
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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09:对数与对数函数
展开[考纲传真]
1.理解对数的概念及其运算性质,知道用换底公式能将一般对数转化成自然对数或常用对数;了解对数在简化运算中的作用.
2.理解对数函数的概念,理解对数函数的单调性,掌握对数函数图象通过的特殊点.
3.知道对数函数是一类重要的函数模型.
4.了解指数函数y=ax与对数函数y=lgax互为反函数(a>0,且a≠1).
[题型归类]
题型一:对数式的化简与求值
题型二:对数函数的图象
题型三:对数函数的值域与最值
题型四:对数函数的特征
题型五:对数函数的单调性问题
题型六:对数函数的性质及应用——比较大小
题型七:对数函数的性质及应用——解不等式
题型八:对数函数的性质及应用——恒成立问题
题型九:和对数函数有关的复合函数、分段函数
题型一 对数幂的化简与求值
知识与方法
对数运算的一般思路
(1)首先利用幂的运算把底数或真数进行变形,化成分数指数幂的形式,使幂的底数最简,然后正用对数运算性质化简合并.
(2)将对数式化为同底数对数的和、差、倍数运算,然后逆用对数的运算性质,转化为同底对数真数的积、商、幂的运算.
1.对数的定义
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.
2.对数的性质与运算
(1)对数的性质(a>0且a≠1):
①lga1=0;②lgaa=1;③algaN=N.
(2)对数的换底公式:
lgab=eq \f(lgcb,lgca)(a,c均大于零且不等于1).
(3)对数的运算法则:
如果a>0且a≠1,M>0,N>0,那么
①lga(M·N)=lgaM+lgaN,
②lgaeq \f(M,N)=lgaM-lgaN,
③lgaMn=nlgaM(n∈R).
►例1 计算(lg32+lg92)·(lg43+lg83)
解析:∵lga2=m,lga3=n,∴am=2,an=3,∴a2m+n=(am)2·an=22×3=12.
法二:∵lga2=m,lga3=n,∴a2m+n=(am)2·an=(alga2)2·alga3=22×3=12.
►例2设a,b,c均为不等于1的正实数, 则下列等式中恒成立的是( )
A.lgab·lgcb=lgca
B.lgab·lgca=lgcb
C.lga(bc)=lgab·lgac
D.lga(b+c)=lgab+lgac
解析:选B lgab·lgca=lgab·eq \f(1,lgac)=eq \f(lgab,lgac)=lgcb,故选B
►例3已知实数a,b满足等式lg2a=lg3b,给出下列五个关系式:①a>b>1;②b>a>1;③a<b<1;④b<a<1;⑤a=b.其中可能的关系式是________.
解析:由已知得lg2a=lg3b,在同一坐标系中作出y=lg2x,y=lg3x的图象,当纵坐标相等时,可以得到相应横坐标的大小关系,从而得出②④⑤可能.
答案:②④⑤
►例4设2a=5b=m,且eq \f(1,a)+eq \f(1,b)=2,则m=________.
解析:∵2a=5b=m,∴a=lg2m,b=lg5m,
∴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).
题型二 对数函数的图象
知识与方法
对数函数的图象与性质
对数函数图象的画法
画对数函数y=lgax的图象应抓住三个关键点:(a,1),(1,0),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,a),-1)).
对数函数与指数函数的图象特征
(1)底数与1的大小关系决定了图象的升降,即a>1时,图象上升;0<a<1时,图象下降.
(2)底数的大小决定了图象的高低,即在y轴右边,指数函数y=ax的图象“底大图高”;在x轴上方,对数函数y=lgax的图象“底大图低”.
►例1 函数y=ax2+bx与y=lg|eq \f(b,a)|x(ab≠0,|a|≠|b|)在同一直角坐标系中的图象可能是( )
A B
解析:令ax2+bx=0,得x=0或x=-eq \f(b,a).
对于A、B项,由抛物线知,0<eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(b,a)))<1,此时,对数函数图象不合要求,故A、B项不正确;对于C项,由抛物线知eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(b,a)))>1,此时,对数函数图象不合要求,故C不正确;对于D项,由抛物线知0<eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(b,a)))<1,此时对数函数的图象符合要求,故选D.
►例2函数f(x)=lga|x|+1(0<a<1)的图象大致为( )
解析:选A 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即得f(x)的图象,结合图象知选A.
►例3已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(|lg x|,0
A.(1,10) B.(5,6) C.(10,12) D.(20,24)
解析:选C 作出f(x)的大致图象.不妨设a<b<c,因为a、b、c互不相等,且f(a)=f(b)=f(c),由函数的图象可知10
a>1,b<0 B.a>1,b>0
C.0<a<1,b>0 D.0<a<1,b<0
解析:选D 由函数f(x)的图象特征知,0<a<1,又f(0)=a-b<1=a0,所以-b>0,即b<0.
题型三 对数函数的值域与最值
知识与方法
►例1 函数y=lg2(x2+1)-lg2x的值域是( )
A.[0,+∞) B.(-∞,+∞)
C.[1,+∞) D.(-∞,-1]∪[1,+∞)
解析:选C y=lg2(x2+1)-lg2x=lg2eq \f(x2+1,x)=lg2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(1,x)))≥lg22=1(x>0).
►例2若函数f(x)=alg2eq \f(x,8)·lg2(4x)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,8),4))上的最大值是25,求实数a的值.
解:f(x)=alg2eq \f(x,8)·lg2(4x)=a[(lg2x-3)(lg2x+2)]=a[(lg2x)2-lg2x-6],
令t=lg2x,则f(x)=a(t2-t-6),且t∈[-3,2].
由于h(t)=t2-t-6=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(t-\f(1,2)))2-eq \f(25,4),
所以当t=eq \f(1,2)时,h(t)取最小值-eq \f(25,4);
当t=-3时,h(t)取最大值6.
若a=0,显然不合题意;
若a>0,则f(x)的最大值为6a,即6a=25,
所以a=eq \f(25,6);若a<0,则f(x)的最大值为-eq \f(25,4)a,即-eq \f(25,4)a=25,所以a=-4.
综上,实数a的值为eq \f(25,6)或-4.
►例3若函数y=lga(x2-ax+1)有最小值,则a的取值范围是( ).
A.0C.1解析 因为y=x2-ax+1是开口向上的二次函数,从而有最小值eq \f(4-a2,4),故要使函数y=lga(x2-ax+1)有最小值,则a>1,且eq \f(4-a2,4)>0,得1►例4设f(x)=lgeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,1-x)+a))是奇函数,则使f(x)<0的x的取值范围是( )
A.(-1,0) B.(0,1)
C.(-∞,0) D.(-∞,0)∪(1,+∞)
答案 A
解析 由f(x)是奇函数可得a=-1,
∴f(x)=lgeq \f(1+x,1-x),定义域为(-1,1).
由f(x)<0,可得0
知识与方法
►例1 若f(x)=eq \f(1,\r(lg\f(1,2)2x+1)),则f(x)的定义域为( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),0)) B.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),0))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),+∞)) D.(0,+∞)
解析:选A 根据题意得lgeq \f(1,2)(2x+1)>0,即0<2x+1<1,解得x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),0)).
►例2已知函数f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)))x-lg3x,若实数x0是方程f(x)=0的解,且0
C.恒为负数 D.不大于0
解析:选B 由题意知,x0是函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)))x和y=lg3x的图象交点的横坐标,因为0
►例3函数y=eq \f(lgx+1,x-1)的定义域是( )
A.(-1,+∞) B.[-1,+∞)
C.(-1,1)∪(1,+∞) D.[-1,1)∪(1,+∞)
解析:要使eq \f(lgx+1,x-1)有意义,需满足x+1>0且x-1≠0,得x>-1且x≠1.
►例4函数y=eq \f(\r(2-x),lg x)的定义域是( )
A.{x|0<x<2} B.{x|0<x<1或1<x<2}
C.{x|0<x≤2} D.{x|0<x<1或1<x≤2}
解析 要使函数有意义只需要eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2-x≥0,x>0,lg x≠0))
解得0<x<1或1<x≤2,
∴定义域为{x|0<x<1或1<x≤2}.
题型五 对数函数的单调性问题
知识与方法
►例1 函数y=lg2|x+1|的单调递减区间为________,单调递增区间为________.
解析:作出函数y=lg2x的图象,将其关于y轴对称得到函数y=lg2|x|的图象,再将图象向左平移1个单位长度就得到函数y=lg2|x+1|的图象(如图所示).由图知,函数y=lg2|x+1|的单调递减区间为(-∞,-1),单调递增区间为(-1,+∞).
答案:(-∞,-1) (-1,+∞)
►例2已知函数f(x)=lgeq \f(1,2)(a2-3a+3)x.
(1)判断函数的奇偶性;
(2)若y=f(x)在(-∞,+∞)上为减函数,求a的取值范围.
解 (1)函数f(x)=lgeq \f(1,2)(a2-3a+3)x的定义域为R.
又f(-x)=lgeq \f(1,2)(a2-3a+3)-x
=-lgeq \f(1,2)(a2-3a+3)x=-f(x),
所以函数f(x)是奇函数.
(2)函数f(x)=lgeq \f(1,2)(a2-3a+3)x在(-∞,+∞)上为减函数,则y=(a2-3a+3)x在(-∞,+∞)上为增函数,
由指数函数的单调性,知a2-3a+3>1,解得a<1或a>2.
所以a的取值范围是(-∞,1)∪(2,+∞).
►例3已知函数y=(x2-ax+a)在区间(-∞,eq \r(2))上是增函数,求a的取值范围.
解 函数y=l (x2-ax+a)是由函数y=t和t=x2-ax+a复合而成.
因为函数y=t在区间(0,+∞)上单调递减,
而函数t=x2-ax+a在区间(-∞,eq \f(a,2))上单调递减,
又因为函数y= (x2-ax+a)在区间(-∞,eq \r(2))上是增函数,
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\r(2)≤\f(a,2),,\r(2)2-\r(2)a+a≥0,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a≥2\r(2),,a≤2\r(2)+1,))
即2eq \r(2)≤a≤2(eq \r(2)+1).
►例4若函数f(x)=lg(x2-2ax+1+a)在区间(-∞,1]上递减,则a的取值范围为( A )
A.[1,2) B.[1,2]
C.[1,+∞) D.[2,+∞)
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).
题型六 对数函数的性质及应用——比较大小
知识与方法
比较对数式的大小.①若底数为同一常数,则可由对数函数的单调性直接进行判断;若底数为同一字母,则需对底数进行分类讨论;②若底数不同,真数相同,则可以先用换底公式化为同底后,再进行比较;③若底数与真数都不同,则常借助1,0等中间量进行比较.
►例1 设a=lg36,b=lg510,c=lg714,则( )
A.c>b>a B.b>c>a
C.a>c>b D.a>b>c
解析:由对数运算法则得a=lg36=1+lg32,b=1+lg52,c=1+lg72,由对数函数图象得lg32>lg52>lg72,所以a>b>c.
►例2已知a=5lg23.4,b=5lg43.6,c=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)))lg30.3,则( )
A.a>b>c B.b>a>c
C.a>c>b D.c>a>b
解析:选C a=5lg23.4,b=5lg43.6,c=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)))lg30.3=5lg3eq \f(10,3).又∵lg23.4>lg3eq \f(10,3)>1,0<lg43.6<1,∴5lg23.4>eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5)))lg30.3>5lg43.6,即a>c>b.
►例3已知a=lg23+lg2eq \r(3),b=lg29-lg2eq \r(3),c=lg32,则a,b,c的大小关系是( )
A.a=b
C.ab>c
解析:选B 因为a=lg23+lg2eq \r(3)=lg23eq \r(3)=eq \f(3,2)lg23>1,b=lg29-lg2eq \r(3)=lg23eq \r(3)=a,c=lg32
A.a>c>b B.b>c>a
C.c>b>a D.c>a>b
解析:∵eq \r(3)<2<3,1<2<eq \r(5),3>2,∴lg3eq \r(3)<lg32<lg33,lg51<lg52<lg5eq \r(5),lg23>lg22,
∴eq \f(1,2)<a<1,0<b<eq \f(1,2),c>1.
∴c>a>b.
题型七 对数函数的性质及应用——解不等式
知识与方法
解对数不等式.形如lgax>lgab的不等式,借助y=lgax的单调性求解,如果a的取值不确定,需分a>1与0<a<1两种情况讨论;形如lgax>b的不等式,需先将b化为以a为底的对数式的形式.
►例1 当0
C.(1,eq \r(2)) D.(eq \r(2),2)
解析:由0
由图象知,要使当0<x≤eq \f(1,2),4x<lgax,
只需lgaeq \f(1,2)>4eq \f(1,2),即lgaeq \f(1,2)>lgaa2,则a2>eq \f(1,2),
解得a>eq \f(\r(2),2)或a<-eq \f(\r(2),2),又0►例2如果lgeq \f(1,2)x<lgeq \f(1,2)y<0,那么( )
A.y<x<1 B.x<y<1
C.1<x<y D.1<y<x
解析:选D 由lgeq \f(1,2)x<lgeq \f(1,2)y<0,得lgeq \f(1,2)x<lgeq \f(1,2)y<lgeq \f(1,2)1.所以x>y>1.
►例3定义在R上的偶函数f(x)在[0,+∞)上是增函数,且feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))=0,则不等式f(lgeq \f(1,8)x)>0的解集是________.
解析:定义在R上的偶函数f(x)在[0,+∞)上是增函数,
由于feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))=0,则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,3)))=0,由f(x)>0可得x>eq \f(1,3),或x<-eq \f(1,3),不等式f(lgeq \f(1,8)x)>0
等价于lgeq \f(1,8)x>eq \f(1,3),或lgeq \f(1,8)x<-eq \f(1,3),
即lgeq \f(1,8)x>eq \f(1,3)lgeq \f(1,8)eq \f(1,8),或lgeq \f(1,8)x<-eq \f(1,3)lgeq \f(1,8)eq \f(1,8),
所以0<x<eq \f(1,2),或x>2.
►例4设f(x)=lg(eq \f(2,1-x)+a)是奇函数,则使f(x)<0的x的取值范围是( ).
A.(-1,0) B.(0,1)
C.(-∞,0) D.(-∞,0)∪(1,+∞)
解析 ∵f(x)为奇函数,∴f(0)=0,∴a=-1.
∴f(x)=lgeq \f(x+1,1-x),由f(x)<0得,0<eq \f(x+1,1-x)<1,
∴-1<x<0.
题型八 对数函数的性质及应用——恒成立问题
知识与方法
►例1若不等式(x-1)2<lgax在x∈(1,2)内恒成立,求实数a的取值范围.
解:设f1(x)=(x-1)2,f2(x)=lgax,要使当x∈(1,2)时,不等式(x-1)2<lgax恒成立,只需f1(x)=(x-1)2在(1,2)上的图象在f2(x)=lgax图象的下方即可.当0<a<1时,显然不成立;当a>1时,如图,要使x∈(1,2)时,f1(x)=(x-1)2的图象在f2(x)=lgax的图象下方,只需f1(2)≤f2(2),即(2-1)2≤lga2,lga2≥1,∴1<a≤2,即实数a的取值范围是(1,2]
►例2已知函数f(x)=lga(3-ax).
(1)当x∈[0,2]时,函数f(x)恒有意义,求实数a的取值范围;
(2)是否存在这样的实数a,使得函数f(x)在区间[1,2]上为减函数,并且最大值为1?如果存在,试求出a的值;如果不存在,请说明理由.
解:(1)∵a>0且a≠1,设t=3-ax,则t=3-ax为减函数,x∈[0,2]时,t最小值为3-2a.当x∈[0,2]时,f(x)恒有意义,即x∈[0,2]时,3-ax>0恒成立.
∴3-2a>0,即a
∴a∈(0,1)∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(3,2))).
(2)t=3-ax,∵a>0,∴函数t(x)在R上为减函数.
∵f(x)在区间[1,2]上为减函数,∴y=lgat为增函数.∴a>1,x∈[1,2]时,t(x)最小值为3-2a,f(x)最大值为f(1)=lga(3-a),
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(3-2a>0,,lga3-a=1,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a<\f(3,2),,a=\f(3,2),))故这样的实数a不存在.
►例3已知a>0且a≠1,若函数f(x)=lga(ax2-x)在[3,4]上是增函数,则a的取值范围是________.
解析:当a>1时,要使f(x)=lga(ax2-x)在[3,4]上单调递增,则y=ax2-x在[3,4]上单调递增,且y=ax2-x>0恒成立,即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>1,,\f(1,2a)≤3,,9a-3>0,))解得a>1.
当00恒成立,即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(00,))此时无解.
综上可知,a的取值范围是(1,+∞).
题型九 和对数函数有关的复合函数、分段函数
知识与方法
►例1 已知函数f(x)=lga(3-ax).
(1)当x∈[0,2]时,函数f(x)恒有意义,求实数a的取值范围;
(2)是否存在这样的实数a,使得函数f(x)在区间[1,2]上为减函数,并且最大值为1?如果存在,试求出a的值;如果不存在,请说明理由.
解 (1)∵a>0且a≠1,设t(x)=3-ax,
则t(x)=3-ax为减函数,
x∈[0,2]时,t(x)的最小值为3-2a,
当x∈[0,2]时,f(x)恒有意义,
即x∈[0,2]时,3-ax>0恒成立.
∴3-2a>0.∴a
(2)t(x)=3-ax,∵a>0,∴函数t(x)为减函数.
∵f(x)在区间[1,2]上为减函数,∴y=lgat为增函数,
∴a>1,x∈[1,2]时,t(x)最小值为3-2a,f(x)最大值为f(1)=lga(3-a),
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(3-2a>0,,lga3-a=1,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a<\f(3,2),,a=\f(3,2).))
故不存在这样的实数a,使得函数f(x)在区间[1,2]上为减函数,并且最大值为1.
►例2设函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(lg2x,x>0,,lg\f(1,2)-x,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)
解析:由题意可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>0,,lg2a>lg\f(1,2)a))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a<0,,lg\f(1,2)-a>lg2-a,))
解得a>1或-1►例3若函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x x≥4,,fx+1 x<4,))则f(lg23)等于( )
A.eq \f(1,6) B.eq \f(1,12)
C.eq \f(1,24) D.eq \f(1,3)
答案 C
解析 ∵1
=f(lg23+3)=f(lg224)
=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))=2
==eq \f(1,24).
a>1
0图象
定义域
(0,+∞)
值域
R
定点
过点(1,0)
单调性
在(0,+∞)上是增函数
在(0,+∞)上是减函数
函数值
正负
当x>1时,y>0;
当0
当0
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