高考数学第一轮复习导学案(新高考)第11讲二次函数与幂函数(原卷版+解析)
展开1.幂函数
(1)幂函数的定义
一般地,形如 α的函数称为幂函数,其中x是自变量,α为常数.
(2)常见的五种幂函数的图象
(3)幂函数的性质
①幂函数在(0,+∞)上都有定义;
②当α>0时,幂函数的图象 。
③当α<0时,幂函数的图象 。
2.二次函数
(1)二次函数解析式的三种形式
一般式:
顶点式:
零点式:
(2)二次函数的图象和性质
1、【2021年甲卷文科】下列函数中是增函数的为( )
A.B.C.D.
2、(2016全国III) 已知,,,则
A. B. C. D.
1、若幂函数f(x)=(m2-4m+4)·xm2-6m+8在(0,+∞)上为增函数,则m的值为( )
A.1或3 B.1
C.3 D.2
2、若二次函数g(x)满足g(1)=1,g(-1)=5,且图象过原点,则g(x)的解析式为( )
A.g(x)=2x2-3x
B.g(x)=3x2-2x
C.g(x)=3x2+2x
D.g(x)=-3x2-2x
3、已知,若幂函数为奇函数,且在上递减,则=_____.
4、若二次函数y=kx2-4x+2在区间[1,2]上是单调递增函数,则实数k的取值范围为( )
A.[2,+∞) B.(2,+∞)
C.(-∞,0) D.(-∞,2)
考向一 幂函数的图像与性质
例1、(1)幂函数y=f(x)的图像过点(4,2),则幂函数y=f(x)的解析式为___________.
(2)图中曲线是幂函数y=xα在第一象限的图像.已知α取±2,±eq \f(1,2)四个值,则相应于曲线C1,C2,C3,C4的α值依次为____________.
(3)已知函数f(x)=(m2-m-1)x-5m-3,m为何值时,f(x)是幂函数,且在(0,+∞)上是增函数?
变式1、已知幂函数f(x)= ,若f(a+1)<f(10-2a),求实数a的取值范围.
变式2、已知幂函数f(x)=x-1 ,若f(a+1)<f(10-2a),求实数a的取值范围.
方法总结:(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)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.
(3)在比较幂值的大小时,必须结合幂值的特点,选择适当的函数,借助其单调性进行比较,准确掌握各个幂函数的图象和性质是解题的关键.
考向二 一元二次函数的解析式
例2、(1)函数f(x)满足下列性质:①定义域为R,值域为[1,+∞);②图象关于x=2对称;③对任意x1,x2∈(-∞,0),且x1≠x2,都有eq \f(f(x1)-f(x2),x1-x2)<0.请写出函数f(x)的一个解析式________.(只要写出一个即可)
(2)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,则f(x)=________.
变式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),则f(x)=________.
变式2、(多选)如图是二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)图象的一部分,图象过点A(-3,0),对称轴为x=-1.给出下面四个结论正确的为( )
A.b2>4ac B.2a-b=1
C.a-b+c=0 D.5a<b
方法总结:求二次函数的解析式,一般用待定系数法,其关键是根据已知条件恰当选择二次函数解析式的形式,一般选择规律如下:
考向三 一元二次函数的最值问题
例3、已知函数y=4x2-12x+3.当x∈R时,值域为________;当x∈[2,3]时,值域为________;
当x∈[-1,5]时,值域为________.
2.若函数y=x2-2x+3在区间[0,m]上有最大值3,最小值2,求实数m的取值范围.
3.求函数f(x)=x2-2ax在区间[0,1]上的最小值.
变式1、求函数y=ax2-2x+3(a∈R)在区间[0,1]上的最大值.
变式2、若函数y=x2-2x+3在区间[0,m]上有最大值3,最小值2,求实数m的取值范围.
1、已知是奇函数,当时,,则的值是 .
2、(2022·山东·烟台二中模拟预测)请写出一个定义在R上的函数,其图象关于y轴对称,无最小值,且最大值为2.其解析式可以为______.
3、(2022·湖北省新高考联考协作体高三起点考试)若,,,,则a,b,c,a的大小关系是( )
A. B. C. D.
4、(2022·江苏淮安市六校第一次联考)已知函数f(x)是定义在R上的偶函数,当x≥0时,f(x)=x2-4x,则不等式f(x+2)<5的解集为( )
A.(-3,7) B.(-4,5) C.(-7,3) D.(-2,6)
5、(2022·江苏镇江中学高三10月月考)满足的实数m的取值范围是( ).
A. B. C. D.
6、(多选)已知函数f(x)=|x2-2ax+b|(x∈R),给出下列命题,其中是真命题的是( )
A.若a2-b≤0,则f(x)在区间[a,+∞)上是增函数
B.存在a∈R,使得f(x)为偶函数
C.若f(0)=f(2),则f(x)的图象关于x=1对称
D.若a2-b-2>0,则函数h(x)=f(x)-2有2个零点
7、(2022·烟台莱州一中月考)已知二次函数f(x)=ax2+bx+c,且满足f(0)=2,f(x+1)-f(x)=2x+1.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)当x∈[t,t+2](t∈R)时,求函数f(x)的最小值g(t)(用t表示).
函数
y=ax2+bx+c(a>0)
y=ax2+bx+c(a<0)
图象
(抛物线)
定义域
值域
对称轴
顶点
坐标
奇偶性
单调性
第11讲 二次函数与幂函数
1.幂函数
(1)幂函数的定义
一般地,形如y=xα的函数称为幂函数,其中x是自变量,α为常数.
(2)常见的五种幂函数的图象
(3)幂函数的性质
①幂函数在(0,+∞)上都有定义;
②当α>0时,幂函数的图象都过点(1,1)和(0,0),且在(0,+∞)上单调递增;
③当α<0时,幂函数的图象都过点(1,1),且在(0,+∞)上单调递减.
2.二次函数
(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-m)2+n(a≠0),顶点坐标为(m,n).
零点式:f(x)=a(x-x1)(x-x2)(a≠0),x1,x2为f(x)的零点.
(2)二次函数的图象和性质
1、【2021年甲卷文科】下列函数中是增函数的为( )
A.B.C.D.
【答案】D
【解析】对于A,为上的减函数,不合题意,舍.
对于B,为上的减函数,不合题意,舍.
对于C,在为减函数,不合题意,舍.
对于D,为上的增函数,符合题意,
故选:D.
2、(2016全国III) 已知,,,则
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】因为,,,且幂函数在上单调递增,指数函数在上单调递增,所以,故选A.
1、若幂函数f(x)=(m2-4m+4)·xm2-6m+8在(0,+∞)上为增函数,则m的值为( )
A.1或3 B.1
C.3 D.2
【答案】 B
【解析】 由题意得m2-4m+4=1,m2-6m+8>0,解得m=1.
2、若二次函数g(x)满足g(1)=1,g(-1)=5,且图象过原点,则g(x)的解析式为( )
A.g(x)=2x2-3x
B.g(x)=3x2-2x
C.g(x)=3x2+2x
D.g(x)=-3x2-2x
【答案】 B
【解析】 二次函数g(x)满足g(1)=1,g(-1)=5,且图象过原点,
设二次函数为g(x)=ax2+bx,
可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a+b=1,,a-b=5,))
解得a=3,b=-2,
所求的二次函数为g(x)=3x2-2x.
3、已知,若幂函数为奇函数,且在上递减,则=_____.
【答案】
【解析】由题意为奇函数,所以只能取,又在上递减,所以
4、若二次函数y=kx2-4x+2在区间[1,2]上是单调递增函数,则实数k的取值范围为( )
A.[2,+∞) B.(2,+∞)
C.(-∞,0) D.(-∞,2)
【答案】A
【解析】二次函数y=kx2-4x+2的对称轴为x=eq \f(2,k),当k>0时,要使函数y=kx2-4x+2在区间[1,2]上是增函数,只需eq \f(2,k)≤1,解得k≥2.
当k<0时,eq \f(2,k)<0,此时抛物线的对称轴在区间[1,2]的左侧,该函数y=kx2-4x+2在区间[1,2]上是减函数,不符合要求.综上可得实数k的取值范围是[2,+∞)
考向一 幂函数的图像与性质
例1、(1)幂函数y=f(x)的图像过点(4,2),则幂函数y=f(x)的解析式为___________.
(2)图中曲线是幂函数y=xα在第一象限的图像.已知α取±2,±eq \f(1,2)四个值,则相应于曲线C1,C2,C3,C4的α值依次为____________.
(3)已知函数f(x)=(m2-m-1)x-5m-3,m为何值时,f(x)是幂函数,且在(0,+∞)上是增函数?
【答案】(1).
2,eq \f(1,2),-eq \f(1,2),-2(3)m=-1.
【解析】(1)令f(x)=xα,则4α=2,∴α=eq \f(1,2),∴.
(2):2,eq \f(1,2),-eq \f(1,2),-2
(3)∵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.
变式1、已知幂函数f(x)= ,若f(a+1)<f(10-2a),求实数a的取值范围.
【解析】 由题意,得函数f(x)的定义域为[0,+∞),且f(x)在区间[0,+∞)上单调递增.
因为f(a+1)
变式2、已知幂函数f(x)=x-1 ,若f(a+1)<f(10-2a),求实数a的取值范围.
【解析】 由题意,得函数f(x)的定义域为 (-∞,0)∪(0,+∞),且f(x)在区间(-∞,0)和区间(0,+∞)上单调递减.
因为f(a+1)
解得3综上,实数a的取值范围是(-∞,-1)∪(3,5).
方法总结:(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)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.
(3)在比较幂值的大小时,必须结合幂值的特点,选择适当的函数,借助其单调性进行比较,准确掌握各个幂函数的图象和性质是解题的关键.
考向二 一元二次函数的解析式
例2、(1)函数f(x)满足下列性质:①定义域为R,值域为[1,+∞);②图象关于x=2对称;③对任意x1,x2∈(-∞,0),且x1≠x2,都有eq \f(f(x1)-f(x2),x1-x2)<0.请写出函数f(x)的一个解析式________.(只要写出一个即可)
【答案】 f(x)=x2-4x+5(答案不唯一)
【解析】 由二次函数的对称性、值域及单调性可得f(x)的解析式可以为f(x)=(x-2)2+1,
此时f(x)图象的对称轴为x=2,开口向上,满足②,
∵对任意x1,x2∈(-∞,0),且x1≠x2,
都有eq \f(f(x1)-f(x2),x1-x2)<0,
等价于f(x)在(-∞,0)上单调递减,
∴f(x)=(x-2)2+1满足③,
又f(x)=(x-2)2+1≥1,满足①,
故f(x)的解析式可以为f(x)=x2-4x+5.
(2)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,则f(x)=________.
【答案】 -4x2+4x+7
【解析】 法一 (利用“一般式”)
设f(x)=ax2+bx+c(a≠0).
由题意得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(4a+2b+c=-1,,a-b+c=-1,,\f(4ac-b2,4a)=8,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a=-4,,b=4,,c=7.))
∴所求二次函数的解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
法二 (利用“顶点式”)
设f(x)=a(x-m)2+n(a≠0).
∵f(2)=f(-1),
∴抛物线的对称轴为x=eq \f(2+(-1),2)=eq \f(1,2),
∴m=eq \f(1,2).
又根据题意,函数有最大值8,所以n=8,
∴y=f(x)=aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,2)))eq \s\up12(2)+8.
∵f(2)=-1,∴aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2-\f(1,2)))eq \s\up12(2)+8=-1,解得a=-4,
∴f(x)=-4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,2)))eq \s\up12(2)+8=-4x2+4x+7.
法三 (利用“零点式”)
由已知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8,即eq \f(4a(-2a-1)-(-a)2,4a)=8.
解得a=-4或a=0(舍).
故所求函数的解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
变式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),则f(x)=________.
【答案】x2-4x+3
【解析】 因为f(2-x)=f(2+x)对x∈R恒成立,
所以y=f(x)的图象关于x=2对称.
又y=f(x)的图象在x轴上截得的线段长为2,
所以f(x)=0的两根为2-eq \f(2,2)=1或2+eq \f(2,2)=3.
所以二次函数f(x)与x轴的两交点坐标为(1,0)和(3,0).
因此设f(x)=a(x-1)(x-3).
又点(4,3)在y=f(x)的图象上,
所以3a=3,则a=1.
故f(x)=(x-1)(x-3)=x2-4x+3
变式2、(多选)如图是二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)图象的一部分,图象过点A(-3,0),对称轴为x=-1.给出下面四个结论正确的为( )
A.b2>4ac B.2a-b=1
C.a-b+c=0 D.5a<b
【答案】 AD
【解析】 因为图象与x轴交于两点,所以b2-4ac>0,即b2>4ac,A正确.
对称轴为x=-1,即-eq \f(b,2a)=-1,2a-b=0,B错误.
结合图象,当x=-1时,y>0,即a-b+c>0,C错误.
由对称轴为x=-1知,b=2a.
根据抛物线开口向下,知a<0,所以5a<2a,即5a<b,D正确
方法总结:求二次函数的解析式,一般用待定系数法,其关键是根据已知条件恰当选择二次函数解析式的形式,一般选择规律如下:
考向三 一元二次函数的最值问题
例3、已知函数y=4x2-12x+3.当x∈R时,值域为________;当x∈[2,3]时,值域为________;
当x∈[-1,5]时,值域为________.
2.若函数y=x2-2x+3在区间[0,m]上有最大值3,最小值2,求实数m的取值范围.
3.求函数f(x)=x2-2ax在区间[0,1]上的最小值.
【解析】:1.因为y=4x2-12x+3=4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(3,2)))eq \s\up12(2)-6,所以
当x∈R时,值域为[-6,+∞);
当x∈[2,3]时,eq \f(3,2)∉[2,3],根据函数图象知函数在区间[2,3]上单调递增,故当x=2时,y取得最小值-5,当x=3时,y取得最大值3,则值域为[-5,3].
当x∈[-1,5]时,eq \f(3,2)∈[-1,5],则当x=eq \f(3,2)时,y取得最小值-6,当x=5时,y取得最大值43,故值域为[-6,43].
2.作出函数y=x2-2x+3的图象如图.
由图象可知,要使函数在[0,m]上取得最小值2,则1∈[0,m],从而m≥1,
当x=0时,y=3;当x=2时,y=3,
所以要使函数取得最大值为3,则m≤2,
故所求m的取值范围为[1,2].
3.f(x)=x2-2ax=(x-a)2-a2,对称轴为x=a.
(1)当a<0时,f(x)在[0,1]上是增函数,
∴f(x)min=f(0)=0.
(2)当0≤a≤1时,f(x)min=f(a)=-a2.
(3)当a>1时,f(x)在[0,1]上是减函数,
∴f(x)min=f(1)=1-2a,
综上所述,f(x)min=eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(0,a<0,,-a2,0≤a≤1,,1-2a,a>1.))
变式1、求函数y=ax2-2x+3(a∈R)在区间[0,1]上的最大值.
【解析】 当a=0时,y=-2x+3在区间[0,1]上单调递减,则y的值域为[1,3];
若a>0,则当 eq \f(1,a)≥1,即0当0< eq \f(1,a)≤ eq \f(1,2),即a≥2时,函数在区间 eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,a)))上单调递减,在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,a),1))上单调递增,则y的值域为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(3-\f(1,a),a+1));
当 eq \f(1,2)< eq \f(1,a)<1,即1若a<0,则函数在区间[0,1]上单调递减,则y的值域为[a+1,3].
综上,当a∈(-∞,2)时,y的最大值为3;
当a∈[2,+∞)时,y的最大值为a+1.
变式2、若函数y=x2-2x+3在区间[0,m]上有最大值3,最小值2,求实数m的取值范围.
【解析】 由题意,得函数在区间(-∞,1)上单调递减,在区间(1,+∞)上单调递增.
令y=3,x2-2x=0,解得x=0或x=2,
令y=2,x2-2x+1=0,解得x=1.
因为函数在区间[0,m]上有最大值3,最小值2.
所以实数m的取值范围是[1,2].
1、已知是奇函数,当时,,则的值是 .
【答案】
【解析】是奇函数,当时,,则.
2、(2022·山东·烟台二中模拟预测)请写出一个定义在R上的函数,其图象关于y轴对称,无最小值,且最大值为2.其解析式可以为______.
【答案】或(,等)(答案不唯一)
【解析】根据题中的条件可知函数是偶函数,最大值为2,所以满足题中的条件,再如,再如等等(答案不唯一).
故答案为:或(,等)(答案不唯一).
3、(2022·湖北省新高考联考协作体高三起点考试)若,,,,则a,b,c,a的大小关系是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】 幂函数在上单调递增,又,
,,故选:C.
4、(2022·江苏淮安市六校第一次联考)已知函数f(x)是定义在R上的偶函数,当x≥0时,f(x)=x2-4x,则不等式f(x+2)<5的解集为( )
A.(-3,7) B.(-4,5) C.(-7,3) D.(-2,6)
【答案】C
【解析】由题意可知,因为函数f(x)为偶函数,所以f(|x+2|)=f(x+2),则不等式f(x+2)<5可化为f(|x+2|)<5,即|x+2|2-4|x+2|<5,可化为(|x+2|+1)(|x+2|-5)<0,
解得|x+2|<5,解得-7<x<3,故答案选C.
5、(2022·江苏镇江中学高三10月月考)满足的实数m的取值范围是( ).
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】幂函数在为减函数,且函数值为正,在为减函数,且函数值为负,等价于,或或,
解得或或,所以不等式的解集为.
故选:D.
6、(多选)已知函数f(x)=|x2-2ax+b|(x∈R),给出下列命题,其中是真命题的是( )
A.若a2-b≤0,则f(x)在区间[a,+∞)上是增函数
B.存在a∈R,使得f(x)为偶函数
C.若f(0)=f(2),则f(x)的图象关于x=1对称
D.若a2-b-2>0,则函数h(x)=f(x)-2有2个零点
【答案】AB
【解析】对于选项A,若a2-b≤0,则f(x)=|(x-a)2+b-a2|=(x-a)2+b-a2在区间[a,+∞)上是增函数,故A正确;对于选项B,当a=0时,f(x)=|x2+b|显然是偶函数,故B正确;对于选项C,取a=0,b=-2,函数f(x)=|x2-2ax+b|化为f(x)=|x2-2|,满足f(0)=f(2),但f(x)的图象关于x=1不对称,故C错误;对于选项D,如图,a2-b-2>0,即a2-b>2,则h(x)=|(x-a)2-b-a2|-2有4个零点,故D错误.
7、(2022·烟台莱州一中月考)已知二次函数f(x)=ax2+bx+c,且满足f(0)=2,f(x+1)-f(x)=2x+1.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)当x∈[t,t+2](t∈R)时,求函数f(x)的最小值g(t)(用t表示).
【解析】 (1)因为二次函数f(x)=ax2+bx+c满足f(0)=2,f(x+1)-f(x)=2x+1,
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(c=2,,ax+12+bx+1+c-ax2+bx+c, =2x+1,))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(c=2,,2ax+b+a=2x+1,))所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(c=2,,2a=2,,b+a=1,))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(c=2,,a=1,,b=0,))因此f(x)=x2+2.
(2)因为f(x)=x2+2是图象的对称轴为直线x=0,且开口向上的二次函数,
当t≥0时,f(x)=x2+2在x∈[t,t+2]上单调递增,
则f(x)min=f(t)=t2+2;
当t+2≤0,即t≤-2时,
f(x)=x2+2在x∈[t,t+2]上单调递减,
则f(x)min=f(t+2)=(t+2)2+2=t2+4t+6;
当t<0
y=ax2+bx+c(a>0)
y=ax2+bx+c(a<0)
图象
(抛物线)
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)))
对称轴
x=-eq \f(b,2a)
顶点
坐标
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(b,2a),\f(4ac-b2,4a)))
奇偶性
当b=0时是偶函数,当b≠0时是非奇非偶函数
单调性
在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(b,2a)))上是减函数;
在eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(b,2a),+∞))上是增函数
在eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,-\f(b,2a)))上是增函数;
在eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(b,2a),+∞))上是减函数
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