数学人教B版 (2019)4.2.3 对数函数的性质与图像导学案
展开4.2.3 对数函数的性质与图像
学 习 任 务
核 心 素 养(教师独具)
1.理解对数函数的概念、图像及性质.(重点)
2.根据对数函数的定义判断一个函数是否为对数函数.(易混点)
3.初步掌握对数函数的图像和性质,会解与对数函数相关的定义域、值域问题.(难点)
1.通过对数函数定义的学习,培养数学抽象素养.
2.借助对数函数的图像与性质的学习,提升直观想象、逻辑推理素养.
中科院古脊椎动物与古人类研究所的专家向外界确认,河南汝阳村李锤发现的“龙骨”实际上是一头距今已有8 000万至1亿年历史的黄河巨龙的肋骨.经过发掘、整理、还原模型,专家推断这条黄河巨龙活着的时候,体重应该在60吨左右,是迄今为止亚洲最高大、最肥胖的“亚洲龙王”.
同学们,你们知道专家是怎样依据化石估算出黄河巨龙的生活年代的吗?那就让我们学习一种新的函数模型——对数函数来解决这个问题吧!
问题:(1)考古学家一般通过提取附着在出土文物、古遗址上死亡物体的残留物,利用t=logP(P为碳14含量)估算出土文物或古遗址的年代t,那么t是P的函数吗?为什么?
(2)函数t=logP的解析式与函数y=log2x的解析式有什么共同特征?
[提示] (1)t是P的函数,因为对于P每取一个确定的值按照对应关系f:t=logP,都有唯一的t值与之相对应,故t是P的函数.
(2)两个函数都是对数的真数作为函数的自变量.
知识点1 对数函数的定义
一般地,函数y=logax称为对数函数,其中a是常数,a>0且a≠1.
1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)函数y=logx是对数函数. ( )
(2)函数y=2log3x是对数函数. ( )
(3)函数y=log3(x+1)的定义域是(0,+∞). ( )
[提示] (1)×.对数函数中自变量x在真数的位置上,且x>0,所以(1)错;
(2)×.在解析式y=logax中,logax的系数必须是1,所以(2)错;
(3)×.由对数式y=log3(x+1)的真数x+1>0可得x>-1,所以函数的定义域为(-1,+∞),所以(3)错.
[答案] (1)× (2)× (3)×
知识点2 对数函数y=logax(a>0且a≠1)的性质与图像
定义
y=logax(a>0且a≠1,x>0)
图像
a>1
0<a<1
性
质
定义域
(0,+∞)
值域
R
单调性
增函数
减函数
过定点
图像过点(1,0),即loga1=0
函数值
特点
x∈(0,1)时,
y∈(-∞,0);
x∈[1,+∞)时,
y∈[0,+∞)
x∈(0,1)时,
y∈(0,+∞);
x∈[1,+∞)时,
y∈(-∞,0]
对称性
函数y=logax与y=logx的图像关于x轴对称
函数y=logax(a>0且a≠1)的底数变化对图像位置有何影响?
[提示] 观察图像,总结变化规律:
(1)上下比较:在直线x=1的右侧,a>1时,a越大,图像越靠近x轴,0 (2)左右比较:比较图像与y=1的交点,交点的横坐标越大,对应的对数函数的底数越大.
2.下列函数中,定义域相同的一组是( )
A.y=ax与y=logax(a>0且a≠1)
B.y=x与y=
C.y=lg x与y=lg
D.y=x2与y=lg x2
C [选项A中,y=ax(a>0且a≠1)的定义域为R,y=logax(a>0且a≠1)的定义域为{x|x>0};
选项B中,y=x的定义域为R,y=的定义域为{x|x≥0};
选项C中,函数的定义域均为{x|x>0};
选项D中,y=x2的定义域为R,y=lg x2的定义域为{x|x∈R且x≠0}.]
3.函数y=x+a与函数y=logax的图像可能是( )
A B C D
C [因为a为对数函数y=logax的底数,所以a>0且a≠1.同时a为直线y=x+a在y轴上的截距,所以排除A、D.当a>1时,y=logax为增函数,y=x+a在y轴上的截距大于1,所以排除B.]
类型1 对数函数概念的应用
【例1】 (1)下列给出的函数:①y=log5x+1;②y=logax2(a>0且a≠1);③y=log x;④y=log3x;⑤y=logx(x>0,且x≠1);⑥y=logx,其中是对数函数的为( )
A.③④⑤ B.②④⑥
C.①③⑤⑥ D.③⑥
(2)若函数y=log(2a-1)x+(a2-5a+4)是对数函数,则a=______.
(1)D (2)4 [(1)①中对数式后面加1,所以不是对数函数;②中真数不是自变量x,所以不是对数函数;③和⑥符合对数函数概念的三个特征,是对数函数;④中log3x前的系数不是1,所以不是对数函数;⑤中底数是自变量x,而非常数a,所以不是对数函数.故③⑥正确.
(2)由于y=log(2a-1)x+(a2-5a+4)是对数函数,则有解得a=4.]
如何判断一个函数是对数函数?
[提示]
1.(1)函数f(x)=(a2-a+1)log(a+1)x是对数函数,则实数a=________.
(2)已知函数f(x)是定义在R上的奇函数,且当x∈(0,+∞)时,f(x)=log2x,则f(-8)=________.
(1)1 (2)-3 [(1)由a2-a+1=1解得a=1或a=0,
又a+1>0,且a+1≠1,所以a=1.
(2)因为f(x)是定义在R上的奇函数,所以f(-8)=-f(8)=-log28=-3.]
类型2 对数函数的定义域、值域问题
【例2】 (1)(对接教材P27例3)求下列函数的定义域:
①y=;
②f(x)=;
③y=log(2x-1)(-4x+8).
(2)求下列函数的值域:
①y=log2(x2+4);②y=log(3+2x-x2).
[思路探究] (1)对数函数的性质⇒构建不等式组⇒解不等式组.
(2)利用函数的单调性及真数取值范围求解.
[解] (1)①由题意得
即也即x≤1.
故函数y=的定义域为(-∞,1].
②由得x<4且x≠3.
故函数f(x)=的定义域为(-∞,3)∪(3,4).
③由题意得解得
故函数y=log(2x-1)(-4x+8)的定义域为∪(1,2).
(2)①因为t=x2+4≥4,且y=log2t为增函数,
所以y=log2(x2+4)≥log24=2.
即函数y=log2(x2+4)的值域为[2,+∞).
②因为t=3+2x-x2=-(x-1)2+4≤4.
且y=logt为减函数,
所以log(3+2x-x2)≥log4=-2.
即函数y=log(3+2x-x2)的值域为[-2,+∞).
(变条件)把本例(1)①函数变成“y=”,结果如何?
[解] 由题意可知
所以
所以即1≤x<2.
故函数y=的定义域为[1,2).
1.求与对数函数有关的定义域时应注意的两点
(1)要遵循以前已学习过的求定义域的方法,如分式分母不为零,偶次根式被开方式大于或等于零等.
(2)遵循对数函数自身的要求:一是真数大于零;二是底数大于零且不等于1;三是按底数的取值应用单调性,有针对性的解不等式.
提醒:函数的定义域最后的结果一定要用集合或区间的形式表示.
2.求函数值域的方法
(1)求对数型函数的值域,一般需根据对数函数的单调性及真数的取值范围求解.
(2)求函数的值域时,一定要注意定义域对它的影响,结合函数的单调性求解,当函数中含有参数时,有时需讨论参数的取值.
类型3 对数函数的图像及性质
1.对数函数y=logax(a>0且a≠1)的图像过哪一定点?函数f(x)=loga(2x-1)+2(a>0且a≠1)的图像又过哪一定点呢?
[提示] 对数函数y=logax(a>0且a≠1)的图像过定点(1,0);在f(x)=loga(2x-1)+2中,令2x-1=1,即x=1,则f(1)=2,所以函数f(x)=loga(2x-1)+2(a>0且a≠1)的图像过定点(1,2).
2.从左向右,对数函数y=logax(a>0且a≠1)的图像呈上升趋势还是下降趋势?其图像是上凸还是下凸?
[提示] 当00且a≠1)的图像从左向右呈下降趋势,此时其图像下凸;当a>1时,对数函数y=logax(a>0且a≠1)的图像从左向右呈上升趋势,此时其图像上凸.
3.如图,曲线C1,C2,C3,C4分别对应y=loga1x,y=loga2x,y=loga3x,y=loga4x的图像,你能指出a1,a2,a3,a4以及1的大小关系吗?
[提示] 作直线y=1(图略),它与各曲线C1,C2,C3,C4的交点的横坐标就是各对数的底数,由此可判断出各底数的大小,必有a4>a3>1>a2>a1>0.
【例3】 (1)已知函数y=loga(x+c)(a,c为常数,其中a>0,a≠1)的图像如图,则下列结论成立的是( )
A.a>1,c>1 B.a>1,0
C.(3,+∞) D.[3,+∞)
[思路探究] (1)已知对数函数的图像⇒图像平移规律求解.
(2)作对数函数图像⇒图像变换⇒构建关于a,b的方程⇒研究函数单调性求解.
(1)D (2)C [(1)∵函数单调递减,∴01,∴c>0,
当x=0时,loga(x+c)=logac>0,即c<1.
∴0
所以a=b(舍去)或b=,所以a+2b=a+,又0 由函数的性质知f(a)在a∈(0,1)上为减函数,所以f(a)>f(1)=1+=3.即a+2b的取值范围是(3,+∞),故选C.]
1.画对数函数图像时要注意的问题
(1)明确图像位置:对数函数图像都在y轴右侧,当x趋近于0时,函数图像会越来越靠近y轴,但永远不会与y轴相交.
(2)强化讨论意识:画对数函数图像之前要对底数a的取值范围是a>1,还是0 (3)牢记特殊点:对数函数y=logax(a>0且a≠1)的图像经过点(1,0),(a,1)和.
2.常见的函数图像的变换技巧
(1)y=f(x)y=f(|x|).
(2)y=f(x)y=|f(x)|.
(3)y=f(x)y=f(-x).
(4)y=f(x)y=-f(x).
2.求函数f(x)=ln(x2+2x-3)的增区间.
[解] 由x2+2x-3>0得,x<-3或x>1,所以定义域为(-∞,-3)∪(1,+∞).令f(x)=ln u,u=x2+2x-3.因为y=ln u为增函数,u=x2+2x-3在(-∞,-3)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增.所以f(x)=ln(x2+2x-3)的增区间为(1,+∞).
1.函数f(x)=-lg(1-x)的定义域为( )
A.[-2,1] B.[-2,1)
C.(-2,1) D.[-2,+∞)
B [⇒-2≤x<1.]
2.已知对数函数的图像过点M(9,2),则此对数函数的解析式为( )
A.y=log2x B.y=log3x
C.y=logx D.y=logx
B [设对数函数f(x)=logax(x>0,a>0且a≠1),
因为对数函数的图像过点M(9,2),
所以2=loga9,所以a2=9,a>0,
解得a=3.
所以此对数函数的解析式为y=log3x.]
3.对数函数y=logax与y=logbx的图像如图,则( )
A.a<0,b<0
B.a<0,b>0
C.0<a<1,b>1
D.0<a<1,0<b<1
C [由对数函数的图像与性质的关系可知,0<a<1,b>1.]
4.函数f(x)=log2(3x+1)的值域为( )
A.(0,+∞) B.[0,+∞)
C.(1,+∞) D.[1,+∞)
A [∵3x>0,∴3x+1>1.
∴log2(3x+1)>0.
∴函数f(x)的值域为(0,+∞).]
5.函数y=log(3a-1)x是(0,+∞)上的减函数,则实数a的取值范围是________.
[由题意可得0<3a-1<1,
解得 所以实数a的取值范围是.]
回顾本节内容,自我完成以下问题:
1.如何判断一个函数是对数函数?
[提示] 判断一个函数是不是对数函数,关键是分析所给函数是否具有y=logax(a>0且a≠1)这种形式.
2.本节课常见的易错误区是什么?
[提示] 求与对数函数有关的定义域时漏掉底数大于零且不等于1的规定,或漏掉真数大于0的限制条件.
(教师独具)
对数的应用
为研究某种病毒的传播规律及其治疗和预防,将病毒细胞注入一只小白鼠体内进行实验,经检测,病毒细胞的总数与天数的关系记录如下表.已知该种病毒细胞在小白鼠体内的个数超过108的时候小白鼠将死亡,但注射某种药物,可杀死某体内98%的病毒细胞.
天数x
病毒细胞总数y
1
1
2
2
3
4
4
8
5
16
6
32
7
64
…
…
1.y与x的函数关系式是什么?
[提示] 由表中数据可知:当x=1时,y=1=20;
当x=2时,y=2=21;当x=3时,y=4=22;……
故可得y与x的函数关系式为y=2x-1(其中x∈N*).
2.第几天时该种病毒细胞在小白鼠体内的病毒细胞超过(212+10)个?
[提示] 令2x-1=212+10,得13<x<14,故第14天时小白鼠体内的病毒细胞超过(212+10)个.
3.若在第12天时注射这种药物,则小白鼠体内还剩多少个病毒细胞?(结果保留整数)
[提示] 第12天时,小白鼠体内的病毒细胞有211=2 048个,所以体内还剩余的病毒细胞有2 048×(1-98%)=40.96≈41(个).
4.为了使小白鼠在实验过程中不死亡,第一次注射该种药物最迟应在何时?(精确到天;参考数据:lg 2≈0.301 0,lg 3≈0.477 1)
[提示] 由题意知病毒细胞总数y与天数x的函数关系式为y=2x-1(其中x∈N*),
则由2x-1≤108,两边取以10为底的对数得(x-1)lg 2≤8,从而x≤+1≈27.58,
即第一次注射该种药物最迟应在第27天.
5.第二次注射该种药物最迟应在何时,才能维持小白鼠的生命?(精确到天;参考数据:lg 2≈0.301 0,lg 3≈0.477 1)
[提示] 由第4问知,注入药物后小白鼠体内剩余的病毒细胞有226×2%个,
再经过x天后小白鼠体内病毒细胞有226×2%×2x个,由题意226×2%×2x≤108,
两边取以10为底的对数得26lg 2+lg 2-2+xlg 2≤8,解得x≤-27≈6.22.
故再经过6天必须注射药物,即第二次注射该种药物应在第33天.
高中数学人教B版 (2019)必修 第二册第四章 指数函数、对数函数与幂函数4.4 幂函数学案: 这是一份高中数学人教B版 (2019)必修 第二册第四章 指数函数、对数函数与幂函数4.4 幂函数学案,共9页。
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