥ f (0) ,从图象观察可知 0 ≤ a ≤ 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4. 若函数 y = x 2 - 3 x - 4 的定义域为 [ 0 , m ] ,值域为 [ ,- 4] ,则 m 的取值范围是 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5. 若函数 f ( x ) = x 2 - ax - a 在区间 [0,2] 上的最大值为 1 ,则实数 a 等于 A . - 1 B.1 C.2 D . - 2 √ 答案 解析 ∵ 函数 f ( x ) = x 2 - ax - a 的图象为开口向上的抛物线, ∴ 函数的最大值在区间的端点处取得, ∵ f (0) =- a , f (2) = 4 - 3 a , 6. 已知二次函数 f ( x ) = 2 ax 2 - ax + 1( a <0) ,若 x 1 < x 2 , x 1 + x 2 = 0 ,则 f ( x 1 ) 与 f ( x 2 ) 的大小关系为 A. f ( x 1 ) = f ( x 2 ) B. f ( x 1 )> f ( x 2 ) C. f ( x 1 )< f ( x 2 ) D . 与 a 值有关 √ 答案 解析 该二次函数图象的开口向下,对称轴为直线 x = , 又依题意,得 x 1 <0 , x 2 >0 ,又 x 1 + x 2 = 0 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7.(2016· 烟台模拟 ) 已知幂函数 , 若 f ( a + 1)< f (10 - 2 a ) ,则 a 的取值范围为 ________. 答案 解析 (3,5) ∵ 幂函数 单调 递减,定义域为 (0 ,+ ∞ ) , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 8. 当 0< x <1 时,函数 f ( x ) = x 1.1 , g ( x ) = x 0.9 , h ( x ) = x - 2 的大小关系是 ____________. 答案 解析 h ( x )> g ( x )> f ( x ) 如图所示为函数 f ( x ) , g ( x ) , h ( x ) 在 (0,1) 上的图象 , 由此可知 , h ( x )> g ( x )> f ( x ). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9. 当 x ∈ (1,2) 时,不等式 x 2 + mx + 4<0 恒成立,则 m 的取值范围是 _________ __ _. 答案 解析 ( - ∞ ,- 5] 方法一   ∵ 不等式 x 2 + mx + 4<0 对 x ∈ (1,2) 恒成立, ∴ mx < - x 2 - 4 对 x ∈ (1,2) 恒成立, 方法二  设 f ( x ) = x 2 + mx + 4 ,当 x ∈ (1,2) 时, 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 *10. 若函数 f ( x ) = x 2 - a | x - 1| 在 [0 ,+ ∞ ) 上单调递增,则实数 a 的取值范围是 ________. 答案 解析 [0,2] 综上, a 的取值范围是 [0,2]. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11. 已知函数 f ( x ) = x 2 + 2 ax + 2 , x ∈ [ - 5,5 ]. (1) 当 a =- 1 时,求函数 f ( x ) 的最大值和最小值; 解答 当 a =- 1 时, f ( x ) = x 2 - 2 x + 2 = ( x - 1) 2 + 1 , x ∈ [ - 5,5]. ∵ f ( x ) 的对称轴为 x = 1 , ∴ 当 x = 1 时, f ( x ) 取最小值 1 ; 当 x =- 5 时, f ( x ) 取最大值 37. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2) 求实数 a 的取值范围,使 y = f ( x ) 在区间 [ - 5,5 ] 上是单调函数 . 解答 f ( x ) = x 2 + 2 ax + 2 = ( x + a ) 2 + 2 - a 2 的对称轴为 x =- a , ∵ f ( x ) 在 [ - 5,5] 上是单调函数, ∴ - a ≤ - 5 或- a ≥ 5 ,即 a ≤ - 5 或 a ≥ 5. 故实数 a 的取值范围为 a ≤ - 5 或 a ≥ 5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12. 已知 幂函数 ( m ∈ N * ). (1) 试确定该函数的定义域,并指明该函数在其定义域上的单调性; 解答 因为 m 2 + m = m ( m + 1)( m ∈ N * ) , 而 m 与 m + 1 中必有一个为偶数,所以 m 2 + m 为偶数, 所以函数 ( m ∈ N * ) 的定义域为 [0 ,+ ∞ ) ,并且该函数在 [0 ,+ ∞ ) 上为增函数 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2) 若函数 f ( x ) 的图象经过点 (2 , ) ,试确定 m 的值,并求满足条件 f (2 - a ) > f ( a - 1) 的实数 a 的取值范围 . 解答 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 因为函数 f ( x ) 的图象经过点 (2 , ) , 所以 即 所以 m 2 + m = 2 ,解得 m = 1 或 m =- 2. 又因为 m ∈ N * ,所以 m = 1 , 又因为 f (2 - a )> f ( a - 1) , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13. 已知函数 f ( x ) = x 2 + ax + 3 - a ,若 x ∈ [ - 2,2] 时, f ( x ) ≥ 0 恒成立,求 a 的取值范围 . 解答 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 要使 f ( x ) ≥ 0 恒成立,则函数在区间 [ - 2,2] 上的最小值不小于 0 , 设 f ( x ) 的最小值为 g ( a ). 又- 4 ≤ a ≤ 4 ,故- 4 ≤ a ≤ 2 ; 得 a ≥ - 7 ,又 a < - 4 ,故- 7 ≤ a < - 4 ,综 上得- 7 ≤ a ≤ 2. 故此时 a 不存在; 得- 6 ≤ a ≤ 2 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13