
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高考数学二轮复习知识 方法篇 专题3 函数与导数 第11练 含答案
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第11练 研创新——以函数为背景的创新题型
[题型分析·高考展望] 在近几年的高考命题中,以函数为背景的创新题型时有出现.主要以新定义、新运算或新规定等形式给出问题,通过判断、运算解决新问题.这种题难度一般为中档,多出现在选择题、填空题中,考查频率虽然不是很高,但失分率较高.通过研究命题特点及应对策略,可以做到有备无患.
体验高考
1.(2015·湖北)已知符号函数sgn x=f(x)是R上的增函数,g(x)=f(x)-f(ax)(a>1),则( )
A.sgn[g(x)]=sgn x B.sgn[g(x)]=sgn[f(x)]
C.sgn[g(x)]=-sgn x D.sgn[g(x)]=-sgn[f(x)]
答案 C
解析 因为f(x)是R上的增函数,令f(x)=x,
所以g(x)=(1-a)x,因为a>1,所以g(x)是在R上的减函数.由符号函数sgn x=知,
sgn[g(x)]=所以sgn[g(x)]=-sgn x.
2.(2016·山东)若函数y=f(x)的图象上存在两点,使得函数的图象在这两点处的切线互相垂直,则称y=f(x)具有T性质.下列函数中具有T性质的是( )
A.y=sin x B.y=ln x
C.y=ex D.y=x3
答案 A
解析 对函数y=sin x求导,得y′=cos x,当x=0时,该点处切线l1的斜率k1=1,当x=π时,该点处切线l2的斜率k2=-1,∴k1·k2=-1,∴l1⊥l2;对函数y=ln x求导,得y′=恒大于0,斜率之积不可能为-1;对函数y=ex求导,得y′=ex恒大于0,斜率之积不可能为-1;对函数y=x3求导,得y′=2x2恒大于等于0,斜率之积不可能为-1.故选A.
3.(2015·四川)已知函数f(x)=2x,g(x)=x2+ax(其中a∈R).对于不相等的实数x1,x2,设 m=,n=,
现有如下命题:
①对于任意不相等的实数x1,x2,都有m>0;
②对于任意的a及任意不相等的实数x1,x2,都有n>0;
③对于任意的a,存在不相等的实数x1,x2,使得m=n;
④对于任意的a,存在不相等的实数x1,x2,使得m=-n.
其中的真命题有________(写出所有真命题的序号).
答案 ①④
解析 设A(x1,f(x1)),B(x2,f(x2)),C(x1,g(x1)),D(x2,g(x2)).
对于①,从y=2x的图象可看出,m=kAB>0恒成立,故①正确;
对于②,直线CD的斜率可为负,即n<0,故②不正确;
对于③,由m=n得f(x1)-f(x2)=g(x1)-g(x2),
即f(x1)-g(x1)=f(x2)-g(x2),
令h(x)=f(x)-g(x)=2x-x2-ax,
则h′(x)=2x·ln 2-2x-a.
由h′(x)=0,得2x·ln 2=2x+a,(*)结合图象知,当a很小时,方程(*)无解,∴函数h(x)不一定有极值点,就不一定存在x1,x2使f(x1)-g(x1)=f(x2)-g(x2),不一定存在x1,x2使得m=n,故③不正确;
对于④,由m=-n,得f(x1)-f(x2)=g(x2)-g(x1),
即f(x1)+g(x1)=f(x2)+g(x2),
令F(x)=f(x)+g(x)=2x+x2+ax,
则F′(x)=2xln 2+2x+a.
由F′(x)=0,得2xln 2=-2x-a,
结合如图所示图象可知,该方程有解,
即F(x)必有极值点,
∴存在x1,x2,使F(x1)=F(x2),使m=-n,故④正确.
故①④正确.
4.(2015·福建)一个二元码是由0和1组成的数字串x1x2…xn(n∈N*),其中xk(k=1,2,…,n)称为第k位码元.二元码是通信中常用的码,但在通信过程中有时会发生码元错误(即码元由0变为1,或者由1变为0).
已知某种二元码x1x2…x7的码元满足如下校验方程组:
其中运算定义为00=0,01=1,10=1,11=0.
现已知一个这种二元码在通信过程中仅在第k位发生码元错误后变成了1101101,那么利用上述校验方程组可判定k等于________.
答案 5
解析 (1)x4x5x6x7=1101=1,(2)x2x3x6x7=1001=0;(3)x1x3x5x7=1011=1.由(1)(3)知x5,x7有一个错误,(2)中没有错误,∴x5错误,故k等于5.
5.(2016·四川)在平面直角坐标系中,当P(x,y)不是原点时,定义P的“伴随点”为P′;当P是原点时,定义P的“伴随点”为它自身,平面曲线C上所有点的“伴随点”所构成的曲线C′定义为曲线C的“伴随曲线”.现有下列命题:
①若点A的“伴随点”是点A′,则点A′的“伴随点”是点A;
②单位圆的“伴随曲线”是它自身;
③若曲线C关于x轴对称,则其“伴随曲线”C′关于y轴对称;
④一条直线的“伴随曲线”是一条直线.
其中的真命题是________(写出所有真命题的序号).
答案 ②③
解析 ①设A的坐标为(x,y),
则其“伴随点”为A′,
A′的“伴随点”横坐标为=-x,同理可得纵坐标为-y,故A″(-x,-y),①错误;
②设单位圆上的点P的坐标为(cos θ,sin θ),则P的“伴随点”的坐标为P′(sin θ,-cos θ),则有sin2θ+(-cos θ)2=1,所以P′也在单位圆上,即单位圆的“伴随曲线”是它自身,②正确;
③设曲线C上点A的坐标为(x,y),其关于x轴的对称点A1(x,-y)也在曲线C上,所以点A的“伴随点”A′,点A1的“伴随点”A1′,A′与A1′关于y轴对称,③正确;
④反例:例如y=1这条直线,则A(0,1),B(1,1),C(2,1),这三个点的“伴随点”分别是A′(1,0),B′,C′,而这三个点不在同一直线上,下面给出严格证明:
设点P(x,y)在直线l:Ax+By+C=0上,P点的“伴随点”为P′(x0,y0),则解得
代入直线方程可知,A+B+C=0,
化简得-Ay0+Bx0+C(x+y)=0.
当C=0时,C(x+y)是一个常数,点P′的轨迹是一条直线;
当C≠0时,C(x+y)不是一个常数,点P′的轨迹不是一条直线.
所以,一条直线的“伴随曲线”不一定是一条直线,④错误.
综上,真命题是②③.
高考必会题型
题型一 与新定义有关的创新题型
例1 已知函数y=f(x)(x∈R).对函数y=g(x)(x∈I),定义g(x)关于f(x)的“对称函数”为函数y=h(x)(x∈I),y=h(x)满足:对任意x∈I,两个点(x,h(x)),(x,g(x))关于点(x,f(x))对称.若h(x)是g(x)=关于f(x)=3x+b的“对称函数”,且h(x)>g(x)恒成立,则实数b的取值范围是________.
答案 (2,+∞)
解析 由已知得=3x+b,
所以h(x)=6x+2b-.
h(x)>g(x)恒成立,
即6x+2b->,
3x+b>恒成立.
在同一坐标系内,画出直线y=3x+b及半圆y=(如图所示),
可得>2,即b>2,
故答案为(2,+∞).
点评 解答这类题目关键在于解读新定义,利用定义的规定去判断和求解是这类题目的主要解法.
变式训练1 若函数y=f(x)在定义域内给定区间[a,b]上存在x0(a<x0<b),满足f(x0)=,则称函数y=f(x)是[a,b]上的“平均值函数”,x0是它的一个均值点.例如y=|x|是[-2,2]上的“平均值函数”,0就是它的均值点.若函数f(x)=x2-mx-1是[-1,1]上的“平均值函数”,则实数m的取值范围是________.
答案 (0,2)
解析 因为函数f(x)=x2-mx-1是[-1,1]上的“平均值函数”,所以关于x的方程x2-mx-1=在区间(-1,1)内有实数根,即x2-mx-1=-m在区间(-1,1)内有实数根,即x2-mx+m-1=0,解得x=m-1或x=1.又1不属于(-1,1),所以x=m-1必为均值点,即-1<m-1<1,即0<m<2,所以实数m的取值范围是(0,2).
题型二 综合型函数创新题
例2 以A表示值域为R的函数组成的集合,B表示具有如下性质的函数φ(x)组成的集合:对于函数φ(x),存在一个正数M,使得函数φ(x)的值域包含于区间[-M,M].例如,当φ1(x)=x3,φ2(x)=sin x时,φ1(x)∈A,φ2(x)∈B.现有如下命题:
①设函数f(x)的定义域为D,则“f(x)∈A”的充要条件是“∀b∈R,∃a∈D,f(a)=b”;
②函数f(x)∈B的充要条件是f(x)有最大值和最小值;
③若函数f(x),g(x)的定义域相同,且f(x)∈A,g(x)∈B,则f(x)+g(x)∉B;
④若函数f(x)=aln(x+2)+(x>-2,a∈R)有最大值,则f(x)∈B.
其中的真命题是________.(写出所有真命题的序号)
答案 ①③④
解析 因为f(x)∈A,所以函数f(x)的值域是R,所以满足∀b∈R,∃a∈D,f(a)=b,同时若∀b∈R,∃a∈D,f(a)=b,则说明函数f(x)的值域是R,则f(x)∈A,所以①正确;令f(x)=,x∈(1,2],取M=1,则f(x)⊆[-1,1],
但是f(x)没有最大值,所以②错误;因为f(x)∈A,g(x)∈B且它们的定义域相同(设为[m,n]),所以存在区间[a,b]⊆[m,n],使得f(x)在区间[a,b]上的值域与g(x)的值域相同,所以存在x0∉[a,b],使得f(x0)的值接近无穷,所以f(x)+g(x)∉B,所以③正确;因为当x>-2时,函数y=ln(x+2)的值域是R,所以函数f(x)若有最大值,则a=0,此时f(x)=.因为对∀x∈R,x2+1≥2|x|,所以-≤≤.
即-≤f(x)≤,故f(x)∈B,所以④正确.
点评 此类题目包含了与函数有关的较多的概念、性质及对基本问题的处理方法.解答这类题目,一是要细心,读题看清要求;二是要熟练掌握函数的基本性质及其判断应用的方法,掌握基本函数的图象与性质等.
变式训练2 如果y=f(x)的定义域为R,对于定义域内的任意x,存在实数a使得f(x+a)=f(-x)成立,则称此函数具有“P(a)性质”.给出下列命题:
①函数y=sin x具有“P(a)性质”;
②若奇函数y=f(x)具有“P(2)性质”,且f(1)=1,则f(2 015)=1;
③若函数y=f(x)具有“P(4)性质”,图象关于点(1,0)成中心对称,且在(-1,0)上单调递减,则y=f(x)在(-2,-1)上单调递减,在(1,2)上单调递增;
④若不恒为零的函数y=f(x)同时具有“P(0)性质”和“P(3)性质”,则函数y=f(x)是周期函数.
其中正确的是________(写出所有正确命题的编号).
答案 ①③④
解析 ①因为sin (x+π)=-sin x=sin (-x),
所以函数y=sin x具有“P(a)性质”,
所以①正确;
②因为奇函数y=f(x)具有“P(2)性质”,
所以f(x+2)=f(-x)=-f(x),
所以f(x+4)=f(x),周期为4,
因为f(1)=1,
所以f(2 015)=f(3)=-f(1)=-1.
所以②不正确;
③因为函数y=f(x)具有“P(4)性质”,
所以f(x+4)=f(-x),
所以f(x)的图象关于直线x=2对称,
即f(2-x)=f(2+x),
因为图象关于点(1,0)成中心对称,
所以f(2-x)=-f(x),即f(2+x)=-f(-x),
所以得出f(x)=f(-x),f(x)为偶函数,
因为图象关于点(1,0)成中心对称,
且在(-1,0)上单调递减,
所以图象也关于点(-1,0)成中心对称,
且在(-2,-1)上单调递减;
根据偶函数的对称性得出在(1,2)上单调递增,故③正确;
④因为具有“P(0)性质”和“P(3)性质”,
所以f(x)=f(-x),f(x+3)=f(-x)=f(x),
所以f(x)为偶函数,且周期为3,故④正确.
高考题型精练
1.对于函数f(x),若存在常数a≠0,使得x取定义域内的每一个值,都有f(x)=f(2a-x),则称f(x)为准偶函数,下列函数中是准偶函数的是( )
A.f(x)=cos(x+1) B.f(x)=
C.f(x)=tan x D.f(x)=x3
答案 A
解析 由题意知,若f(x)是准偶函数,则函数的对称轴是直线x=a,a≠0,选项B,C,D中,函数没有对称轴;函数f(x)=cos(x+1),有对称轴,且x=0不是对称轴,选项A正确.故选A.
2.设f(x)的定义域为D,若f(x)满足条件:存在[a,b]⊆D,使f(x)在[a,b]上的值域是,则称f(x)为“倍缩函数”.若函数f(x)=ln(ex+t)为“倍缩函数”,则t的范围是( )
A. B.(0,1)
C. D.
答案 D
解析 因为函数f(x)=ln(ex+t)为“倍缩函数”,所以存在[a,b]⊆D,使f(x)在[a,b]上的值域是,
因为函数f(x)=ln(ex+t)为增函数,
所以即
即方程ex-e+t=0有两个不等的正根,
即解得t的范围是.
3.设函数y=f(x)的定义域为D,若对于任意x1,x2∈D且x1+x2=2a,恒有f(x1)+f(x2)=2b,则称点(a,b)为函数y=f(x)图象的对称中心.研究并利用函数f(x)=x3-3x2-sin πx的对称中心,可得f()+f()+…+f()+f()等于( )
A.-16 124 B.16 124 C.-8 062 D.8 062
答案 C
解析 如果x1+x2=2,则f(x1)+f(x2)=x-3x-sin πx1+x-3x-sin πx2=x-3x-sin πx1+(2-x1)3-3(2-x1)2-sin π(2-x1)=-4.
令S=f()+f()+…+f()+f(),
又S=f()+f()+…+f(),
两式相加得2S=-4×4 031,所以S=-8 062.故选C.
4.函数f(x)在[a,b]上有定义,若对任意x1,x2∈[a,b],有f≤[f(x1)+f(x2)],则称f(x)在[a,b]上具有性质P.设f(x)在[1,3]上具有性质P,现给出如下命题:
①f(x)在[1,3]上的图象是连续不断的;
②f(x2)在[1, ]上具有性质P;
③若f(x)在x=2处取得最大值1,则f(x)=1,x∈[1,3];
④对任意x1,x2,x3,x4∈[1,3],有f≤[f(x1)+f(x2)+f(x3)+f(x4)].其中真命题的序号是( )
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
答案 D
解析 令f(x)=可知对∀x1,x2∈[1,3],
都有f≤[f(x1)+f(x2)],
但f(x)在[1,3]上的图象不连续,故①不正确;
令f(x)=-x,则f(x)在[1,3]上具有性质P,
但f(x2)=-x2在[1, ]上不具有性质P,
因为-2=-≥-
=(-x-x)=[f(x)+f(x)],故②不正确;
对于③,假设存在x0∈[1,3],使得f(x0)≠1,
因为f(x)max=f(2)=1,x∈[1,3],所以f(x0)<1.
又当1≤x0≤3时,有1≤4-x0≤3,
由f(x)在[1,3]上具有性质P,得
f(2)=f≤[f(x0)+f(4-x0)],
由于f(x0)<1,f(4-x0)≤1,与上式矛盾.
即对∀x∈[1,3],有f(x)=1,故③正确.
对于④,对∀x1,x2,x3,x4∈[1,3],
f=f
≤
≤
=[f(x1)+f(x2)+f(x3)+f(x4)],故④正确.
5.已知函数f(x)=1-|2x-1|,x∈[0,1].定义:f1(x)=f(x),f2(x)=f[f1(x)],…,fn(x)=f[fn-1(x)],n=2,3,4,…,满足fn(x)=x的点x∈[0,1]称为f(x)的n阶不动点.则f(x)的n阶不动点的个数是( )
A.n B.2n2 C.2(2n-1) D.2n
答案 D
解析 函数f(x)=1-|2x-1|=
当x∈时,f1(x)=2x=x⇒x=0,
当x∈时,f1(x)=2-2x=x⇒x=,
∴f1(x)的1阶不动点的个数为2.
当x∈时,f1(x)=2x,f2(x)=4x=x⇒x=0,
当x∈时,f1(x)=2x,f2(x)=2-4x=x⇒x=,
当x∈时,f1(x)=2-2x,f2(x)=4x-2=x⇒x=,
当x∈时,f1(x)=2-2x,f2(x)=4-4x=x⇒x=.
∴f2(x)的2阶不动点的个数为22,以此类推,f(x)的n阶不动点的个数是2n.
6.若集合A={1,2,3,k},B={4,7,a4,a2+3a},其中a∈N*,k∈N*,f:x→y=3x+1,x∈A,y∈B是从定义域A到值域B的一个函数,则a+k=________.
答案 7
解析 由对应法则知1→4,2→7,3→10,k→3k+1,又a∈N*,∴a4≠10,∴a2+3a=10,解得a=2(舍去a=-5),所以a4=16,于是3k+1=16,∴k=5.∴a+k=7.
7.如果定义在R上的函数f(x),对任意两个不相等的实数x1,x2,都有x1f(x1)+x2f(x2)>x1f(x2)+x2f(x1),则称函数f(x)为“H函数”.给出下列函数:
①y=x2;②y=ex+1;③y=2x-sin x;④f(x)=以上函数是“H函数”的所有序号为________.
答案 ②③
解析 由已知x1f(x1)+x2f(x2)>x1f(x2)+x2f(x1)得(x1-x2)·[f(x1)-f(x2)]>0,所以函数f(x)在R上是增函数.对于①,y=x2在(-∞,0)上为减函数,在(0,+∞)上为增函数,其不是“H函数”;对于②,y=ex+1在R上为增函数,所以其为“H函数”;对于③,由于y′=2-cos x>0恒成立,所以y=2x-sin x是增函数,所以其为“H函数”;对于④,由于其为偶函数,所以其不可能在R上是增函数,所以不是“H函数”.综上知,是“H函数”的序号为②③.
8.已知二次函数f(x)的两个零点分别为,(00”的充要条件,则实数a的取值范围是____________.
答案 (1,2)
解析 由条件可得f(x)=(1-a2)(x-)(x-),结合知a>1,所以f(x)开口向下,所以f(x)>0的解集为,且0<<1.结合数轴分析,知-4≤<-3,即3a-3 9.设f(x)是定义在(0,+∞)上的函数,且f(x)>0,对任意a>0,b>0,若经过点(a,f(a)),(b,-f(b))的直线与x轴的交点为(c,0),则称c为a,b关于函数f(x)的平均数,记为Mf (a,b).例如,当f(x)=1(x>0)时,可得Mf(a,b)=c=,即Mf(a,b)为a,b的算术平均数.
(1)当f(x)=________(x>0)时,Mf (a,b)为a,b的几何平均数;
(2)当f(x)=________(x>0)时,Mf (a,b)为a,b的调和平均数.
(以上两空各只需写出一个符合要求的函数即可)
答案 (1) (2)x
解析 设A(a,f(a)),B(b,-f(b)),C(c,0),则三点共线.
(1)依题意,c=,则求得=,
故可以选择f(x)=(x>0).
(2)依题意,c=,求得=,
故可以选择f(x)=x(x>0).
10.对于函数f(x),若存在区间M=[a,b](其中a ①f(x)=(x-1)2;②f(x)=|2x-1|;
③f(x)=cos x;④f(x)=ex.
其中存在“稳定区间”的函数是________.(填出所有满足条件的函数序号)
答案 ①②③
解析 据已知定义,所谓的“稳定区间”即函数在区间[a,b]内的定义域与值域相等.
问题可转化为已知函数y=f(x)的图象与直线y=x是否相交,若相交则两交点所在区间即为函数的“稳定区间”.数形结合依次判断,①②③均符合条件,而④不符合条件.综上可知,①②③均为存在“稳定区间”的函数.
11.若函数f(x)在定义域D内的某个区间I上是增函数,且F(x)=在I上是减函数,则称y=f(x)在I上是“非完美增函数”.已知f(x)=ln x,g(x)=2x++aln x(a∈R).
(1)判断f(x)在(0,1]上是否为“非完美增函数”;
(2)若g(x)在[1,+∞)上是“非完美增函数”,求实数a的取值范围.
解 (1)易知f′(x)=>0在(0,1]上恒成立,所以f(x)=ln x在(0,1]上是增函数.F(x)==,求导得F′(x)=,因为x∈(0,1],所以ln x≤0,即F′(x)>0在(0,1]上恒成立,所以F(x)=在(0,1]上是增函数.由题意知,f(x)在(0,1]上不是“非完美增函数”.
(2)若g(x)=2x++aln x(a∈R)在[1,+∞)上是“非完美增函数”,则g(x)=2x++aln x在[1,+∞)上单调递增,G(x)==2++在[1,+∞)上单调递减.
①若g(x)在[1,+∞)上单调递增,则g′(x)=2-+≥0在[1,+∞)上恒成立,即a≥-2x在[1,+∞)上恒成立.令h(x)=-2x,x∈[1,+∞),因为h′(x)=--2<0恒成立,所以h(x)在[1,+∞)上单调递减,h(x)max=h(1)=0,所以a≥0.
②若G(x)在[1,+∞)上单调递减,则G′(x)=-+≤0在[1,+∞)上恒成立,即-4+ax-axln x≤0在[1,+∞)上恒成立.令t(x)=-4+ax-axln x,x∈[1,+∞),因为t′(x)=-aln x,由①知a≥0,所以t′(x)≤0恒成立,所以t(x)=-4+ax-axln x在[1,+∞)上单调递减,则t(x)max=t(1)=a-4.要使t(x)=-4+ax-axln x≤0在[1,+∞)上恒成立,则a-4≤0,即a≤4,此时G′(x)=-+≤0在[1,+∞)上恒成立.
综合①②知,实数a的取值范围为[0,4].
12.已知函数f(x)=ax+ln x,g(x)=ex.
(1)当a≤0时,求f(x)的单调区间;
(2)若不等式g(x)<有解,求实数m的取值范围;
(3)定义:对于函数y=f(x)和y=g(x)在其公共定义域内的任意实数x0,称|f(x0)-g(x0)|的值为两函数在x0处的差值.证明:当a=0时,函数y=f(x)和y=g(x)在其公共定义域内的所有差值都大于2.
(1)解 f(x)的定义域是(0,+∞),f′(x)=a+(x>0).
①当a=0时,f′(x)>0,
∴f(x)在(0,+∞)上单调递增;
②当a<0时,由f′(x)=0,解得x=-,
则当x∈(0,-)时,f′(x)>0,∴f(x)单调递增,
当x∈(-,+∞)时,f′(x)<0,∴f(x)单调递减.
综上,当a=0时,f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a<0时,f(x)在(0,-)上单调递增,在(-,+∞)上单调递减.
(2)解 由题意:ex<有解,即ex<x-m有解,因此只需m<x-ex,x∈(0,+∞)有解即可.
设h(x)=x-ex,
h′(x)=1-ex-=1-ex(+).
∵+≥2=>1,
且x∈(0,+∞)时ex>1,
∴1-ex(+)<0,即h′(x)<0,
故h(x)在(0,+∞)上单调递减.
∴h(x)<h(0)=0,故m<0.
(3)证明 当a=0时,f(x)=ln x,f(x)与g(x)的公共定义域为(0,+∞),
|f(x)-g(x)|=|ln x-ex|=ex-ln x=ex-x-(ln x-x).
设m(x)=ex-x>0,则m′(x)=ex-1>0,x∈(0,+∞),
m(x)在(0,+∞)上单调递增,m(x)>m(0)=1.
又设n(x)=ln x-x,x∈(0,+∞),n′(x)=-1,
当x∈(0,1)时,n′(x)>0,n(x)单调递增,
当x∈(1,+∞)时,n′(x)<0,n(x)单调递减,
所以x=1为n(x)的极大值点,即n(x)≤n(1)=-1,
故|f(x)-g(x)|=m(x)-n(x)>1-(-1)=2.
即公共定义域内任一点差值都大于2.
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