高考数学必修知识讲解指数函数、对数函数、幂函数综合提高

指数函数、对数函数、幂函数综合【学习目标】1理解有理指数幂的含义，掌握幂的运算2理解指数函数的概念和意义，理解指数函数的单调性与特殊点3理解对数的概念及其运算性质4重点理解指数函数、对数函数、幂函数的性质，熟练掌握指数、对数运算法则，明确算理，能对常见的指数型函数、对数型函数进行变形处理5会求以指数函数、对数函数、幂函数为载体的复合函数的定义域、单调性及值域等性质6知道指数函数与对数函数互为反函数（a0，a1）【知识框图】【要点梳理】要点一：指数及指数幂的运算1根式的概念的次方根的定义：一般地，如果，那么叫做的次方根，其中当为奇数时，正数的次方根为正数，负数的次方根是负数，表示为；当为偶数时，正数的次方根有两个，这两个数互为相反数可以表示为负数没有偶次方根，0的任何次方根都是0式子叫做根式，叫做根指数，叫做被开方数2n次方根的性质：（1）当为奇数时，；当为偶数时，（2）3分数指数幂的意义：；要点诠释：0的正分数指数幂等于0，负分数指数幂没有意义4有理数指数幂的运算性质：（1） （2） （3）要点二：指数函数及其性质1指数函数概念一般地，函数叫做指数函数，其中是自变量，函数的定义域为2指数函数函数性质：函数名称指数函数定义0101函数且叫做指数函数图象定义域值域过定点图象过定点，即当时，奇偶性非奇非偶单调性在上是增函数在上是减函数函数值的变化情况变化对图象的影响在第一象限内，从逆时针方向看图象，逐渐增大；在第二象限内，从逆时针方向看图象，逐渐减小要点三：对数与对数运算1对数的定义（1）若，则叫做以为底的对数，记作，其中叫做底数，叫做真数（2）负数和零没有对数（3）对数式与指数式的互化：2几个重要的对数恒等式，3常用对数与自然对数常用对数：，即；自然对数：，即（其中）4对数的运算性质如果，那么加法：减法：数乘：换底公式：要点四：对数函数及其性质1对数函数定义一般地，函数叫做对数函数，其中是自变量，函数的定义域2对数函数性质：函数名称对数函数定义函数且叫做对数函数图象0101定义域值域过定点图象过定点，即当时，奇偶性非奇非偶单调性在上是增函数在上是减函数函数值的变化情况变化对图象的影响在第一象限内，从顺时针方向看图象，逐渐增大；在第四象限内，从顺时针方向看图象，逐渐减小要点五：反函数1反函数的概念设函数的定义域为，值域为，从式子中解出，得式子如果对于在中的任何一个值，通过式子，在中都有唯一确定的值和它对应，那么式子表示是的函数，函数叫做函数的反函数，记作，习惯上改写成2反函数的性质（1）原函数与反函数的图象关于直线对称（2）函数的定义域、值域分别是其反函数的值域、定义域（3）若在原函数的图象上，则在反函数的图象上（4）一般地，函数要有反函数则它必须为单调函数要点六：幂函数1幂函数概念形如的函数，叫做幂函数，其中为常数2幂函数的性质（1）图象分布：幂函数图象分布在第一、二、三象限，第四象限无图象幂函数是偶函数时，图象分布在第一、二象限（图象关于轴对称）；是奇函数时，图象分布在第一、三象限（图象关于原点对称）；是非奇非偶函数时，图象只分布在第一象限 （2）过定点：所有的幂函数在都有定义，并且图象都通过点 （3）单调性：如果，则幂函数的图象过原点，并且在上为增函数如果，则幂函数的图象在上为减函数，在第一象限内，图象无限接近轴与轴（4）奇偶性：当为奇数时，幂函数为奇函数，当为偶数时，幂函数为偶函数当（其中互质，和），若为奇数为奇数时，则是奇函数，若为奇数为偶数时，则是偶函数，若为偶数为奇数时，则是非奇非偶函数（5）图象特征：幂函数，当时，若，其图象在直线下方，若，其图象在直线上方，当时，若，其图象在直线上方，若，其图象在直线下方【典型例题】类型一：指数、对数运算例1计算（1） ； （2）；（3）；（4）【思路点拨】运算时尽量把根式转化为分数指数幂，而小数也要化为分数为好【答案】（1）；（2）1；（3）3；（4）14【解析】（1）原式=；（2）原式= = =1-+=1 （3）原式=2+=3；（4）令，两边取常用对数得= = =即=14【总结升华】这是一组很基本的对数运算的练习题，虽然在考试中这些运算要求并不高，但是数式运算是学习数学的基本功，通过这样的运算练习熟练掌握运算公式、法则，以及学习数式变换的各种技巧举一反三：【变式1】=（ ）A0 B1 C2 D4【答案】C【解析】=【变式2】（1）；（2）【答案】（1）2；（2）【解析】（1） 原式 ；（2） 原式 类型二：指数函数、对数函数、幂函数的图象与性质例2设偶函数满足，则= （ ）A B C D 【答案】 B【解析】且是偶函数或或解得或，故选B【总结升华】考查解不等式组及函数解析式，考查函数性质的综合运用举一反三：【变式1】已知函数若，则的取值范围是（ ）A B 或 C D 或【答案】A【解析】依题意或即或，所以，故选A例3设函数 若，则实数的取值范围是（ ） A B C D 【答案】C【解析】解法一：若，则，得，得，解得若则，解得由可知解法二：特殊值验证令，满足，故排除A、D令，不满足，故排除B【总结升华】本题考查了分段函数的性质、分类思想的应用【高清课堂：幂指对函数综合377495 例1】例4函数的单调递增区间是（）A（3，+） B（，3） C（4，+） D（，2）【思路点拨】这是一个内层函数是二次函数，外层函数是对数函数的复合函数，其单调性由这两个函数的单调性共同决定，即“同增异减”【答案】D【解析】函数是由复合而成的，是减函数，在上单调递增，在上单调递减，由对数函数的真数必须大于零，即，解得或，所以原函数的单调递增区间是，故选D例5（2016 上海模拟）已知函数（a0，a1）在区间1，2上的最大值为8，最小值为m若函数是单调增函数，则a=_【思路点拨】根据题意求出m的取值范围，再讨论a的值，求出f（x）的单调性，从而求出a的值【答案】【解析】根据题意，得310m0，解得；当a1时，函数在区间1，2上单调递增，最大值为，解得，最小值为，不合题意，舍去；当1a0时，函数在区间1，2上单调递减，最大值为，解得，最小值为，满足题意；综上，故答案为：【总结升华】本题主要考查指数函数的图象与性质的应用问题，通过讨论对数函数的底数确定函数的单调性是解决本题的关键举一反三：【变式1】已知，该函数在区间a，b上的值域为1，2，记满足该条件的实数a、b所形成的实数对为点P（a，b），则由点P构成的点集组成的图形为（ ）A线段AD B线段ABC线段AD与线段CD D线段AB与BC【思路点拨】由指数函数的图象和性质，我们易构造出满足条件函数在闭区间a，b上的值域为1，2的不等式组，画出函数的图象后与答案进行比照，即可得到答案【答案】C【解析】函数的图象为开口方向朝上，以x=1为对称轴的曲线，如图当x=1时，函数取最小值1，若，则x=0，或x=1而函数|在闭区间a，b上的值域为1，2，则或，则有序实数对（a，b）在坐标平面内所对应点组成图形为故选C【总结升华】本题考查的知识点是指数函数的性质，函数的值域，其中熟练掌指数函数在定区间上的值域问题，将已知转化为关于a，b的不等式组，是解答本题的关键【变式2】已知函数若互不相等，且，则的取值范围是（ ）A（1，10） B（5，6） C（10，12） D（20，24）【答案】C【解析】由互不相等，结合图象可知：这三个数分别在区间（0,1），（1,10），（10,12）上，不妨设，由得即，所以，所以，故选C【总结升华】考查利用图象求解的能力和对数的运算，考查数形结合的思想方法类型三：综合问题例6已知定义域为的函数是奇函数。（）求的值；（）若对任意的，不等式恒成立，求的取值范围【思路点拨】（）利用奇函数的定义去解。（）先判断函数的单调性，由单调性脱掉函数符号，转化成二次函数问题去解决。【答案】（），；（）【解析】（）因为是奇函数，所以=0，即又由f（1）=f（1）知 （）解法一：由（）知，易知在上为减函数。又因是奇函数，从而不等式： 等价于=，因为减函数，由上式推得：即对一切有：，从而判别式（或: 即对一切有：，又解法二：由（）知又由题设条件得：，即：，整理得，因底数，故：上式对一切均成立，从而判别式【总结升华】对于含指数式、对数式等式的形式，解题思路是转化为不含指数、对数因式的普通等式或方程的形式，再来求解举一反三：【变式1】已知函数，（a0，且a1）（1）求函数f（x）的定义域；（2）判断函数f（x）的奇偶性，并说明理由；（3）设，解不等式f（x）0【解析】（1）依题意知，解得函数f（x）的定义域为（2）函数是奇函数任取，所以 =0所以函数是奇函数（3）因为，所以由，得解得【高清课堂：幂指对综合377495 例5】例7设（其中a为实数），如果当时恒有成立，求实数a的取值范围【思路点拨】由题意知，原不等式转化成在上恒成立，只要求出不等式右边部分的最大值就可以了【答案】【解析】依题意，在上恒成立则设只需求的最大值任取且 =由于是单调递减函数，即在上是单调递增的，【总结升华】解决本题的关键是把转化成，转化成，这种问题以后还会碰到，希望同学们多注意举