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【题型归类大全】2023年高考一复习学案(理科数学)考点07:二次函数与幂函数
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[考纲传真]
1.(1)了解幂函数的概念;
(2)结合函数y=x,y=x2,y=x3,y=xeq \s\up10(\f(1,2)),y=eq \f(1,x)的图象,了解它们的变化情况.
2.理解二次函数的图象和性质,能用二次函数、方程、不等式之间的关系解决简单问题.
[题型归类]
1.幂函数的图象与性质
2.利用幂函数比较大小问题
3.与幂函数、二次函数有关的解不等式问题
4.求二次函数的解析式
5.二次函数的图象
6.二次函数的单调性
7.二次函数的最值
8.含参数的二次函数的最值与值域
9.与二次函数有关的恒成立问题
10.二次函数、一元二次方程、二次不等式的关系
题型一:幂函数的图象与性质
知识与方法
幂函数
(1)定义:形如y=xα(α∈R)的函数称为幂函数,其中x是自变量,α是常数.
(2)五种常见幂函数的图象与性质
[规律方法] 幂函数的性质与图象特征的关系
1幂函数的形式是y=xαα∈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判断幂函数y=xαα∈R的奇偶性时,当α是分数时,一般将其先化为根式,再判断.
3若幂函数y=xα在0,+∞上单调递增,则α>0,若在0,+∞上单调递减,则α<0.
►例1 幂函数y=f(x)的图象过点(8,2eq \r(2)),则幂函数y=f(x)的图象是( )
A B C D
解析:
[令f(x)=xα,由f(8)=2eq \r(2)得8α=2eq \r(2),
即23α=2eq \s\up10(\f(3,2)),解得α=eq \f(1,2),所以f(x)=xeq \s\up10(\f(1,2)),故选C.]
►例2如图中曲线是幂函数y=xn在第一象限的图象.已知n取±2,±eq \f(1,2)四个值,则相应于曲线C1,C2,C3,C4的n值依次为( )
A.-2,-eq \f(1,2),eq \f(1,2),2 B.2,eq \f(1,2),-eq \f(1,2),-2
C.-eq \f(1,2),-2,2,eq \f(1,2) D.2,eq \f(1,2),-2,-eq \f(1,2)
解析:选B 由幂函数图象及其单调性之间的关系可知,曲线C1,C2,C3,C4所对应的n依次为2,eq \f(1,2),-eq \f(1,2),-2.
►例3幂函数y=xm2-2m-3(m∈Z)的图象如图所示,则m的值为 ( )
A.-1
解析:∵函数f(x)=(m2-m-1)·x-5m-3是幂函数,
∴m2-m-1=1,解得m=2或m=-1.
当m=2时,-5m-3=-13,函数y=x-13在(0,+∞)上是减函数;
当m=-1时,-5m-3=2,函数y=x2在(0,+∞)上是增函数.
∴m=-1.
题型二:利用幂函数比较大小问题
知识与方法
幂函数的形式是y=xα(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.
►例1 若a=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up10(\f(2,3)),b=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)))eq \s\up10(\f(2,3)),c=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up10(\f(1,3)),则a,b,c的大小关系是( )
A.a<b<c B.c<a<b
C.b<c<a D.b<a<c
解析:
D [a=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up10(\f(2,3))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)))eq \s\up10(\f(1,3)),b=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)))eq \s\up10(\f(2,3))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,25)))eq \s\up10(\f(1,3)),c=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up10(\f(1,3)),由eq \f(1,25)<eq \f(1,4)<eq \f(1,2)得b<a<c,故选D.]
►例2若(2m+1)eq \f(1,2)>(m2+m-1)eq \f(1,2),则实数m的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,\f(-\r(5)-1,2))) B.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(5)-1,2),+∞))
C.(-1,2) D.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(5)-1,2),2))
解析:因为函数y=xeq \f(1,2)的定义域为[0,+∞),
且在定义域内为增函数,
所以不等式等价于eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2m+1≥0,,m2+m-1≥0,,2m+1>m2+m-1.))
解2m+1≥0,得m≥-eq \f(1,2);
解m2+m-1≥0,得m≤eq \f(-\r(5)-1,2)或m≥eq \f(\r(5)-1,2).
解2m+1>m2+m-1,得-1
►例3若(a+1)eq \f(1,2)<(3-2a)eq \f(1,2),则实数a的取值范围是________.
解析:易知函数y=xeq \f(1,2)的定义域为[0,+∞),在定义域内为增函数,所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a+1≥0,,3-2a≥0,,a+1<3-2a,))解之得-1≤a
A.a
∴f(x)=x3,且f(x)在(-∞,+∞)上单调递增,
又eq \f(\r(3),3)
知识与方法
►例1 设函数f(x)=则使得f(x)≤2成立的x的取值范围是________.
(-∞,8] [当x<1时,x-1<0,ex-1
当x≥1时,xeq \s\up12(\f(1,2))≤2,x≤23=8,∴1≤x≤8.
综上可知x∈(-∞,8].]
解析:
►例2函数f(x)=(x-2)(ax+b)为偶函数,且在(0,+∞)单调递增,则f(2-x)>0的解集为( D )
A.{x|-2
C.{x|0
解析:函数f(x)=ax2+(b-2a)x-2b为偶函数,则b-2a=0,故f(x)=ax2-4a=a(x-2)(x+2),因为在(0,+∞)单调递增,所以a>0.根据二次函数的性质可知,不等式f(2-x)>0的解集为{x|2-x>2,或2-x<-2}={x|x<0,或x>4},故选D.
►例3二次函数f(x)的图象经过点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(3,2))),且f′(x)=-x-1,则不等式f(10x)>0的解集为( )
A.(-3,1) B.(-lg 3,0)
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,1 000),1)) D.(-∞,0)
答案 D
解析 由题意设f(x)=ax2+bx+eq \f(3,2) (a≠0),
则f′(x)=2ax+b,∵f′(x)=-x-1,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2a=-1,,b=-1,)) ∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=-\f(1,2),,b=-1,))
∴f(x)=-eq \f(1,2)x2-x+eq \f(3,2),
令f(x)>0,得-3
∴不等式f(10x)>0可化为0<10x<1,∴x<0,故选D.
题型四:求二次函数的解析式
知识与方法
)二次函数解析式的三种形式
一般式:f(x)=ax2+bx+c(a≠0);
顶点式:f(x)=a(x-h)2+k(a≠0),顶点坐标为(h,k);
零点式:f(x)=a(x-x1)(x-x2)(a≠0),x1,x2为f(x)的零点.
求二次函数解析式的方法
二次函数解析式的求法
根据已知条件确定二次函数解析式,一般用待定系数法,选择规律如下:
(1)已知三个点坐标,宜选用一般式;
(2)已知顶点坐标、对称轴、最大(小)值等,宜选用顶点式;
(3)已知图象与x轴两交点坐标,宜选用两根式.
►例1 若函数f(x)=(x+a)(bx+2a)(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)=________.
解析:由f(x)是偶函数知f(x)图象关于y轴对称,所以-a=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(2a,b))),即b=-2或a=0,
当a=0时,则f(x)=bx2,值域为(-∞,0]或[0,+∞), 不满足已知值域(-∞,4],∴a=0舍去,
所以f(x)=-2x2+2a2,
又f(x)的值域为(-∞,4],
所以2a2=4,
故f(x)=-2x2+4.
►例2已知二次函数f(x)=ax2+bx+1(a,b∈R),x∈R.若函数f(x)的最小值为f(-1)=0,求f(x)的解析式,并写出单调区间.
[自主解答] 由题意知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(f-1=a-b+1=0,,-\f(b,2a)=-1,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=1,,b=2,))
∴f(x)=x2+2x+1=(x+1)2.
故二次函数f(x)的单调递减区间为(-∞,-1],单调递增区间为[-1,+∞).
解析:
►例3已知二次函数f(x)满足f(2)=-1,f(-1)=-1,且f(x)的最大值是8.求此二次函数的解析式.
解:依题意,知f(x)+1=0的两根为x1=2,x2=-1,
故可设f(x)+1=a(x-2)(x+1),a≠0.
即f(x)=ax2-ax-2a-1.
又函数有最大值ymax=8,即-eq \f(9a+4,4)=8,
解得a=-4.
故函数解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
解析:
►例4已知二次函数y=x2+2kx+3-2k,则顶点位置最高时函数的解析式为y=x2-2x+5.
解析:由题意可知y=x2+2kx+3-2k=(x+k)2-k2-2k+3,所以该函数的顶点坐标为(-k,-k2-2k+3).
设顶点的纵坐标为y=-k2-2k+3=-(k+1)2+4,所以当k=-1时,顶点位置最高,此时函数的解析式为y=x2-2x+5.
题型五:二次函数的图象
知识与方法
►例1 已知abc>0,则二次函数f(x)=ax2+bx+c的图象可能是( )
D [A项,因为a<0,-eq \f(b,2a)<0,
所以b<0.又因为abc>0,所以c>0,
而f(0)=c<0,故A错.
B项,因为a<0,-eq \f(b,2a)>0,所以b>0.
又因为abc>0,所以c<0,而f(0)=c>0,故B错.
C项,因为a>0,-eq \f(b,2a)<0,所以b>0.
又因为abc>0,所以c>0,而f(0)=c<0,故C错.
D项,因为a>0,-eq \f(b,2a)>0,所以b<0.
又因为abc>0,所以c<0,而f(0)=c<0,故选D.]
解析:
►例2已知函数y=ax2+bx+c,如果a>b>c,且a+b+c=0,则它的图象是( )
A B C D
解析:选D ∵a>b>c,a+b+c=0,
∴a>0,c<0,
∴y=ax2+bx+c的开口向上,且与y轴的交点(0,c)在负半轴上.
解析:
►例3若函数f(x)=x2+ax+b的图象与x轴的交点为(1,0)和(3,0),则函数f(x)( )
A.在(-∞,2]上单调递减,在[2,+∞)上单调递增
B.在(-∞,3)上单调递增
C.在[1,3]上单调递增
D.单调性不能确定
解析:选A 由已知可得该函数的图象的对称轴为x=2,又二次项系数为1>0,所以f(x)在(-∞,2]上是单调递减的,在[2,+∞)上是单调递增的.
解析:
►例4设abc>0,二次函数f(x)=ax2+bx+c的图象可能是( )
解析:(1)A项,∵a<0,-eq \f(b,2a)<0,∴b<0.
又∵abc>0,∴c>0,由图知f(0)=c<0,故A错;
B项,∵a<0,-eq \f(b,2a)>0,∴b>0,又∵abc>0,∴c<0,而f(0)=c>0,故B错;
C项,∵a>0,-eq \f(b,2a)<0,∴b>0,又∵abc>0,∴c>0,而f(0)=c<0,故C错;
D项,∵a>0,-eq \f(b,2a)>0,∴b<0,又∵abc>0,∴c<0,由图知f(0)=c<0,故选D.
题型六:二次函数的单调性
知识与方法
►例1 函数f(x)=(m-1)x2+2mx+3为偶函数,则f(x)在区间(-5,-3)上( )
A.先减后增 B.先增后减 C.单调递减 D.单调递增
解析:选D 因为f(x)=(m-1)x2+2mx+3为偶函数,所以2m=0,即m=0.所以f(x)=-x2+3.
由二次函数的单调性可知,f(x)=-x2+3在(-5,-3)上为增函数.
解析:
►例2已知f(x)=4x2-mx+5在[2,+∞)上是增函数,则实数m的取值范围是________.
解析:因为函数f(x)=4x2-mx+5的单调递增区间为eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(m,8),+∞)),所以eq \f(m,8)≤2,即m≤16.
答案:(-∞,16]
►例3已知函数f(x)=x2+2ax+3,x∈[-4,6],
(1)求实数a的取值范围,使y=f(x)在区间[-4,6]上是单调函数;
(2)当a=-1时,求f(|x|)的单调区间.
解 (1)函数f(x)=x2+2ax+3的图象的对称轴为x=-eq \f(2a,2)=-a,
∴要使f(x)在[-4,6]上为单调函数,只需-a≤-4或-a≥6,解得a≥4或a≤-6.
故a的取值范围是(-∞,-6]∪[4,+∞).
(2)当a=-1时,f(|x|)=x2-2|x|+3
=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2+2x+3=x+12+2,x≤0,,x2-2x+3=x-12+2,x>0,))
其图象如图所示.
又∵x∈[-4,6],∴f(|x|)在区间[-4,-1)和[0,1)上为减函数,在区间[-1,0)和[1,6]上为增函数.
►例4已知函数f(x)=x2+2ax+2,x∈[-5,5].
(1)当a=-1时,求函数f(x)的最大值和最小值;
(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 (1)当a=-1时,f(x)=x2-2x+2=(x-1)2+1,x∈[-5,5],
所以当x=1时,f(x)取得最小值1;
当x=-5时,f(x)取得最大值37.
(2)函数f(x)=(x+a)2+2-a2的图象的对称轴为直线x=-a,
因为y=f(x)在区间[-5,5]上是单调函数,
所以-a≤-5或-a≥5,即a≤-5或a≥5.
故a的取值范围是(-∞,-5]∪[5,+∞).
题型七:二次函数的最值
知识与方法
二次函数最值的求法,二次函数的区间最值问题一般有三种情况:①对称轴和区间都是给定的;②对称轴动,区间固定;③对称轴定,区间变动.解决这类问题的思路是抓住“三点一轴”进行数形结合,三点指的是区间两个端点和中点,一轴指的是对称轴.具体方法是利用函数的单调性及分类讨论的思想求解.
对于②、③,通常要分对称轴在区间内、区间外两大类情况进行讨论.
►例1 已知函数f(x)=x2-2x,若x∈[-2,3],则函数f(x)的最大值为________.
答案 8
解析 f(x)=(x-1)2-1,∵-2≤x≤3(如图),
∴[f(x)]max=f(-2)=8.
解析:
►例2已知函数f(x)=x2-2x,若x∈[-2,a],求f(x)的最小值.
解 ∵函数y=x2-2x=(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-21时,函数在[-2,1]上单调递减,在[1,a]上单调递增,则当x=1时,y取得最小值,即ymin=-1.
综上,当-2当a>1时,ymin=-1.
题型八:含参数的二次函数的最值与值域
知识与方法
二次函数在闭区间上的最值问题,一定要根据对称轴与区间的相对位置关系确定最值,当函数解析式中含有参数时,要根据参数的最值情况进行分类讨论.
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;二是不分离参数直接求最值.
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.
►例1 已知函数f(x)=ax2+2ax+1在区间[-1,2]上有最大值4,则实数a的值为________.
解析:f(x)=a(x+1)2+1-a.
(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;
(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)=8a+1=4,解得a=eq \f(3,8);
(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.
综上可知,a的值为eq \f(3,8)或-3.
►例2已知函数f(x)=-x2+4x,x∈[m,5]的值域是[-5,4],则实数m的取值范围是( C )
A.(-∞,-1) B.(-1,2]
C.[-1,2] D.[2,5]
解析:∵f(x)=-x2+4x=-(x-2)2+4,∴当x=2时,f(2)=4,由f(x)=-x2+4x=-5,解得x=5或x=-1,∴要使函数在[m,5]的值域是[-5,4],则-1≤m≤2,故选C.
►例3已知函数y=x2-2x+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 [1,2]
解析 如图,由图象可知m的取值范围是[1,2].
►例4已知函数f(x)=x2-2ax+2a+4的定义域为R,值域为[1,+∞),则a的值为________.
答案 -1或3
解析 由于函数f(x)的值域为[1,+∞),
所以f(x)min=1.
又f(x)=(x-a)2-a2+2a+4,
当x∈R时,f(x)min=f(a)=-a2+2a+4=1,
即a2-2a-3=0,
解得a=3或a=-1.
题型九:与二次函数有关的恒成立问题
知识与方法
[规律方法] 形如fx≥0fx≤0恒成立问题的求解思路
1x∈R的不等式确定参数的范围时,结合二次函数的图象,利用判别式来求解.
2x∈[a,b]的不等式确定参数范围时,①根据函数的单调性,求其最值,让最值大于等于或小于等于0,从而求出参数的范围;②数形结合,利用二次函数在端点a,b处的取值特点确定不等式求参数的取值范围.③分离参数,变为a≥gx或a≤gx恒成立问题,然后再求gx的最值.
3已知参数k∈[a,b]的不等式确定x的范围,要注意变换主元,一般地,知道谁的范围,就选谁当主元,求谁的范围,谁就是参数.
►例1 已知x∈[-1,1]时,f(x)=x2-ax+eq \f(a,2)>0恒成立,则实数a的取值范围是( )
A.(0,2) B.(2,+∞) C.(0,+∞) D.(0,4)
解析:二次函数图象开口向上,对称轴为x=eq \f(a,2),又x∈[-1,1]时,f(x)=x2-ax+eq \f(a,2)>0恒成立,即f(x)最小值>0.
①当eq \f(a,2)≤-1,即a≤-2时,f(-1)=1+a+eq \f(a,2)>0,解得a>-eq \f(2,3),与a≤-2矛盾;
②当eq \f(a,2)≥1,即a≥2时,f(1)=1-a+eq \f(a,2)>0,解得a<2,与a≥2矛盾;
③当-1<eq \f(a,2)<1,即-2<a<2时,Δ=(-a)2-4·eq \f(a,2)<0,解得0<a<2.综上得实数a的取值范围是(0,2).
►例2对于任意a∈[-1,1],函数f(x)=x2+(a-4)x+4-2a的值恒大于零,那么x的取值范围是( )
A.(1,3) B.(-∞,1)∪(3,+∞)
C.(1,2) D.(3,+∞)
解析:选B f(x)=x2+(a-4)x+4-2a=(x-2)a+x2-4x+4,
令g(a)=(x-2)a+x2-4x+4,
由题意知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(g1>0,,g-1>0,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2-3x+2>0,,x2-5x+6>0.))
解得x>3或x<1,故选B.
解析:
►例3设函数f(x)=ax2-2x+2,对于满足1
解析:由题意得a>eq \f(2,x)-eq \f(2,x2)对1
►例4设函数f(x)=mx2-mx-1,若对于x∈[1,3],f(x)<-m+4恒成立,则实数m的取值范围为( D )
A.(-∞,0] B.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(5,7)))
C.(-∞,0)∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(5,7))) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(5,7)))
解析:由题意,f(x)<-m+4对于x∈[1,3]恒成立即m(x2-x+1)<5对于x∈[1,3]恒成立.∵当x∈[1,3]时,x2-x+1∈[1,7],∴不等式f(x)<-m+4等价于m
►例1 对二次函数(为非零整数),四位同学分别给出下列结论,其中有且仅有一个结论是错误的,则错误的结论是( ).
A.是的零点 B.1是的极值点
C.3是的极值 D. 点在曲线上
1.解析 观察四个选项会发现B,C这两个选项是“配套”的,所以以此为切入点,假设B,C正确,即为的顶点.由于抛物线开口向下时,D肯定错;抛物线开口向上时,A肯定错. 由此说明A与D中必有一个错误.假设A正确,
则有,与条件为整数矛盾,说明A错误. 故选A.
►例2已知函数f(x)=x2-4x+a+3,a∈R.
(1)若函数f(x)在(-∞,+∞)上至少有一个零点,求实数a的取值范围;
(2)若函数f(x)在[a,a+1]上的最大值为3,求a的值.
解:(1)由Δ=16-4(a+3)≥0,得a≤1.
故实数a的取值范围是(-∞,1].
(2)f(x)=(x-2)2+a-1.
当a+1<2,即a<1时,f(x)max=f(a)=a2-3a+3=3,解得a=0,a=3(舍去);
当a+1≥2,eq \f(a+a+1,2)≤2,即1≤a≤eq \f(3,2)时,f(x)max=f(a)=3,解得a=0或3(均舍);当a≤2,eq \f(a+a+1,2)>2,即eq \f(3,2)2时,f(x)max=f(a+1)=a2-a=3,解得a=eq \f(1+\r(13),2),a=eq \f(1-\r(13),2)(舍去).
综上,a=0或a=eq \f(1+\r(13),2).
函数特征性质
y=x
y=x2
y=x3
y=xeq \s\up12(\f(1,2))
y=x-1
图象
定义域
R
R
R
{x|x≥0}
{x|x≠0}
值域
R
{y|y≥0}
R
{y|y≥0}
{y|y≠0}
奇偶性
奇
偶
奇
非奇非偶
奇
单调性
增
(-∞,0)减,
(0,+∞)增
增
增
(-∞,0)和
(0,+∞)减
公共点
(1,1)
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