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- 2021-06-10 发布
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【知识要点】
一、函数值域的定义
函数值的集合叫做函数的值域.
二、函数的值域取决于定义域和对应法则,不论采用什么方法求函数的值域,都要考虑定义域,函数的问题必须遵循“定义域优先”的原则.
三、常见函数的值域
1、一次函数的值域为.
2、二次函数,当时的值域为,时的值域为
.
3、反比例函数的值域为.
4、指数函数的值域为.
5、对数函数的值域为.
6、幂函数的值域为,幂函数的值域为.
7、正弦函数、余弦函数的值域为,正切函数的值域为.
四、求函数的值域常用的方法
求函数的值域常用的方法有观察法、分离常数法、配方法、反函数法、换元法、判别式法、基本不等
式法、单调性法、数形结合法、导数法、绝对值不等式法和柯西不等式法等.其中最常用的有“三数(函数、数形结合、导数)”和“三不(基本不等式、绝对值不等式、柯西不等式)”.
五、函数的值域一定要用集合或区间来表示.
六、函数的值域、取值范围和函数的最值实际上是同一范畴的问题,所以求函数值域的方法适用于求函数的最值和取值范围等.
【方法讲评】
方法六
判别式法
使用情景
形如的函数.
解题步骤
一般先将函数化成二次方程,再利用判别式来求函数的值域.
【例1】求函数的值域.
【点评】(1)分子、分母中含有二次项的函数类型,此函数经过变形后可以化为
的形式,再利用判别式加以判断.(2)函数经过变形后可以化为
的形式后,要注意对是否为零进行分类讨论,因为它不一定是一元二次方
程.(3)判别式法解出值域后一定要将端点值(本题是)代回方程检验,把不满足题意的舍去.
【反馈检测1】求函数的值域.
方法七
基本不等式法
使用情景
一般变量是正数,变量的和或积是定值.
解题步骤
一般先进行配凑,再利用基本不等式求函数的最值,从而得到函数的值域.
【例2】已知,求函数 的最小值.
【解析】.=
当且仅当,即时,上式等号成立.
因为在定义域内,所以最小值为.
【点评】(1)本题不能直接使用基本不等式,本题在利用基本不等式前,要对函数化简,要用到分离函数的方法对函数进行化简,再使用基本不等式.(2)很多函数在使用基本不等式之前都要进行化简和配凑,所以要注意观察函数的结构,再进行变形,再使用基本不等式.(3)利用基本不等式求最值时,要注意“一正二定三相等”,三个条件缺一不可. 学科.网
【例3】已知,求函数的最大值.
【点评】(1)基本不等式有二元基本不等式(和
三元不等式.(2)基本不等式不仅适用于一般函数,也适用三角函数和其它所有函数,只要满足条件,就可以利用“一正二定三相等”来分析解答.
【反馈检测2 】已知,,且,则的最小值为.
【反馈检测3】【2017浙江,17】已知αR,函数在区间[1,4]上的最大值是5,
则的取值范围是___________.
方法八
单调性法
使用情景
函数的单调性容易判断.
解题步骤
先判断函数的单调性,再利用函数的单调性得到函数的值域.
【例 4】求函数的值域.
【点评】(1)本题先利用复合函数的单调性确定了函数的单调区间,从而得到函数的最大值和最小值,得到函数的值域.(2)判定函数的单调性常用的有定义法、图像法、复合函数分析法和导数法,注意灵活使用.
【例5】求函数的值域.
【解析】令,
则在上都是增函数,所以在上是增函数
当时,
当时,
故所求函数的值域为。
【点评】(1)如果能确定函数的单调性时,可以使用函数的单调性求函数的值域.(2)本题中利用了这样一个性质:增(减)函数+增(减)函数=增(减)函数.(3)本题,都是增函数,利用到了复合函数的单调性,所以要对函数单调性的判定方法比较熟练,才能做到游刃有余.
【反馈检测4】求函数的值域.
方法九
数形结合法
使用情景
函数有明显的几何意义.
解题步骤
先找到“数”对应的“形”,再利用数形结合分析解答.
【例6】求函数的值域.
【点评】(1)画函数的图像,要先化简解析式,再画出函数的图像.(2)本题也可以利用重要的绝对值不等式得到函数的最值,,所以函数的最小值为5.(3)对于绝对值函数,一般利用零点讨论法把函数化成分段函数,再作图.
【例7】 如果函数定义在区间上,求的最小值.
图1
如图2所示,若顶点横坐标在区间上时,有,即.当时,函数取得最小值.
图2
如图3所示,若顶点横坐标在区间右侧时,有,即.当时,函数取得最小值
图3
综上讨论,
【点评】二次函数在闭区间上的最值问题,是一种较典型的问题.如果对称轴和区间的位置关系不能确定,常利用分类讨论和数形结合分析解答.
【例8】求函数的值域.
因为直线和圆相切,所以
所以函数的值域为
【点评】(1)对于某些具有明显几何意义的函数,我们可以利用数形结合的方法求该函数的值域.先找到函数对应的形态特征,再求该函数的值域.(2)由于对应着两点之间的斜率(差之比对应直线的斜率),所以本题可以利用斜率分析解答.
【例9】设是上的偶函数,对任意,都有且当时,内关于的方程恰有3个不同的实数根,则的取值范围是( )
A.(1,2) B. C. D.
若在区间内关于的方程恰有3个不同的实数解
所以恰有3个不同的实数解.
则解得:<a<2. 故选D
【点评】(1) 本题涉及到函数的奇偶性、周期性和零点问题,利用数形结合再好不过了. 所以要先根据已知条件作出函数 的图像,再作出函数 的图像,数形结合分析解答. (2)对于函数的问题,大家要比较敏感,随时想到利用函数的图像来分析.
【例10】点为抛物线:上一动点,定点,则与到轴的距离之和的最小值为( )
A.9 B.10 C.8 D.5
【解析】如图所示,焦点过点作垂直于准线交轴与点,到轴的距离
,当三点共线时,取最小值,,所以与到轴的距离之和的最小值.
【点评】圆锥曲线中,涉及到焦半径时,要想到圆锥曲线的定义,把问题转化,优化解题.
【例11】已知x,y满足约束条件
(1)求目标函数的最大值和最小值;
(2)若目标函数取得最大值的最优解有无穷多个,求的值;
(3)求的取值范围.
【解析】(1)作出不等式组表示的可行域如图:
作直线:,并平行移动使它过可行域内的点,此时有最大值;过可行域内的点,此时有最小值,
解,得.解,得.解,得.
∴,.
(2)一般情况下,当取得最大值时,直线所经过的点都是唯一的,但若直线平行于边界直线,即直线平行于直线时,线段上的任意一点均使取得最大值,此时满足条件的点即最优解,有无数个.
又,∴.
【点评】线性规划的问题,就是数形结合研究问题的典型.线性规划解答问题的一般步骤是(1)根据题意,设出变量;(2)列出线性约束条件;(3)确定线性目标函数
;(4)画出可行域(即各约束条件所示区域的公共区域);(5)利用线性目标函数作平行直线系;(6)观察图形,找到直线在可行域上使取得欲求最值的位置,以确定最优解,给出答案.
【反馈检测5】若点的坐标为(3,2),为抛物线的焦点,点是抛物线上的一动点,则取得最小值时,点的坐标是 .
A
V
C
B
【例12】如图,圆锥的底面直径,母线长,点在母线上,且,有一只蚂蚁沿圆锥的侧面从点到达点,则这只蚂蚁爬行的最短距离是( )
A. B.
C. D.
【点评】(1)由于蚂蚁在沿着曲面爬行,所以蚂蚁走过的路线时曲线,要直接求,比较困难,怎么办?我们这时可以把曲面展开,变成平面,再利用解三角形的知识来分析解答,问题迎刃而解. (2)本题利用了转化化归的思想,把空间的问题化成平面的问题,问题迎刃而解.
【反馈检测6】如图,圆锥的底面圆直径为2,母线长为4,若小虫从点开始绕着圆锥表面爬行一圈到的中点,则小虫爬行的最短距离为______.
方法十
导数法
使用情景
函数的结构比较复杂,利用导数可以方便地求出函数的单调性.
解题步骤
先利用导数求出函数的单调性,再根据函数的单调性得到函数的值域.
【例12】已知函数,
(1)当时,求函数在处的切线方程;
(2)求在区间上的最小值.
【解析】(1)当时,又故切线的斜率为所以切线方程为:即
(2)函数的定义域为当x变化时, 的变化情况如下表:
-
0
+
单调递减
极小值
单调递增
【点评】对于结构较复杂或高次的函数,一般利用导数法来研究函数的值域.先利用导数研究函数的单调性,再利用该函数的单调性画出函数的草图分析函数的值域.
【例13】两县城和相距20,现计划在两县城外以为直径的半圆弧上选择一点建造垃圾处理厂,其对城市的影响度与所选地点到城市的的距离有关,对城和城的总影响度为城与城的影响度之和,记点到城的距离为,建在处的垃圾处理厂对城和城的总影响度为,统计调查表明:垃圾处理厂对城
的影响度与所选地点到城的距离的平方成反比,比例系数为4;对城的影响度与所选地点到城的距离的平方成反比,比例系数为k,当垃圾处理厂建在的中点时,对城和城的总影响度为0.065.
(1)将表示成的函数;
(11)讨论(1)中函数的单调性,并判断弧上是否存在一点,使建在此处的垃圾处理厂对城和城的总影响度最小?若存在,求出该点到城的距离;若不存在,说明理由.
A
B
C
x
【解析】(1)如图,由题意知,,
其中当时,,所以.
所以表示成的函数为
【点评】对于应用题,先要建立函数的模型,通过函数的模型,把一个实际问题转化成一个数学问题,再利用导数来研究函数的最值,最后再回到实际问题中去.
【反馈检测7】已知函数 ,求函数在上的最大值.
高中数学常见题型解法归纳及反馈检测第03讲:函数值域(最值)的常见求法(2)(判别式法、基本不等式法、单调性法、数形结合法和导数法)
参考答案
【反馈检测1答案】
【反馈检测2答案】
【反馈检测2详细解析】
【反馈检测3答案】
【反馈检测3详细解析】,分类讨论:
①当时,,函数的最大值,舍去;
②当时,,此时命题成立;
③当时,,则:
或,解得:或
综上可得,实数的取值范围是.
【反馈检测4答案】
【反馈检测6详细解析】由题意知底面圆的直径,故底面周长等于.
设圆锥的侧面展开后的扇形圆心角为,
根据底面周长等于展开后扇形的弧长得解得,所以展开图中,
根据勾股定理求得=,所以小虫爬行的最短距离为
【反馈检测7答案】当时,的最大值为,当时,的最大值为,当时,的最大值为
【反馈检测7详细解析】,
∴.
③当时,即时,在上是增函数,∴
综上所述,当时,的最大值为,当时,的最大值为,
当时,的最大值为.