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2021届山东高考数学一轮创新教学案:第2章 第4讲 二次函数与幂函数
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第4讲 二次函数与幂函数
[考纲解读] 1.理解并掌握二次函数的定义、图象及性质,能利用二次函数、二次方程与二次不等式之间的关系解决简单问题.(重点、难点)
2.掌握幂函数的图象和性质,结合函数y=x,y=x2,y=x3,y=,y=x的图象,了解它们的变化情况.(重点)
[考向预测] 从近三年高考情况来看,本讲是高考中的一个热点内容.预测2021年高考对二次函数可能会直接考查,也可能会与其他知识相结合进行考查,考查三个二次之间的关系、函数最值的求解、图象的判断等.在解答题中也可能会涉及二次函数.幂函数的考查常与其他知识结合,比较大小、图象及性质的应用为重点命题方向.
对应学生用书P020
1.二次函数
(1)二次函数解析式的三种形式
①一般式:f(x)=ax2+bx+c(a≠0).
②顶点式:f(x)=a(x-m)2+n(a≠0).
③两根式:f(x)=a(x-x1)(x-x2)(a≠0).
(2)二次函数的图象和性质
解析式
f(x)=ax2+bx+c(a>0)
f(x)=ax2+bx+c(a<0)
图象
定义域
R
R
值域
单调性
在x∈上单调递减;
在x∈上单调递增
在x∈上单调递增;
在x∈上单调递减
对称性
函数的图象关于直线x=-对称
2.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)常见的五种幂函数的性质
函数
特征
性质
y=x
y=x2
y=x3
y=x
y=x-1
定义域
R
R
R
[0,+∞)
{x|x∈R,
且x≠0}
值域
R
[0,+∞)
R
[0,+∞)
{y|y∈R,
且y≠0}
奇偶性
奇
偶
奇
非奇非偶
奇
续表
函数
特征
性质
y=x
y=x2
y=x3
y=x
y=x-1
单调性
增
在(-∞,0]
上减,在[0,
+∞)上增
增
增
在(-∞,0)
上减,在(0,
+∞)上减
定点
(0,0),(1,1)
(1,1)
1.概念辨析
(1)函数y=2x是幂函数.( )
(2)如果幂函数的图象与坐标轴相交,则交点一定是原点.( )
(3)二次函数y=ax2+bx+c(x∈R)不可能是偶函数.( )
(4)在y=ax2+bx+c(a≠0)中,a决定了图象的开口方向和在同一直角坐标系中的开口大小.( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√
2.小题热身
(1)若a<0,则0.5a,5a,0.2a的大小关系是( )
A.0.2a<5a<0.5a B.5a<0.5a<0.2a
C.0.5a<0.2a<5a D.5a<0.2a<0.5a
答案 B
解析 因为a<0,所以函数y=xa在(0,+∞)上是减函数,又0.2<0.5<5,所以0.2a>0.5a>5a,即5a<0.5a<0.2a.
(2)已知幂函数y=f(x)的图象过点(2,),则函数的解析式为________.
答案 f(x)=x
解析 设f(x)=xα,因为函数f(x)的图象过点(2,),所以=2α,即2=2α,所以α=,所以f(x)=x.
(3)若二次函数y=-2x2-4x+t的图象的顶点在x轴上,则t的值是________.
答案 -2
解析 y=-2x2-4x+t=-2(x2+2x)+t=-2[(x+1)2-1]+t=-2(x+1)2+2+t.
因为此函数的图象的顶点(-1,2+t)在x轴上,所以2+t=0,所以t=-2.
(4)函数f(x)=-x2+2x(0≤x≤3)的值域是________.
答案 [-3,1]
解析 因为f(x)=-x2+2x=-(x-1)2+1,所以f(x)在[0,1]上单调递增,在[1,3]上单调递减,又f(0)=0,f(1)=1,f(3)=-3,所以函数f(x)的值域为[-3,1].
对应学生用书P021
题型 一 求二次函数的解析式
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.
解 解法一:(利用二次函数的一般式)
设f(x)=ax2+bx+c(a≠0).
由题意得解得
故所求二次函数的解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
解法二:(利用二次函数的顶点式)
设f(x)=a(x-m)2+n(a≠0).
∵f(2)=f(-1),
∴抛物线的对称轴为x==.
∴m=,又根据题意函数f(x)有最大值8,
∴n=8,
∴y=f(x)=a2+8.
∵f(2)=-1,∴a2+8=-1,
解得a=-4,
∴f(x)=-42+8=-4x2+4x+7.
解法三:(利用两根式)
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f(x)有最大值8,即=8.
解得a=-4或a=0(舍去),
故所求函数解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
条件探究1 将本例中的“f(2)=-1,f(-1)=-1”改为“与x轴的两个交点坐标为(0,0)和(-2,0)”,其他条件不变,试确定f(x)的解析式.
解 设f(x)=ax(x+2).
因为函数f(x)的最大值为8,
所以a<0,且f(x)max=f(-1)=-a=8,所以a=-8,
所以f(x)=-8x(x+2)=-8x2-16x.
条件探究2 将本例中条件变为:二次函数f(x)的图象经过点(4,3),在x轴上截得的线段长为2,且∀x∈R,都有f(2+x)=f(2-x),试确定f(x)的解析式.
解 因为f(2-x)=f(2+x)对x∈R恒成立,
所以f(x)的对称轴为直线x=2.
又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1和3.
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),所以3a=3,所以a=1.
所以f(x)的解析式为f(x)=(x-1)(x-3),
即f(x)=x2-4x+3.
用待定系数法求二次函数的解析式
(1)关键:恰当选取二次函数解析式的形式
(2)选法
已知条件
解析式的形式
三点坐标
一般式
y=ax2+bx+c(a≠0)
顶点坐标
顶点式
y=a(x-h)2+k(a≠0)
对称轴
最大(小)值
与x轴两交点的坐标
两根式
y=a(x-x1)(x-x2)(a≠0)
1.已知二次函数f(x)=ax2+bx+c满足条件:①f(3-x)=f(x);②f(1)=0;③对任意实数x,f(x)≥-恒成立,则其解析式为f(x)=________.
答案 x2-3x+2
解析 由①得,对称轴方程为x=-=.
由②得,a+b+c=0.
由③得,f(x)min=≥-,且a>0.
解得a=1,b=-3,c=2.
所以f(x)=x2-3x+2.
2.如图是二次函数y=f(x)的图象,若|OC|=|OB|=3|OA|,且△ABC的面积S=6,求这个二次函数的解析式.
解 设二次函数解析式为y=ax2+bx+c(a≠0),
因为|OB|=|OC|=3|OA|,
所以|AB|=|OA|+|OB|=4|OA|,
且4|OA|×3|OA|×=6,得|OA|=1,
所以A(-1,0),B(3,0),C(0,3).
将三点坐标代入方程,得
解得a=-1,b=2,c=3.
所以二次函数解析式为y=-x2+2x+3.
题型 二 二次函数的图象与性质
角度1 二次函数的图象
1.如图是二次函数y=ax2+bx+c图象的一部分,图象过点A(-3,0),对称轴为直线x=-1.给出下面四个结论:
①b2>4ac;②2a-b=1;③a-b+c=0;④5a
其中正确的结论是( )
A.②④ B.①④
C.②③ D.①③
答案 B
解析 ∵二次函数y=ax2+bx+c的图象与x轴交于两点,∴b2-4ac>0,即b2>4ac,①正确;二次函数的图象的对称轴为直线x=-1,即-=-1,2a-b=0,②错误;结合图象知,当x=-1时,y>0,即a-b+c>0,③错误;由对称轴为直线x=-1知,b=2a,又函数的图象开口向下,∴a<0,∴5a<2a,即5a 角度2 二次函数的单调性
2.(2019·河南中原名校联考)已知函数f(x)=2ax2+4(a-3)x+5在区间(-∞,3)上是减函数,则a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
答案 D
解析 因为函数f(x)=2ax2+4(a-3)x+5在区间(-∞,3)上是减函数,
当a≠0时,a须满足
解得0 当a=0时,f(x)=-12x+5在(-∞,3)上是减函数.
综上可知,a的取值范围是.
角度3 二次函数的最值
3.已知f(x)=-4x2+4ax-4a-a2在[0,1]内的最大值为-5,则a的值为( )
A. B.1或
C.-1或 D.-5或
答案 D
解析 f(x)=-42-4a,对称轴为直线x=.
①当≥1,即a≥2时,f(x)在[0,1]上递增,
∴f(x)max=f(1)=-4-a2.
令-4-a2=-5,得a=±1(舍去).
②当0<<1,即0 ③当≤0,即a≤0时,f(x)在[0,1]上递减,
∴f(x)max=f(0)=-4a-a2.
令-4a-a2=-5,解得a=-5或a=1(舍去).
综上所述,a=或-5.故选D.
角度4 与二次函数有关的恒成立问题
4.已知定义在R上的奇函数f(x)满足:当x≥0时,f(x)=x3,若不等式f(-4t)>f(2m+mt2)对任意实数t恒成立,则实数m的取值范围是( )
A.(-∞,-)
B.(-,0)
C.(-∞,0)∪(,+∞)
D.(-∞,-)∪(,+∞)
答案 A
解析 当x<0时,f(x)=-f(-x)=x3,∴f(x)=x3(x∈R),易知f(x)在R上是增函数,结合f(-4t)>f(2m+mt2)对任意实数t恒成立,知-4t>2m+mt2对任意实数t恒成立,即mt2+4t+2m<0对任意实数t恒成立,故有解得m∈(-∞,-).
5.当x∈(1,3)时,若不等式x2+mx+4<0恒成立,则m的取值范围是________.
答案 (-∞,-5]
解析 设f(x)=x2+mx+4.
因为x∈(1,3)时,不等式x2+mx+4<0恒成立,
所以即
解得m≤-5,
所以m的取值范围是(-∞,-5].
1.识别二次函数图象应学会“三看”
2.研究二次函数单调性的思路
(1)二次函数的单调性在其图象对称轴的两侧不同,因此研究二次函数的单调性时要依据其图象的对称轴进行分类讨论.
(2)若已知f(x)=ax2+bx+c(a>0)在区间A上单调递减(单调递增),则A⊆,即区间A一定在函数图象对称轴的左侧(右侧).如举例说明2.
3.二次函数最值问题的解法
抓住“三点一轴”数形结合,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,根据函数的单调性及分类讨论的思想即可完成.如举例说明3.
4.与二次函数有关的不等式恒成立的条件
(1)ax2+bx+c>0(a≠0)恒成立的充要条件是
(2)ax2+bx+c<0(a≠0)恒成立的充要条件是如举例说明4.
(3)a≥f(x)恒成立⇔a≥f(x)max,a≤f(x)恒成立⇔a≤f(x)min.
(4)f(x)=ax2+bx+c<0(a>0)在(m,n)上恒成立⇔如举例说明5.
(5)f(x)=ax2+bx+c>0(a<0)在[m,n]上恒成立⇔
1.(2019·重庆五中模拟)一次函数y=ax+b与二次函数y=ax2+bx+c在同一坐标系中的图象大致是( )
答案 C
解析 若a>0,则一次函数y=ax+b为增函数,二次函数y=ax2+bx+c的图象开口向上,故可排除A;若a<0,一次函数y=ax+b为减函数,二次函数y=ax2+bx+c的图象开口向下,故可排除D;看直线可知a>0,b>0,从而-<0,而二次函数图象的对称轴在y轴的右侧,故排除B,选C.
2.二次函数f(x)=ax2+bx+c(x∈R)的最小值为f(1),则f(),f,f()的大小关系是( )
A.f()<f<f()
B.f<f()<f()
C.f()<f()<f
D.f()<f()<f
答案 D
解析 因为二次函数f(x)=ax2+bx+c(x∈R)的最小值为f(1),
所以函数的图象开口向上,对称轴为直线x=1,
因为>|-1|>|-1|,
所以f()<f()<f.
3.(2019·陕西西安模拟)已知函数f(x)=-x2+4x,x∈[m,5]的值域是[-5,4],则实数m的取值范围是( )
A.(-∞,-1) B.(-1,2]
C.[-1,2] D.[2,5]
答案 C
解析 ∵f(x)=-x2+4x=-(x-2)2+4,
∴当x=2时,f(2)=4,
由f(x)=-x2+4x=-5,解得x=5或x=-1,
∴要使函数在[m,5]上的值域是[-5,4],则-1≤m≤2.
4.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________.
答案
解析 2ax2+2x-3<0在[-1,1]上恒成立.
当x=0时,-3<0,成立;
当x≠0时,a<2-,
因为∈(-∞,-1]∪[1,+∞),
当x=1时,右边取最小值,∴a<.
综上,实数a的取值范围是.
题型 三 幂函数的图象与性质
1.若四个幂函数y=xa,y=xb,y=xc,y=xd在同一坐标系中的图象如图所示,则a,b,c,d的大小关系是( )
A.d>c>b>a B.a>b>c>d
C.d>c>a>b D.a>b>d>c
答案 B
解析 观察图象联想y=x2,y=x,y=x-1在第一象限内的图象,可知c<0,d<0,0 由图象可知2c>2d,所以c>d.
综上知a>b>c>d.
2.若(2m+1)>(m2+m-1),则实数m的取值范围是( )
A. B.
C.(-1,2) D.
答案 D
解析 因为函数y=x在[0,+∞)上是增函数,
且(2m+1)>(m2+m-1),
所以解得≤m<2.
3.已知点在幂函数f(x)的图象上,则f(x)是( )
A.奇函数 B.偶函数
C.定义域内的减函数 D.定义域内的增函数
答案 A
解析 设幂函数f(x)=xα,
∵f(x)的图象经过点,
∴α=,∴α=-1.
∴f(x)=x-1,f(-x)=(-x)-1=-x-1=-f(x),
∴f(x)为奇函数.
1.求幂函数的解析式
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.如举例说明3.
2.幂函数的指数与图象特征的关系
当α≠0,1时,幂函数y=xα在第一象限内的图象特征:
α取值
α>1
0<α<1
α<0
图象
特殊点
过点(0,0),(1,1)
过点(0,0),(1,1)
过点(1,1)
凹凸性
下凸
上凸
下凸
单调性
递增
递增
递减
举例
举例说明1中,
y=xa
举例说明1中,
y=xb
举例说明1
中,y=xc,
y=xd
3.幂函数单调性的应用
(1)依据
当α>0时,幂函数f(x)=xα在(0,+∞)上单调递增;
当α<0时,幂函数f(x)=xα在(0,+∞)上单调递减.
(2)两类应用
①比较大小;
②解不等式,如举例说明2.
1.已知幂函数f(x)=(n2+2n-2)xn2-3n(n∈Z)的图象关于y轴对称,且在(0,+∞)上是减函数,则n的值为( )
A.-3 B.1
C.2 D.1或2
答案 B
解析 由于f(x)为幂函数,所以n2+2n-2=1,解得n=1或n=-3,经检验只有n=1符合题意,故选B.
2.若幂函数f(x)=x(m,n∈N*,m,n互质)的图象如图,则 ( )
A.m,n是奇数,且<1
B.m是偶数,n是奇数,且>1
C.m是偶数,n是奇数,且<1
D.m是奇数,n是偶数,且>1
答案 C
解析 由图象可知,函数f(x)为偶函数,所以m是偶数,n是奇数.函数图象在第一象限部分上凸,所以<1.
3.已知a=2,b=3,c=25,则( )
A.b C.b
答案 A
解析 因为a=2=4,c=25=5,而函数y=x在(0,+∞)上单调递增,所以3<4<5,即b
对应学生用书P225
组 基础关
1.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. B.
C. D.
答案 C
解析 ∵函数f(x)=ax2+x+5的图象在x轴上方,
∴解得a>.
2.幂函数y=xm2-4m(m∈Z)的图象如图所示,则m的值可以为( )
A.0 B.1
C.2 D.3
答案 C
解析 由图象知,m2-4m<0且m2-4m为偶数,结合四个选项可知,m=2.
3.已知α∈,若f(x)=xα为奇函数,且在(0,+∞)上单调递增,则实数α的值是( )
A.-1,3 B.,3
C.-1,,3 D.,,3
答案 B
解析 因为f(x)=xα为奇函数,所以α∈.又f(x)=xα在(0,+∞)上单调递增,所以α∈.
4.设abc>0,则二次函数f(x)=ax2+bx+c的图象可能是( )
答案 D
解析 由A中图象知,a<0,c<0,-<0,所以b<0,与abc>0矛盾;由B中图象知,a<0,c>0,->0,所以b>0,与abc>0矛盾;由C中图象知,a>0,c<0,-<0,所以b>0,与abc>0矛盾;由D中图象知,a>0,c<0,->0,所以b<0,abc>0成立.
5.(2019·吉林省实验中学模拟)已知点(2,8)在幂函数f(x)=xn的图象上,设a=f,b=f(ln π),c=f,则a,b,c的大小关系为( )
A.a<c<b B.a<b<c
C.b<c<a D.b<a<c
答案 A
解析 由点(2,8)在幂函数f(x)=xn的图象上,可得2n=8,解得n=3,所以f(x)=x3.所以f(x)在R上是增函数.因为0<<<1<ln π,所以f<f<f(ln π),即a<c<b.
6.已知a,b,c∈R,函数f(x)=ax2+bx+c.若f(1)=f(3)>f(4),则( )
A.a>0,4a+b=0 B.a<0,4a+b=0
C.a>0,2a+b=0 D.a<0,2a+b=0
答案 B
解析 因为f(1)=f(3),则直线x=2为对称轴,故-=2,则4a+b=0,又f(3)>f(4),所以f(x)在(2,+∞)上为减函数,所以函数f(x)的图象开口向下,所以a<0.
7.(2020·百色市摸底)已知函数f(x)=x2+x+c,若f(0)>0,f(p)<0,则必有( )
A.f(p+1)>0
B.f(p+1)<0
C.f(p+1)=0
D.f(p+1)的符号不能确定
答案 A
解析 该函数图象是开口向上的抛物线,对称轴为直线x=-.f(0)=c>0,即抛物线在y轴上的截距大于0.因为图象关于直线x=-对称,所以f(-1)=f(0)>0.设f(x)=0的两根为x1,x2,令x1<x2,则-1<x1<x2<0,根据图象知,x1<p<x2,故p+1>0,f(p+1)>0.
8.(2019·潍坊质检)已知函数f(x)为幂函数,且f(4)=,则当f(a)=4f(a+3)时,实数a等于________.
答案
解析 设f(x)=xα,则4α=,所以α=-.
因此f(x)=x-,从而a-=4(a+3)-,解得a=.
9.已知二次函数f(x)是偶函数,且f(4)=4f(2)=16,则函数f(x)的解析式为________.
答案 f(x)=x2
解析 由题意可设函数f(x)=ax2+c(a≠0),则f(4)=16a+c=16,4f(2)=4(4a+c)=16a+4c=16,所以a=1,c=0,故f(x)=x2.
10.(2019·南阳模拟)设二次函数f(x)=ax2+2ax+1在[-3,2]上有最大值4,则实数a的值为________.
答案 -3或
解析 此函数图象的对称轴为直线x=-1,当a>0时,图象开口向上,所以当x=2时取得最大值,即f(2)=4a+4a+1=4,解得a=;
当a<0时,图象开口向下,所以当x=-1时取得最大值,即f(-1)=a-2a+1=4,解得a=-3.故实数a的值为-3或.
组 能力关
1.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>0,若a,b∈R,且a+b>0,则f(a)+f(b)的值( )
A.恒大于0 B.恒小于0
C.等于0 D.无法判断
答案 A
解析 ∵对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1≠x2,满足>0,∴幂函数f(x)在(0,+∞)上是增函数,∴解得m=2,则f(x)=x2015.
∵函数f(x)=x2015在R上是奇函数,且为增函数,由a+b>0,得a>-b,∴f(a)>f(-b)=-f(b),∴f(a)+f(b)>0.故选A.
2.已知二次函数f(x)=ax2+bx+c是偶函数,若对任意实数x1,x2都有f≥,则f(x)的图象可能是( )
答案 C
解析 二次函数f(x)=ax2+bx+c是偶函数,则b=0,图象关于y轴对称,所以排除A,D;对任意实数x1,x2都有f≥,所以函数f(x)为上凸函数,结合二次函数的性质可得实数a<0,即排除B.故选C.
3.已知函数f(x)=x2+2x+1,如果使f(x)≤kx对任意实数x∈(1,m]都成立的m的最大值是5,则实数k=________.
答案
解析 设g(x)=x2+(2-k)x+1.
设不等式g(x)≤0的解集为a≤x≤b.
则Δ=(2-k)2-4≥0,解得k≥4或k≤0,
又因为函数f(x)=x2+2x+1,且f(x)≤kx对任意实数x∈(1,m]恒成立;
所以(1,m]⊆[a,b],所以a≤1,b≥m,
所以g(1)=4-k<0,解得k>4,
m的最大值为b,所以有b=5.
即x=5是方程g(x)=0的一个根,
代入x=5,解得k=.
4.已知函数f(x)=ax2-2ax+2+b(a≠0),若f(x)在区间[2,3]上有最大值5,最小值2.
(1)求a,b的值;
(2)若b<1,g(x)=f(x)-mx在[2,4]上单调,求m的取值范围.
解 (1)f(x)=a(x-1)2+2+b-a.
当a>0时,f(x)在[2,3]上为增函数,
故⇒⇒
当a<0时,f(x)在[2,3]上为减函数,
故⇒⇒
故当a>0时,a=1,b=0,当a<0时,a=-1,b=3.
(2)∵b<1,∴a=1,b=0,即f(x)=x2-2x+2.
g(x)=x2-2x+2-mx=x2-(2+m)x+2,
∵g(x)在[2,4]上单调,∴≤2或≥4.
∴m≤2或m≥6.
故m的取值范围为(-∞,2]∪[6,+∞).
5.若二次函数f(x)=x2+bx+c满足f(2)=f(-2),且方程f(x)=0的一个根为1.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若对任意的x∈,4m2f(x)+f(x-1)≥4-4m2恒成立,求实数m的取值范围.
解 (1)因为f(2)=f(-2)且f(1)=0,
所以所以b=0,c=-1,
所以f(x)=x2-1.
(2)由题意知4m2(x2-1)+(x-1)2-1+4m2-4≥0在x∈上恒成立,
整理得m2≥+-在x∈上恒成立,
令g(x)=+-=2-,
因为x∈,所以∈(0,2],
当=2时,函数g(x)取得最大值,所以m2≥,
解得m≤-或m≥.
第4讲 二次函数与幂函数
[考纲解读] 1.理解并掌握二次函数的定义、图象及性质,能利用二次函数、二次方程与二次不等式之间的关系解决简单问题.(重点、难点)
2.掌握幂函数的图象和性质,结合函数y=x,y=x2,y=x3,y=,y=x的图象,了解它们的变化情况.(重点)
[考向预测] 从近三年高考情况来看,本讲是高考中的一个热点内容.预测2021年高考对二次函数可能会直接考查,也可能会与其他知识相结合进行考查,考查三个二次之间的关系、函数最值的求解、图象的判断等.在解答题中也可能会涉及二次函数.幂函数的考查常与其他知识结合,比较大小、图象及性质的应用为重点命题方向.
对应学生用书P020
1.二次函数
(1)二次函数解析式的三种形式
①一般式:f(x)=ax2+bx+c(a≠0).
②顶点式:f(x)=a(x-m)2+n(a≠0).
③两根式:f(x)=a(x-x1)(x-x2)(a≠0).
(2)二次函数的图象和性质
解析式
f(x)=ax2+bx+c(a>0)
f(x)=ax2+bx+c(a<0)
图象
定义域
R
R
值域
单调性
在x∈上单调递减;
在x∈上单调递增
在x∈上单调递增;
在x∈上单调递减
对称性
函数的图象关于直线x=-对称
2.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)常见的五种幂函数的性质
函数
特征
性质
y=x
y=x2
y=x3
y=x
y=x-1
定义域
R
R
R
[0,+∞)
{x|x∈R,
且x≠0}
值域
R
[0,+∞)
R
[0,+∞)
{y|y∈R,
且y≠0}
奇偶性
奇
偶
奇
非奇非偶
奇
续表
函数
特征
性质
y=x
y=x2
y=x3
y=x
y=x-1
单调性
增
在(-∞,0]
上减,在[0,
+∞)上增
增
增
在(-∞,0)
上减,在(0,
+∞)上减
定点
(0,0),(1,1)
(1,1)
1.概念辨析
(1)函数y=2x是幂函数.( )
(2)如果幂函数的图象与坐标轴相交,则交点一定是原点.( )
(3)二次函数y=ax2+bx+c(x∈R)不可能是偶函数.( )
(4)在y=ax2+bx+c(a≠0)中,a决定了图象的开口方向和在同一直角坐标系中的开口大小.( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√
2.小题热身
(1)若a<0,则0.5a,5a,0.2a的大小关系是( )
A.0.2a<5a<0.5a B.5a<0.5a<0.2a
C.0.5a<0.2a<5a D.5a<0.2a<0.5a
答案 B
解析 因为a<0,所以函数y=xa在(0,+∞)上是减函数,又0.2<0.5<5,所以0.2a>0.5a>5a,即5a<0.5a<0.2a.
(2)已知幂函数y=f(x)的图象过点(2,),则函数的解析式为________.
答案 f(x)=x
解析 设f(x)=xα,因为函数f(x)的图象过点(2,),所以=2α,即2=2α,所以α=,所以f(x)=x.
(3)若二次函数y=-2x2-4x+t的图象的顶点在x轴上,则t的值是________.
答案 -2
解析 y=-2x2-4x+t=-2(x2+2x)+t=-2[(x+1)2-1]+t=-2(x+1)2+2+t.
因为此函数的图象的顶点(-1,2+t)在x轴上,所以2+t=0,所以t=-2.
(4)函数f(x)=-x2+2x(0≤x≤3)的值域是________.
答案 [-3,1]
解析 因为f(x)=-x2+2x=-(x-1)2+1,所以f(x)在[0,1]上单调递增,在[1,3]上单调递减,又f(0)=0,f(1)=1,f(3)=-3,所以函数f(x)的值域为[-3,1].
对应学生用书P021
题型 一 求二次函数的解析式
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.
解 解法一:(利用二次函数的一般式)
设f(x)=ax2+bx+c(a≠0).
由题意得解得
故所求二次函数的解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
解法二:(利用二次函数的顶点式)
设f(x)=a(x-m)2+n(a≠0).
∵f(2)=f(-1),
∴抛物线的对称轴为x==.
∴m=,又根据题意函数f(x)有最大值8,
∴n=8,
∴y=f(x)=a2+8.
∵f(2)=-1,∴a2+8=-1,
解得a=-4,
∴f(x)=-42+8=-4x2+4x+7.
解法三:(利用两根式)
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f(x)有最大值8,即=8.
解得a=-4或a=0(舍去),
故所求函数解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
条件探究1 将本例中的“f(2)=-1,f(-1)=-1”改为“与x轴的两个交点坐标为(0,0)和(-2,0)”,其他条件不变,试确定f(x)的解析式.
解 设f(x)=ax(x+2).
因为函数f(x)的最大值为8,
所以a<0,且f(x)max=f(-1)=-a=8,所以a=-8,
所以f(x)=-8x(x+2)=-8x2-16x.
条件探究2 将本例中条件变为:二次函数f(x)的图象经过点(4,3),在x轴上截得的线段长为2,且∀x∈R,都有f(2+x)=f(2-x),试确定f(x)的解析式.
解 因为f(2-x)=f(2+x)对x∈R恒成立,
所以f(x)的对称轴为直线x=2.
又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1和3.
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),所以3a=3,所以a=1.
所以f(x)的解析式为f(x)=(x-1)(x-3),
即f(x)=x2-4x+3.
用待定系数法求二次函数的解析式
(1)关键:恰当选取二次函数解析式的形式
(2)选法
已知条件
解析式的形式
三点坐标
一般式
y=ax2+bx+c(a≠0)
顶点坐标
顶点式
y=a(x-h)2+k(a≠0)
对称轴
最大(小)值
与x轴两交点的坐标
两根式
y=a(x-x1)(x-x2)(a≠0)
1.已知二次函数f(x)=ax2+bx+c满足条件:①f(3-x)=f(x);②f(1)=0;③对任意实数x,f(x)≥-恒成立,则其解析式为f(x)=________.
答案 x2-3x+2
解析 由①得,对称轴方程为x=-=.
由②得,a+b+c=0.
由③得,f(x)min=≥-,且a>0.
解得a=1,b=-3,c=2.
所以f(x)=x2-3x+2.
2.如图是二次函数y=f(x)的图象,若|OC|=|OB|=3|OA|,且△ABC的面积S=6,求这个二次函数的解析式.
解 设二次函数解析式为y=ax2+bx+c(a≠0),
因为|OB|=|OC|=3|OA|,
所以|AB|=|OA|+|OB|=4|OA|,
且4|OA|×3|OA|×=6,得|OA|=1,
所以A(-1,0),B(3,0),C(0,3).
将三点坐标代入方程,得
解得a=-1,b=2,c=3.
所以二次函数解析式为y=-x2+2x+3.
题型 二 二次函数的图象与性质
角度1 二次函数的图象
1.如图是二次函数y=ax2+bx+c图象的一部分,图象过点A(-3,0),对称轴为直线x=-1.给出下面四个结论:
①b2>4ac;②2a-b=1;③a-b+c=0;④5a
A.②④ B.①④
C.②③ D.①③
答案 B
解析 ∵二次函数y=ax2+bx+c的图象与x轴交于两点,∴b2-4ac>0,即b2>4ac,①正确;二次函数的图象的对称轴为直线x=-1,即-=-1,2a-b=0,②错误;结合图象知,当x=-1时,y>0,即a-b+c>0,③错误;由对称轴为直线x=-1知,b=2a,又函数的图象开口向下,∴a<0,∴5a<2a,即5a 角度2 二次函数的单调性
2.(2019·河南中原名校联考)已知函数f(x)=2ax2+4(a-3)x+5在区间(-∞,3)上是减函数,则a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
答案 D
解析 因为函数f(x)=2ax2+4(a-3)x+5在区间(-∞,3)上是减函数,
当a≠0时,a须满足
解得0 当a=0时,f(x)=-12x+5在(-∞,3)上是减函数.
综上可知,a的取值范围是.
角度3 二次函数的最值
3.已知f(x)=-4x2+4ax-4a-a2在[0,1]内的最大值为-5,则a的值为( )
A. B.1或
C.-1或 D.-5或
答案 D
解析 f(x)=-42-4a,对称轴为直线x=.
①当≥1,即a≥2时,f(x)在[0,1]上递增,
∴f(x)max=f(1)=-4-a2.
令-4-a2=-5,得a=±1(舍去).
②当0<<1,即0 ③当≤0,即a≤0时,f(x)在[0,1]上递减,
∴f(x)max=f(0)=-4a-a2.
令-4a-a2=-5,解得a=-5或a=1(舍去).
综上所述,a=或-5.故选D.
角度4 与二次函数有关的恒成立问题
4.已知定义在R上的奇函数f(x)满足:当x≥0时,f(x)=x3,若不等式f(-4t)>f(2m+mt2)对任意实数t恒成立,则实数m的取值范围是( )
A.(-∞,-)
B.(-,0)
C.(-∞,0)∪(,+∞)
D.(-∞,-)∪(,+∞)
答案 A
解析 当x<0时,f(x)=-f(-x)=x3,∴f(x)=x3(x∈R),易知f(x)在R上是增函数,结合f(-4t)>f(2m+mt2)对任意实数t恒成立,知-4t>2m+mt2对任意实数t恒成立,即mt2+4t+2m<0对任意实数t恒成立,故有解得m∈(-∞,-).
5.当x∈(1,3)时,若不等式x2+mx+4<0恒成立,则m的取值范围是________.
答案 (-∞,-5]
解析 设f(x)=x2+mx+4.
因为x∈(1,3)时,不等式x2+mx+4<0恒成立,
所以即
解得m≤-5,
所以m的取值范围是(-∞,-5].
1.识别二次函数图象应学会“三看”
2.研究二次函数单调性的思路
(1)二次函数的单调性在其图象对称轴的两侧不同,因此研究二次函数的单调性时要依据其图象的对称轴进行分类讨论.
(2)若已知f(x)=ax2+bx+c(a>0)在区间A上单调递减(单调递增),则A⊆,即区间A一定在函数图象对称轴的左侧(右侧).如举例说明2.
3.二次函数最值问题的解法
抓住“三点一轴”数形结合,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,根据函数的单调性及分类讨论的思想即可完成.如举例说明3.
4.与二次函数有关的不等式恒成立的条件
(1)ax2+bx+c>0(a≠0)恒成立的充要条件是
(2)ax2+bx+c<0(a≠0)恒成立的充要条件是如举例说明4.
(3)a≥f(x)恒成立⇔a≥f(x)max,a≤f(x)恒成立⇔a≤f(x)min.
(4)f(x)=ax2+bx+c<0(a>0)在(m,n)上恒成立⇔如举例说明5.
(5)f(x)=ax2+bx+c>0(a<0)在[m,n]上恒成立⇔
1.(2019·重庆五中模拟)一次函数y=ax+b与二次函数y=ax2+bx+c在同一坐标系中的图象大致是( )
答案 C
解析 若a>0,则一次函数y=ax+b为增函数,二次函数y=ax2+bx+c的图象开口向上,故可排除A;若a<0,一次函数y=ax+b为减函数,二次函数y=ax2+bx+c的图象开口向下,故可排除D;看直线可知a>0,b>0,从而-<0,而二次函数图象的对称轴在y轴的右侧,故排除B,选C.
2.二次函数f(x)=ax2+bx+c(x∈R)的最小值为f(1),则f(),f,f()的大小关系是( )
A.f()<f<f()
B.f<f()<f()
C.f()<f()<f
D.f()<f()<f
答案 D
解析 因为二次函数f(x)=ax2+bx+c(x∈R)的最小值为f(1),
所以函数的图象开口向上,对称轴为直线x=1,
因为>|-1|>|-1|,
所以f()<f()<f.
3.(2019·陕西西安模拟)已知函数f(x)=-x2+4x,x∈[m,5]的值域是[-5,4],则实数m的取值范围是( )
A.(-∞,-1) B.(-1,2]
C.[-1,2] D.[2,5]
答案 C
解析 ∵f(x)=-x2+4x=-(x-2)2+4,
∴当x=2时,f(2)=4,
由f(x)=-x2+4x=-5,解得x=5或x=-1,
∴要使函数在[m,5]上的值域是[-5,4],则-1≤m≤2.
4.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________.
答案
解析 2ax2+2x-3<0在[-1,1]上恒成立.
当x=0时,-3<0,成立;
当x≠0时,a<2-,
因为∈(-∞,-1]∪[1,+∞),
当x=1时,右边取最小值,∴a<.
综上,实数a的取值范围是.
题型 三 幂函数的图象与性质
1.若四个幂函数y=xa,y=xb,y=xc,y=xd在同一坐标系中的图象如图所示,则a,b,c,d的大小关系是( )
A.d>c>b>a B.a>b>c>d
C.d>c>a>b D.a>b>d>c
答案 B
解析 观察图象联想y=x2,y=x,y=x-1在第一象限内的图象,可知c<0,d<0,0 由图象可知2c>2d,所以c>d.
综上知a>b>c>d.
2.若(2m+1)>(m2+m-1),则实数m的取值范围是( )
A. B.
C.(-1,2) D.
答案 D
解析 因为函数y=x在[0,+∞)上是增函数,
且(2m+1)>(m2+m-1),
所以解得≤m<2.
3.已知点在幂函数f(x)的图象上,则f(x)是( )
A.奇函数 B.偶函数
C.定义域内的减函数 D.定义域内的增函数
答案 A
解析 设幂函数f(x)=xα,
∵f(x)的图象经过点,
∴α=,∴α=-1.
∴f(x)=x-1,f(-x)=(-x)-1=-x-1=-f(x),
∴f(x)为奇函数.
1.求幂函数的解析式
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.如举例说明3.
2.幂函数的指数与图象特征的关系
当α≠0,1时,幂函数y=xα在第一象限内的图象特征:
α取值
α>1
0<α<1
α<0
图象
特殊点
过点(0,0),(1,1)
过点(0,0),(1,1)
过点(1,1)
凹凸性
下凸
上凸
下凸
单调性
递增
递增
递减
举例
举例说明1中,
y=xa
举例说明1中,
y=xb
举例说明1
中,y=xc,
y=xd
3.幂函数单调性的应用
(1)依据
当α>0时,幂函数f(x)=xα在(0,+∞)上单调递增;
当α<0时,幂函数f(x)=xα在(0,+∞)上单调递减.
(2)两类应用
①比较大小;
②解不等式,如举例说明2.
1.已知幂函数f(x)=(n2+2n-2)xn2-3n(n∈Z)的图象关于y轴对称,且在(0,+∞)上是减函数,则n的值为( )
A.-3 B.1
C.2 D.1或2
答案 B
解析 由于f(x)为幂函数,所以n2+2n-2=1,解得n=1或n=-3,经检验只有n=1符合题意,故选B.
2.若幂函数f(x)=x(m,n∈N*,m,n互质)的图象如图,则 ( )
A.m,n是奇数,且<1
B.m是偶数,n是奇数,且>1
C.m是偶数,n是奇数,且<1
D.m是奇数,n是偶数,且>1
答案 C
解析 由图象可知,函数f(x)为偶函数,所以m是偶数,n是奇数.函数图象在第一象限部分上凸,所以<1.
3.已知a=2,b=3,c=25,则( )
A.b C.b
解析 因为a=2=4,c=25=5,而函数y=x在(0,+∞)上单调递增,所以3<4<5,即b
对应学生用书P225
组 基础关
1.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. B.
C. D.
答案 C
解析 ∵函数f(x)=ax2+x+5的图象在x轴上方,
∴解得a>.
2.幂函数y=xm2-4m(m∈Z)的图象如图所示,则m的值可以为( )
A.0 B.1
C.2 D.3
答案 C
解析 由图象知,m2-4m<0且m2-4m为偶数,结合四个选项可知,m=2.
3.已知α∈,若f(x)=xα为奇函数,且在(0,+∞)上单调递增,则实数α的值是( )
A.-1,3 B.,3
C.-1,,3 D.,,3
答案 B
解析 因为f(x)=xα为奇函数,所以α∈.又f(x)=xα在(0,+∞)上单调递增,所以α∈.
4.设abc>0,则二次函数f(x)=ax2+bx+c的图象可能是( )
答案 D
解析 由A中图象知,a<0,c<0,-<0,所以b<0,与abc>0矛盾;由B中图象知,a<0,c>0,->0,所以b>0,与abc>0矛盾;由C中图象知,a>0,c<0,-<0,所以b>0,与abc>0矛盾;由D中图象知,a>0,c<0,->0,所以b<0,abc>0成立.
5.(2019·吉林省实验中学模拟)已知点(2,8)在幂函数f(x)=xn的图象上,设a=f,b=f(ln π),c=f,则a,b,c的大小关系为( )
A.a<c<b B.a<b<c
C.b<c<a D.b<a<c
答案 A
解析 由点(2,8)在幂函数f(x)=xn的图象上,可得2n=8,解得n=3,所以f(x)=x3.所以f(x)在R上是增函数.因为0<<<1<ln π,所以f<f<f(ln π),即a<c<b.
6.已知a,b,c∈R,函数f(x)=ax2+bx+c.若f(1)=f(3)>f(4),则( )
A.a>0,4a+b=0 B.a<0,4a+b=0
C.a>0,2a+b=0 D.a<0,2a+b=0
答案 B
解析 因为f(1)=f(3),则直线x=2为对称轴,故-=2,则4a+b=0,又f(3)>f(4),所以f(x)在(2,+∞)上为减函数,所以函数f(x)的图象开口向下,所以a<0.
7.(2020·百色市摸底)已知函数f(x)=x2+x+c,若f(0)>0,f(p)<0,则必有( )
A.f(p+1)>0
B.f(p+1)<0
C.f(p+1)=0
D.f(p+1)的符号不能确定
答案 A
解析 该函数图象是开口向上的抛物线,对称轴为直线x=-.f(0)=c>0,即抛物线在y轴上的截距大于0.因为图象关于直线x=-对称,所以f(-1)=f(0)>0.设f(x)=0的两根为x1,x2,令x1<x2,则-1<x1<x2<0,根据图象知,x1<p<x2,故p+1>0,f(p+1)>0.
8.(2019·潍坊质检)已知函数f(x)为幂函数,且f(4)=,则当f(a)=4f(a+3)时,实数a等于________.
答案
解析 设f(x)=xα,则4α=,所以α=-.
因此f(x)=x-,从而a-=4(a+3)-,解得a=.
9.已知二次函数f(x)是偶函数,且f(4)=4f(2)=16,则函数f(x)的解析式为________.
答案 f(x)=x2
解析 由题意可设函数f(x)=ax2+c(a≠0),则f(4)=16a+c=16,4f(2)=4(4a+c)=16a+4c=16,所以a=1,c=0,故f(x)=x2.
10.(2019·南阳模拟)设二次函数f(x)=ax2+2ax+1在[-3,2]上有最大值4,则实数a的值为________.
答案 -3或
解析 此函数图象的对称轴为直线x=-1,当a>0时,图象开口向上,所以当x=2时取得最大值,即f(2)=4a+4a+1=4,解得a=;
当a<0时,图象开口向下,所以当x=-1时取得最大值,即f(-1)=a-2a+1=4,解得a=-3.故实数a的值为-3或.
组 能力关
1.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>0,若a,b∈R,且a+b>0,则f(a)+f(b)的值( )
A.恒大于0 B.恒小于0
C.等于0 D.无法判断
答案 A
解析 ∵对任意的x1,x2∈(0,+∞),且x1≠x2,满足>0,∴幂函数f(x)在(0,+∞)上是增函数,∴解得m=2,则f(x)=x2015.
∵函数f(x)=x2015在R上是奇函数,且为增函数,由a+b>0,得a>-b,∴f(a)>f(-b)=-f(b),∴f(a)+f(b)>0.故选A.
2.已知二次函数f(x)=ax2+bx+c是偶函数,若对任意实数x1,x2都有f≥,则f(x)的图象可能是( )
答案 C
解析 二次函数f(x)=ax2+bx+c是偶函数,则b=0,图象关于y轴对称,所以排除A,D;对任意实数x1,x2都有f≥,所以函数f(x)为上凸函数,结合二次函数的性质可得实数a<0,即排除B.故选C.
3.已知函数f(x)=x2+2x+1,如果使f(x)≤kx对任意实数x∈(1,m]都成立的m的最大值是5,则实数k=________.
答案
解析 设g(x)=x2+(2-k)x+1.
设不等式g(x)≤0的解集为a≤x≤b.
则Δ=(2-k)2-4≥0,解得k≥4或k≤0,
又因为函数f(x)=x2+2x+1,且f(x)≤kx对任意实数x∈(1,m]恒成立;
所以(1,m]⊆[a,b],所以a≤1,b≥m,
所以g(1)=4-k<0,解得k>4,
m的最大值为b,所以有b=5.
即x=5是方程g(x)=0的一个根,
代入x=5,解得k=.
4.已知函数f(x)=ax2-2ax+2+b(a≠0),若f(x)在区间[2,3]上有最大值5,最小值2.
(1)求a,b的值;
(2)若b<1,g(x)=f(x)-mx在[2,4]上单调,求m的取值范围.
解 (1)f(x)=a(x-1)2+2+b-a.
当a>0时,f(x)在[2,3]上为增函数,
故⇒⇒
当a<0时,f(x)在[2,3]上为减函数,
故⇒⇒
故当a>0时,a=1,b=0,当a<0时,a=-1,b=3.
(2)∵b<1,∴a=1,b=0,即f(x)=x2-2x+2.
g(x)=x2-2x+2-mx=x2-(2+m)x+2,
∵g(x)在[2,4]上单调,∴≤2或≥4.
∴m≤2或m≥6.
故m的取值范围为(-∞,2]∪[6,+∞).
5.若二次函数f(x)=x2+bx+c满足f(2)=f(-2),且方程f(x)=0的一个根为1.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若对任意的x∈,4m2f(x)+f(x-1)≥4-4m2恒成立,求实数m的取值范围.
解 (1)因为f(2)=f(-2)且f(1)=0,
所以所以b=0,c=-1,
所以f(x)=x2-1.
(2)由题意知4m2(x2-1)+(x-1)2-1+4m2-4≥0在x∈上恒成立,
整理得m2≥+-在x∈上恒成立,
令g(x)=+-=2-,
因为x∈,所以∈(0,2],
当=2时,函数g(x)取得最大值,所以m2≥,
解得m≤-或m≥.
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