新高考数学一轮复习学案 第2章 §2.5 对数与对数函数(含解析)
展开1.对数的概念
一般地,如果ax=N(a>0,且a≠1),那么数x叫做以a为底N的对数,记作x=lgaN,其中a叫做对数的底数,N叫做真数.
以10为底的对数叫做常用对数,记作lg N.
以e为底的对数叫做自然对数,记作ln N.
2.对数的性质与运算性质
(1)对数的性质:lga1=0,lgaa=1, SKIPIF 1 < 0 (a>0,且a≠1,N>0).
(2)对数的运算性质
如果a>0,且a≠1,M>0,N>0,那么:
①lga(MN)=lgaM+lgaN;
②lgaeq \f(M,N)=lgaM-lgaN;
③lgaMn=nlgaM(n∈R).
(3)换底公式:lgab=eq \f(lgcb,lgca)(a>0,且a≠1,b>0,c>0,且c≠1).
3.对数函数的图象与性质
4.反函数
指数函数y=ax(a>0且a≠1)与对数函数y=lgax(a>0且a≠1)互为反函数,它们的图象关于直线y=x对称.
微思考
1.根据对数的换底公式,说出lgab与lgba, SKIPIF 1 < 0 与lgab的关系?
提示 lgab·lgba=1, SKIPIF 1 < 0 =eq \f(n,m)lgab.
2.如图给出4个对数函数的图象.比较a,b,c,d与1的大小关系.
提示 0
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)若MN>0,则lga(MN)=lgaM+lgaN.( × )
(2)对数函数y=lgax(a>0,且a≠1)在(0,+∞)上是增函数.( × )
(3)函数y=lgaeq \f(1+x,1-x)与函数y=ln(1+x)-ln(1-x)是同一个函数.( × )
(4)对数函数y=lgax(a>0,且a≠1)的图象过定点(1,0),且过点(a,1),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,a),-1)).( √ )
题组二 教材改编
2.设函数f(x)=3x+9x,则f(lg32)=________.
答案 6
解析 ∵函数f(x)=3x+9x,
∴f(lg32)= SKIPIF 1 < 0 =2+4=6.
3.已知f(x)是不恒为0的函数,定义域为D,对任意x∈D,n∈N*,都有nf(x)=f(xn)成立,则f(x)=________.(写出满足条件的一个f(x)即可)
答案 lg2x
解析 运算符合对数函数的运算法则,如f(x)=lg2x,nf(x)=nlg2x=lg2xn=f(xn),可以填写f(x)=lg2x.
4.函数 SKIPIF 1 < 0 的定义域是______.
答案 eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,2),1))
解析 由 SKIPIF 1 < 0 ,得0<2x-1≤1.
∴eq \f(1,2)
题组三 易错自纠
5.已知b>0,lg5b=a,lg b=c,5d=10,则下列等式一定成立的是( )
A.d=ac B.a=cd
C.c=ad D.d=a+c
答案 B
6.计算:(lg29)·(lg34)=________.
答案 4
解析 (lg29)·(lg34)=eq \f(lg 9,lg 2)×eq \f(lg 4,lg 3)=eq \f(2lg 3,lg 2)×eq \f(2lg 2,lg 3)=4.
题型一 对数式的运算
例1 (1)(2020·全国Ⅰ)设alg34=2,则4-a等于( )
A.eq \f(1,16) B.eq \f(1,9) C.eq \f(1,8) D.eq \f(1,6)
答案 B
解析 方法一 因为alg34=2,
所以lg34a=2,
所以4a=32=9,
所以4-a=eq \f(1,4a)=eq \f(1,9).
方法二 因为alg34=2,
所以a=eq \f(2,lg34)=2lg43=lg432=lg49,
所以 SKIPIF 1 < 0
(2)计算:lg 25+lg 50+lg 2·lg 500+(lg 2)2=____.
答案 4
解析 原式=2lg 5+lg(5×10)+lg 2·lg(5×102)+(lg 2)2
=2lg 5+lg 5+1+lg 2·(lg 5+2)+(lg 2)2
=3lg 5+1+lg 2·lg 5+2lg 2+(lg 2)2
=3lg 5+2lg 2+1+lg 2(lg 5+lg 2)
=3lg 5+2lg 2+1+lg 2
=3(lg 5+lg 2)+1
=4.
思维升华 解决对数运算问题的常用方法
(1)将真数化为底数的指数幂的形式进行化简.
(2)将同底对数的和、差、倍合并.
(3)利用换底公式将不同底的对数式转化成同底的对数式,要注意换底公式的正用、逆用及变形应用.
(4)利用常用对数中的lg 2+lg 5=1.
跟踪训练1 (1)设2a=5b=m,且eq \f(1,a)+eq \f(1,b)=2,则m等于( )
A.eq \r(10) B.10 C.20 D.100
答案 A
解析 2a=5b=m,
∴lg2m=a,lg5m=b,
∴eq \f(1,a)+eq \f(1,b)=eq \f(1,lg2m)+eq \f(1,lg5m)=lgm2+lgm5=lgm10=2,
∴m2=10,∴m=eq \r(10)(舍m=-eq \r(10)).
(2)计算:lg535+ SKIPIF 1 < 0 -lg5eq \f(1,50)-lg514=________.
答案 2
解析 原式=lg535-lg5eq \f(1,50)-lg514+ SKIPIF 1 < 0
=lg5eq \f(35,\f(1,50)×14)+ SKIPIF 1 < 0
=lg5125-1=lg553-1=3-1=2.
题型二 对数函数的图象及应用
例2 (1)已知函数f(x)=lga(2x+b-1)(a>0,且a≠1)的图象如图所示,则a,b满足的关系是( )
A.0C.0答案 A
解析 由函数图象可知,f(x)为增函数,故a>1.函数图象与y轴的交点坐标为(0,lgab),由函数图象可知-1
答案 eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(\r(2),2)))
解析 若方程4x=lgax在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,2)))上有解,则函数y=4x和函数y=lgax在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,2)))上有交点,
由图象知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(0思维升华 对数函数图象的识别及应用方法
(1)在识别函数图象时,要善于利用已知函数的性质、函数图象上的特殊点(与坐标轴的交点、最高点、最低点等)排除不符合要求的选项.
(2)一些对数型方程、不等式问题常转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解.
跟踪训练2 (1)函数f(x)=lga|x|+1(0答案 A
解析 由函数f(x)的解析式可确定该函数为偶函数,图象关于y轴对称.设g(x)=lga|x|,先画出x>0时,g(x)的图象,然后根据g(x)的图象关于y轴对称画出x<0时g(x)的图象,最后由函数g(x)的图象向上整体平移一个单位长度即得f(x)的图象,结合图象知选A.
(2)已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(lg2x,x>0,,3x,x≤0,))关于x的方程f(x)+x-a=0有且只有一个实根,则实数a的取值范围是________.
答案 (1,+∞)
解析 问题等价于函数y=f(x)与y=-x+a的图象有且只有一个交点,结合函数图象可知a>1.
题型三 对数函数的性质及应用
命题点1 比较指数式、对数式的大小
例3 (1)设a=lg3e,b=e1.5, SKIPIF 1 < 0 ,则( )
A.bC.c答案 D
解析 SKIPIF 1 < 0 =lg34>lg3e=a.
又c=lg34
∴a
解析 根据不等式的性质和对数的换底公式可得
eq \f(1,lg2a)
(2)解题时要根据实际情况来构造相应的函数,利用函数单调性进行比较,如果指数相同,而底数不同则构造幂函数,若底数相同而指数不同则构造指数函数,若引入中间量,一般选0或1.
命题点2 解对数方程(不等式)
例4 设函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(lg2x,x>0,, SKIPIF 1 < 0 ,x<0.))若f(a)>f(-a),则实数a的取值范围是( )
A.(-1,0)∪(0,1) B.(-∞,-1)∪(1,+∞)
C.(-1,0)∪(1,+∞) D.(-∞,-1)∪(0,1)
答案 C
解析 由题意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>0,,lg2a> SKIPIF 1 < 0 ))
或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a<0,, SKIPIF 1 < 0 >lg2-a,))
解得a>1或-1命题点3 对数函数性质的综合应用
例5 (1)(2020·全国Ⅱ)设函数f(x)=ln|2x+1|-ln|2x-1|,则f(x)( )
A.是偶函数,且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞))上单调递增
B.是奇函数,且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),\f(1,2)))上单调递减
C.是偶函数,且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(1,2)))上单调递增
D.是奇函数,且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(1,2)))上单调递减
答案 D
解析 f(x)=ln|2x+1|-ln|2x-1|的定义域为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠±\f(1,2))))).
∵f(-x)=ln|-2x+1|-ln|-2x-1|
=ln|2x-1|-ln|2x+1|
=-f(x),
∴f(x)为奇函数,故排除A,C.
当x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(1,2)))时,
f(x)=ln(-2x-1)-ln(1-2x)=ln eq \f(-2x-1,1-2x)
=ln eq \f(2x+1,2x-1)=ln eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(2,2x-1))),
∵y=1+eq \f(2,2x-1)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(1,2)))上单调递减,
∴由复合函数的单调性可得f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(1,2)))上单调递减.
[高考改编题](多选)已知函数f(x)=ln eq \f(2x+1,2x-1),下列说法正确的是( )
A.f(x)为奇函数
B.f(x)为偶函数
C.f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞))上单调递减
D.f(x)的值域为(-∞,0)∪(0,+∞)
答案 ACD
解析 f(x)=ln eq \f(2x+1,2x-1),令eq \f(2x+1,2x-1)>0,解得x>eq \f(1,2)或x<-eq \f(1,2),
∴f(x)的定义域为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(1,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞)),
又f(-x)=ln eq \f(-2x+1,-2x-1)=ln eq \f(2x-1,2x+1)=lneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2x+1,2x-1)))-1
=-ln eq \f(2x+1,2x-1)=-f(x),
∴f(x)为奇函数,故A正确;B错误.
又f(x)=ln eq \f(2x+1,2x-1)=lneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(2,2x-1))),
令t=1+eq \f(2,2x-1),t>0且t≠1,∴y=ln t,
又t=1+eq \f(2,2x-1)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞))上单调递减,且y=ln t为增函数,
∴f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞))上单调递减,故C正确;
∴y=ln t的值域是(-∞,0)∪(0,+∞),故D正确.
(2)若f(x)=lg(x2-2ax+1+a)在区间(-∞,1]上单调递减,则a的取值范围为( )
A.[1,2) B.[1,2]
C.[1,+∞) D.[2,+∞)
答案 A
解析 令函数g(x)=x2-2ax+1+a=(x-a)2+1+a-a2,对称轴为x=a,要使函数在(-∞,1]上递减,则有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(g1>0,,a≥1,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2-a>0,,a≥1,))解得1≤a<2,即a∈[1,2).
思维升华 利用对数函数的性质,求与对数函数有关的函数值域和复合函数的单调性问题,必须弄清三方面的问题:一是定义域,所有问题都必须在定义域内讨论;二是底数与1的大小关系;三是复合函数的构成,即它是由哪些基本初等函数复合而成的.另外,解题时要注意数形结合、分类讨论、转化与化归思想的应用.
跟踪训练3 (1)已知函数f(x)=lga(8-ax)(a>0,且a≠1),若f(x)>1在区间[1,2]上恒成立,则实数a的取值范围是__________.
答案 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(8,3)))
解析 当a>1时,f(x)=lga(8-ax)在[1,2]上单调递减,由f(x)>1在区间[1,2]上恒成立,
则f(x)min=f(2)=lga(8-2a)>1,且8-2a>0,
解得1当0由f(x)>1在区间[1,2]上恒成立,
知f(x)min=f(1)=lga(8-a)>1,且8-2a>0.
解得a∈∅,
综上可知,实数a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(8,3))).
(2)已知函数f(x)=|lg2x|,实数a,b满足0答案 4
解析 ∵f(x)=|lg2x|,
∴f(x)的图象如图所示,
又f(a)=f(b)且0∴01且ab=1,
∴a2f(x)max=f(a2)=|lg2a2|=-2lg2a=2,
∴a=eq \f(1,2),∴b=2,
∴eq \f(1,a)+b=4.
课时精练
1.(2019·全国Ⅰ)已知a=lg20.2,b=20.2,c=0.20.3,则( )
A.aC.c答案 B
解析 ∵a=lg20.2<0,b=20.2>1,c=0.20.3∈(0,1),∴a
A.lg2x B.eq \f(1,2x) C. SKIPIF 1 < 0 D.2x-2
答案 A
解析 函数y=ax(a>0,且a≠1)的反函数是f(x)=lgax,
又f(2)=1,即lga2=1,
所以a=2.
故f(x)=lg2x.
3.若函数f(x)=lga(x+b)的图象如图所示,其中a,b为常数,则函数g(x)=ax+b的图象大致是( )
答案 D
解析 由f(x)的图象可知0∴g(x)的图象应为D.
4.在天文学中,天体的明暗程度可以用星等或亮度来描述.两颗星的星等与亮度满足m2-m1=eq \f(5,2)lg eq \f(E1,E2),其中星等为mk的星的亮度为Ek(k=1,2).已知太阳的星等是-26.7,天狼星的星等是-1.45,则太阳与天狼星的亮度的比值为( )
A.1010.1 B.10.1 C.lg 10.1 D.10-10.1
答案 A
解析 由题意可设太阳的星等为m2,太阳的亮度为E2,天狼星的星等为m1,天狼星的亮度为E1,则由m2-m1=eq \f(5,2)lg eq \f(E1,E2),得-26.7+1.45=eq \f(5,2)lg eq \f(E1,E2),则eq \f(5,2)lg eq \f(E1,E2)=-25.25,∴lg eq \f(E1,E2)=-10.1,lg eq \f(E2,E1)=10.1,∴eq \f(E2,E1)=1010.1.故选A.
5.(多选)已知a,b>0且a≠1,b≠1,若lgab>1,则( )
A.(a-1)(a-b)<0 B.(a-1)(a-b)>0
C.(b-1)(b-a)<0 D.(b-1)(b-a)>0
答案 AD
解析 ①当a>1时,lgab>1=lgaa,
∴b>a,∴b>a>1,
∴(a-1)(a-b)<0.
②当01=lgaa,∴b∴0∴b-1<0,b-a<0,
∴(b-1)(b-a)>0.
6.(多选)已知函数f(x)=lg2(1-|x|),则关于函数f(x)有下列说法,其中正确的说法为( )
A.f(x)的图象关于原点对称
B.f(x)的图象关于y轴对称
C.f(x)的最大值为0
D.f(x)在区间(-1,1)上单调递增
答案 BC
解析 f(x)=lg2(1-|x|)为偶函数,不是奇函数,
∴A错误,B正确;
根据f(x)的图象(图略)可知D错误;
∵1-|x|≤1,∴f(x)≤lg21=0,故C正确.
7.计算:lg3eq \f(1,2)×lg49+lgeq \f(5,2)+2lg 2=________.
答案 0
解析 原式=-lg32× SKIPIF 1 < 0 +lgeq \f(5,2)+lg 4
=-lg32×lg23+lgeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5,2)×4))
=-1+1=0.
8.已知函数y=lga(x-3)-1的图象恒过定点P,则点P的坐标是________.
答案 (4,-1)
解析 令x-3=1,则x=4,
∴y=lga1-1=-1,
故点P坐标为(4,-1).
9.函数f(x)=lg2eq \r(x)· SKIPIF 1 < 0 的最小值为________.
答案 -eq \f(1,4)
解析 依题意得f(x)=eq \f(1,2)lg2x·(2+2lg2x)=(lg2x)2+lg2x=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(lg2x+\f(1,2)))2-eq \f(1,4)≥-eq \f(1,4),当lg2x=-eq \f(1,2),即x=eq \f(\r(2),2)时等号成立,所以函数f(x)的最小值为-eq \f(1,4).
10.若函数f(x)=lga(x2-x+2)在区间[0,2]上的最大值为2,则实数a=________.
答案 2
解析 令u(x)=x2-x+2,则u(x)在[0,2]上的最大值u(x)max=4,最小值u(x)min=eq \f(7,4).
当a>1时,y=lgau是增函数,f(x)max=lga4=2,得a=2;
当011.设f(x)=lga(1+x)+lga(3-x)(a>0,且a≠1),且f(1)=2.
(1)求实数a的值及f(x)的定义域;
(2)求f(x)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(3,2)))上的最大值.
解 (1)∵f(1)=2,∴lga4=2(a>0,且a≠1),
∴a=2.由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(1+x>0,,3-x>0,))得-1
(2)f(x)=lg2(1+x)+lg2(3-x)
=lg2[(1+x)(3-x)]=lg2[-(x-1)2+4],
∴当x∈[0,1]时,f(x)单调递增;
当x∈eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(1,\f(3,2)))时,f(x)单调递减,
故函数f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(3,2)))上的最大值是f(1)=lg24=2.
12.(2020·合肥调研)已知函数f(x)=lg2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2x)+a)).
(1)若函数f(x)是R上的奇函数,求a的值;
(2)若函数f(x)在区间[0,1]上的最大值与最小值的差不小于2,求实数a的取值范围.
解 (1)若函数f(x)是R上的奇函数,则f(0)=0,
∴lg2(1+a)=0,∴a=0.
经验证当a=0时,f(x)=-x是R上的奇函数.
∴a=0.
(2)由已知得函数f(x)是减函数,故f(x)在区间[0,1]上的最大值是f(0)=lg2(1+a),最小值是f(1)=lg2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)+a)).
由题设得lg2(1+a)-lg2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)+a))≥2,
则lg2(1+a)≥lg2(4a+2).
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(1+a≥4a+2,,4a+2>0,))
解得-eq \f(1,2)故实数a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),-\f(1,3))).
13.(多选)已知函数f(x)=ln x+ln(2-x),则( )
A.f(x)在(0,2)上单调递增
B.f(x)在(0,2)上的最大值为0
C.f(x)的图象关于直线x=1对称
D.f(x)的图象关于点(1,0)对称
答案 BC
解析 f(x)=ln x+ln(2-x),定义域为(0,2),
f(x)=ln[x(2-x)]=ln(-x2+2x),
令t=-x2+2x,y=ln t,
∵t=-x2+2x,x∈(0,2),在(0,1)上单调递增,在(1,2)上单调递减,
∴f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,2)上单调递减,故A不正确;
f(x)max=f(1)=0,故B正确;
∵f(1+x)=ln(1+x)+ln(1-x),
f(1-x)=ln(1-x)+ln(1+x),
∴f(1+x)=f(1-x),
∴f(x)的图象关于直线x=1对称,故C正确,D不正确.
14.设实数a,b是关于x的方程|lg x|=c的两个不同实数根,且a答案 (0,1)
解析 由题意知,在(0,10)上,函数y=|lg x|的图象和直线y=c有两个不同交点(如图),∴ab=1,0
A.a+b
解析 ∵a=lg0.20.3>lg0.21=0,
b=lg20.3
∴1=lg0.30.3>lg0.30.4>lg0.31=0,
∴0
解 函数f(x)=lga(ax+t2)(a>0,且a≠1)是“半保值函数”,且定义域为R.当a>1时,z=ax+t2在R上单调递增,y=lgaz在(0,+∞)上单调递增,可得f(x)为R上的增函数;当0∴f(x)在定义域R上为增函数,
f(x)=lga(ax+t2)=eq \f(1,2)x,
∴ax+t2= SKIPIF 1 < 0
则ax- SKIPIF 1 < 0 +t2=0.
令u= SKIPIF 1 < 0 ,u>0,
则u2-u+t2=0有两个不相等的正实根.
得Δ=1-4t2>0,且t2>0,
∴0
a>1
0图象
定义域
(0,+∞)
值域
R
性质
过定点(1,0),即x=1时,y=0
当x>1时,y>0;
当0
当0
在(0,+∞)上是增函数
在(0,+∞)上是减函数
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