高考数学一轮复习 第2章 第4节 二次函数与幂函数
展开1.二次函数
(1)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.
(2)二次函数的图象与性质
2.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
1.(思考辨析)判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)二次函数y=ax2+bx+c,x∈R,不可能是偶函数.( )
(2)二次函数y=ax2+bx+c,x∈[a,b]的最值一定是eq \f(4ac-b2,4a).( )
(3)幂函数的图象一定经过点(1,1)和点(0,0).( )
(4)当n>0时,幂函数y=xn在(0,+∞)上是增函数.( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
2.(教材改编)已知幂函数f(x)=xα的图象过点(4,2),若f(m)=3,则实数m的值为( )
A.eq \r(3) B.±eq \r(3)
C.±eq \r(9)D.9
D [由题意可知4α=22α=2,所以α=eq \f(1,2).
所以f(x)=xeq \f(1,2)=eq \r(x),
故f(m)=eq \r(m)=3⇒m=9.]
3.已知函数f(x)=ax2+x+5的图象在x轴上方,则a的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,20))) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(1,20)))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,20),+∞)) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,20),0))
C [由题意知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>0,,Δ<0,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>0,,1-20a<0,))得a>eq \f(1,20).]
4.(2017·贵阳适应性考试(二))二次函数f(x)=2x2+bx-3(b∈R)零点的个数是( )
A.0 B.1
C.2 D.4
C [因为判别式Δ=b2+24>0,所以原二次函数有2个零点,故选C.]
5.若二次函数y=ax2+bx+c的图象与x轴交于A(-2,0),B(4,0)且函数的最大值为9,则这个二次函数的表达式是________. 【导学号:31222037】
y=-x2+2x+8 [设y=a(x+2)(x-4),对称轴为x=1,
当x=1时,ymax=-9a=9,∴a=-1,
∴y=-(x+2)(x-4)=-x2+2x+8.]
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,试确定此二次函数的解析式.
【导学号:31222038】
[解] 法一(利用一般式):
设f(x)=ax2+bx+c(a≠0).2分
由题意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(4a+2b+c=-1,,a-b+c=-1,,\f(4ac-b2,4a)=8,))8分
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=-4,,b=4,,c=7.))
∴所求二次函数为f(x)=-4x2+4x+7.12分
法二(利用顶点式):
设f(x)=a(x-m)2+n.
∵f(2)=f(-1),
∴抛物线的图象的对称轴为x=eq \f(2+-1,2)=eq \f(1,2).3分
∴m=eq \f(1,2).又根据题意函数有最大值8,∴n=8.
∴y=f(x)=aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,2)))2+8.8分
∵f(2)=-1,∴aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2-\f(1,2)))2+8=-1,解得a=-4,
∴f(x)=-4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,2)))2+8=-4x2+4x+7.12分
法三(利用零点式):
由已知f(x)+1=0的两根为x1=2,x2=-1,2分
故可设f(x)+1=a(x-2)(x+1),
即f(x)=ax2-ax-2a-1.6分
又函数的最大值是8,即eq \f(4a-2a-1--a2,4a)=8,
解得a=-4,
∴所求函数的解析式为f(x)=-4x2+4x+7.12分
[规律方法] 用待定系数法求二次函数的解析式,关键是灵活选取二次函数解析式的形式,选法如下
[变式训练1] 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] ∵f(2-x)=f(2+x)对x∈R恒成立,
∴f(x)的对称轴为x=2.2分
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3.6分
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),
∴3a=3,a=1.10分
∴所求f(x)的解析式为f(x)=(x-1)(x-3),
即f(x)=x2-4x+3.12分
eq \a\vs4\al(☞)角度1 二次函数图象的识别及应用
(1)设abc>0,则二次函数f(x)=ax2+bx+c的图象可能是( )
A B C D
(2)已知函数f(x)=x2+mx-1,若对于任意x∈[m,m+1],都有f(x)<0成立,则实数m的取值范围是________.
(1)D (2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(\r(2),2),0)) [(1)由A,C,D知,f(0)=c<0.
∵abc>0,∴ab<0,∴对称轴x=-eq \f(b,2a)>0,知A,C错误,D符合要求.由B知f(0)=c>0,∴ab>0,∴x=-eq \f(b,2a)<0,B错误.
(2)作出二次函数f(x)的图象,对于任意x∈[m,m+1],都有f(x)<0,则有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(fm<0,,fm+1<0,))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m2+m2-1<0,,m+12+mm+1-1<0,))解得-eq \f(\r(2),2)<m<0.]
eq \a\vs4\al(☞)角度2 二次函数的最值问题
(1)(2017·广西一模)若xlg52≥-1,则函数f(x)=4x-2x+1-3的最小值为( )
A.-4B.-3
C.-1D.0
(2)(2017·安徽皖北第一次联考)已知函数f(x)=-x2+2ax+1-a在区间[0,1]上的最大值为2,则a的值为( ) 【导学号:31222039】
A.2B.-1或-3
C.2或-3D.-1或2
(1)A (2)D [(1)xlg52≥-1⇒lg52x≥lg55-1⇒2x≥eq \f(1,5),
令t=2xeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(t≥\f(1,5))),则有y=t2-2t-3=(t-1)2-4,
当t=1≥eq \f(1,5),即x=0时,f(x)取得最小值-4.故选A.
(2)函数f(x)=-(x-a)2+a2-a+1图象的对称轴为x=a,且开口向下,分三种情况讨论如下:
①当a≤0时,函数f(x)=-x2+2ax+1-a在区间[0,1]上是减函数,
∴f(x)max=f(0)=1-a,由1-a=2,得a=-1.
②当0<a≤1时,函数f(x)=-x2+2ax+1-a在区间[0,a]上是增函数,在[a,1]上是减函数,
∴f(x)max=f(a)=-a2+2a2+1-a=a2-a+1,
由a2-a+1=2,解得a=eq \f(1+\r(5),2)或a=eq \f(1-\r(5),2).∵0<a≤1,∴两个值都不满足,舍去.
③当a>1时,函数f(x)=-x2+2ax+1-a在区间[0,1]上是增函数,
∴f(x)max=f(1)=-1+2a+1-a=2,∴a=2.
综上可知,a=-1或a=2.]
eq \a\vs4\al(☞)角度3 二次函数中的恒成立问题
已知a是实数,函数f(x)=2ax2+2x-3在x∈[-1,1]上恒小于零,则实数a的取值范围为________.
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(1,2))) [由题意知2ax2+2x-3<0在[-1,1]上恒成立.
当x=0时,适合;
当x≠0时,a<eq \f(3,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,x)-\f(1,3)))2-eq \f(1,6).
因为eq \f(1,x)∈(-∞,-1]∪[1,+∞),当x=1时,右边取最小值eq \f(1,2),所以a<eq \f(1,2).
综上,实数a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(1,2))).]
[规律方法] 1.二次函数最值问题应抓住“三点一轴”数形结合求解,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,用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的取值范围,常用分离参数法,转化为求函数最值问题,其依据是a≥f(x)⇔a≥f(x)max,a≤f(x)⇔a≤f(x)min.
(1)幂函数y=f(x)的图象过点(4,2),则幂函数y=f(x)的图象是( )
A B C D
(2)已知幂函数f(x)=xm2-2m-3(m∈N*)的图象关于y轴对称,且在(0,+∞)上是减函数,则m的值为________.
(1)C (2)1 [(1)令f(x)=xα,则4α=2,∴α=eq \f(1,2),
∴f(x)=xeq \f(1,2).
(2)∵f(x)在(0,+∞)上是减函数,
∴m2-2m-3<0,解得-1<m<3.
又m∈N*,∴m=1或m=2.
由于f(x)的图象关于y轴对称.
∴m2-2m-3的值应为偶数,
又当m=2时,m2-2m-3为奇数,
∴m=2舍去.因此m=1.]
[规律方法] 1.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.若幂函数y=xα(α∈R)是偶函数,则α必为偶数.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.
[变式训练2] (1)设a=0.5,b=0.9,c=lg50.3,则a,b,c的大小关系是( )
A.a>c>b B.c>a>b
C.a>b>cD.b>a>c
(2)若(a+1) <(3-2a) ,则实数a的取值范围是________.
(1)D (2)eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(-1,\f(2,3))) [(1)a=0.5=0.25,b=0.9,所以根据幂函数的性质知b>a>0,而c=lg50.3<0,所以b>a>c.
(2)易知函数y=x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,))解得-1≤a<eq \f(2,3).]
[思想与方法]
1.二次函数的三种形式的选法
(1)已知三个点的坐标时,宜用一般式.
(2)已知二次函数的顶点坐标或与对称轴有关或与最大(小)值有关的量时,常使用顶点式.
(3)已知二次函数与x轴有两个交点,且横坐标已知时,选用零点式求f(x)更方便.
2.研究二次函数的性质要注意
(1)结合图象分析;
(2)含参数的二次函数,要进行分类讨论.
3.利用幂函数的单调性比较幂值大小的方法
在比较幂值的大小时,必须结合幂值的特点,转化为同指数幂,再选择适当的函数,借助其单调性进行比较.
4.幂函数y=xα(α∈R)图象的特征
α>0时,图象过原点和(1,1),在第一象限的图象上升;
α<0时,图象不过原点,在第一象限的图象下降,反之也成立.
[易错与防范]
1.对于函数y=ax2+bx+c,若是二次函数,就隐含着a≠0,当题目条件中未说明a≠0时,就要分a=0,a≠0两种情况讨论.
2.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;幂函数的图象最多能同时出现在两个象限内;如果幂函数图象与坐标轴相交,则交点一定是原点.
课时分层训练(七) 二次函数与幂函数
A组 基础达标
(建议用时:30分钟)
一、选择题
1.已知幂函数f(x)=k·xα的图象过点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(\r(2),2))),则k+α=( )
【导学号:31222040】
A.eq \f(1,2) B.1
C.eq \f(3,2) D.2
C [由幂函数的定义知k=1.又feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))=eq \f(\r(2),2),所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))α=eq \f(\r(2),2),解得α=eq \f(1,2),从而k+α=eq \f(3,2).]
2.函数f(x)=2x2-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
B [函数f(x)=2x2-mx+3图象的对称轴为直线x=eq \f(m,4),由函数f(x)的增减区间可知eq \f(m,4)=-2,∴m=-8,即f(x)=2x2+8x+3,∴f(1)=2+8+3=13.]
3.若幂函数y=(m2-3m+3)·xm2-m-2的图象不过原点,则m的取值是
( )
A.-1≤m≤2B.m=1或m=2
C.m=2D.m=1
B [由幂函数性质可知m2-3m+3=1,∴m=2或m=1.又幂函数图象不过原点,∴m2-m-2≤0,即-1≤m≤2,∴m=2或m=1.]
4.已知函数y=ax2+bx+c,如果a>b>c且a+b+c=0,则它的图象可能是( ) 【导学号:31222041】
A B C D
D [由a+b+c=0,a>b>c知a>0,c<0,则eq \f(c,a)<0,排除B,C.又f(0)=c<0,所以也排除A.]
5.若函数f(x)=x2-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
B [∵函数f(x)=x2-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取得.
∵f(0)=-a,f(2)=4-3a,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-a≥4-3a,,-a=1,))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-a≤4-3a,,4-3a=1,))解得a=1.]
二、填空题
6.(2017·上海八校联合测试改编)已知函数f(x)=ax2-2ax+1+b(a>0).若f(x)在[2,3]上的最大值为4,最小值为1,则a=________,b=________.
1 0 [因为函数f(x)的对称轴为x=1,又a>0,
所以f(x)在[2,3]上单调递增,所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(f2=1,,f3=4,))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a·22-2a·2+1+b=1,,a·32-2a·3+1+b=4,))解方程得a=1,b=0.]
7.已知P=2,Q=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,5)))3,R=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))3,则P,Q,R的大小关系是________.
【导学号:31222042】
P>R>Q [P=2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(2),2)))3,根据函数y=x3是R上的增函数且eq \f(\r(2),2)>eq \f(1,2)>eq \f(2,5),
得eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(2),2)))3>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))3>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,5)))3,即P>R>Q.]
8.对于任意实数x,函数f(x)=(5-a)x2-6x+a+5恒为正值,则a的取值范围是________.
(-4,4) [由题意可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(5-a>0,,Δ=36-45-aa+5<0,))
解得-4三、解答题
9.已知幂函数f(x)=x(m2+m)-1(m∈N*)经过点(2,eq \r(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] 幂函数f(x)经过点(2,eq \r(2)),
∴eq \r(2)=2(m2+m)-1,即2=2(m2+m)-1,
∴m2+m=2,解得m=1或m=-2.4分
又∵m∈N*,∴m=1.
∴f(x)=x则函数的定义域为[0,+∞),
并且在定义域上为增函数.
由f(2-a)>f(a-1),得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2-a≥0,,a-1≥0,,2-a>a-1,))10分
解得1≤a<eq \f(3,2).
∴a的取值范围为eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(3,2))).12分
10.已知函数f(x)=x2+(2a-1)x-3,
(1)当a=2,x∈[-2,3]时,求函数f(x)的值域;
(2)若函数f(x)在[-1,3]上的最大值为1,求实数a的值.
[解] (1)当a=2时,f(x)=x2+3x-3,x∈[-2,3],
对称轴x=-eq \f(3,2)∈[-2,3],2分
∴f(x)min=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(3,2)))=eq \f(9,4)-eq \f(9,2)-3=-eq \f(21,4),
f(x)max=f(3)=15,
∴值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(21,4),15)).5分
(2)对称轴为x=-eq \f(2a-1,2).
①当-eq \f(2a-1,2)≤1,即a≥-eq \f(1,2)时,
f(x)max=f(3)=6a+3,
∴6a+3=1,即a=-eq \f(1,3)满足题意;8分
②当-eq \f(2a-1,2)>1,即a<-eq \f(1,2)时,
f(x)max=f(-1)=-2a-1,
∴-2a-1=1,即a=-1满足题意.
综上可知a=-eq \f(1,3)或-1.12分
B组 能力提升
(建议用时:15分钟)
1.(2017·江西九江一中期中)函数f(x)=(m2-m-1)x4m9-m5-1是幂函数,对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1≠x2,满足eq \f(fx1-fx2,x1-x2)>0,若a,b∈R,且a+b>0,ab<0,则f(a)+f(b)的值( ) 【导学号:31222043】
A.恒大于0B.恒小于0
C.等于0D.无法判断
A [∵f(x)=(m2-m-1)x4m9-m5-1是幂函数,
∴m2-m-1=1,解得m=2或m=-1.
当m=2时,指数4×29-25-1=2 015>0,满足题意.
当m=-1时,指数4×(-1)9-(-1)5-1=-4<0,不满足题意,
∴f(x)=x2 015.
∴幂函数f(x)=x2 015是定义域R上的奇函数,且是增函数.
又∵a,b∈R,且a+b>0,∴a>-b,
又ab<0,不妨设b<0,
则a>-b>0,∴f(a)>f(-b)>0,
又f(-b)=-f(b),
∴f(a)>-f(b),∴f(a)+f(b)>0.故选A.]
2.设f(x)与g(x)是定义在同一区间[a,b]上的两个函数,若函数y=f(x)-g(x)在x∈[a,b]上有两个不同的零点,则称f(x)和g(x)在[a,b]上是“关联函数”,区间[a,b]称为“关联区间”.若f(x)=x2-3x+4与g(x)=2x+m在[0,3]上是“关联函数”,则m的取值范围为________.
eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(9,4),-2)) [由题意知,y=f(x)-g(x)=x2-5x+4-m在[0,3]上有两个不同的零点.在同一直角坐标系下作出函数y=m与y=x2-5x+4(x∈[0,3])的图象如图所示,结合图象可知,
当x∈[2,3]时,
y=x2-5x+4∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(9,4),-2)),
故当m∈eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(9,4),-2))时,函数y=m与y=x2-5x+4(x∈[0,3])的图象有两个交点.]
3.已知二次函数f(x)=ax2+bx+1(a,b∈R),x∈R.
(1)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;
(2)在(1)的条件下,f(x)>x+k在区间[-3,-1]上恒成立,试求k的范围.
[解] (1)由题意知
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-\f(b,2a)=-1,,f-1=a-b+1=0,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=1,,b=2.))2分
所以f(x)=x2+2x+1,
由f(x)=(x+1)2知,函数f(x)的单调递增区间为[-1,+∞),单调递减区间为(-∞,-1].6分
(2)由题意知,x2+2x+1>x+k在区间[-3,-1]上恒成立,即k<x2+x+1在区间[-3,-1]上恒成立,8分
令g(x)=x2+x+1,x∈[-3,-1],
由g(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(1,2)))2+eq \f(3,4)知g(x)在区间[-3,-1]上是减函数,则g(x)min=g(-1)=1,所以k<1,
即k的取值范围是(-∞,1).12分函数
y=ax2+bx+c(a>0)
y=ax2+bx+c(a<0)
图象
定义域
R
值域
eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4ac-b2,4a),+∞))
eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,\f(4ac-b2,4a)))
单调性
在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(b,2a)))上减,
在eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(b,2a),+∞))上增
在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(b,2a)))上增,
在eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(b,2a),+∞))上减
对称性
函数的图象关于x=-eq \f(b,2a)对称
函数
特征
性质
y=x
y=x2
y=x3
y=xeq \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)
求二次函数的解析式
二次函数的图象与性质
幂函数的图象与性质
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