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2021届浙江省高考数学一轮学案:第三章第7节 函数的图象与变换
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第7节 函数的图象与变换
考试要求 1.在实际情境中,会根据不同的需要选择恰当的方法(如图象法、列表法、解析法)表示函数;2.会运用基本初等函数的图象分析函数的性质,并运用函数的图象解简单的方程(不等式)问题.
知 识 梳 理
1.利用描点法作函数的图象
步骤:(1)确定函数的定义域;(2)化简函数解析式;(3)讨论函数的性质(奇偶性、单调性、周期性、对称性等);(4)列表(尤其注意特殊点、零点、最大值点、最小值点、与坐标轴的交点等),描点,连线.
2.利用图象变换法作函数的图象
(1)平移变换
(2)对称变换
y=f(x)的图象y=-f(x)的图象;
y=f(x)的图象y=f(-x)的图象;
y=f(x)的图象y=-f(-x)的图象;
y=ax(a>0,且a≠1)的图象y=logax(a>0,且a≠1)的图象.
(3)伸缩变换
y=f(x)y=f(ax).
y=f(x)y=Af(x).
(4)翻转变换
y=f(x)的图象y=|f(x)|的图象;
y=f(x)的图象y=f(|x|)的图象.
[常用结论与易错提醒]
1.图象左右平移变换是针对自变量x而言的,如从f(-2x)的图象到f(-2x+1)的图象是向右平移个单位,先作如下变形f(-2x+1)=f,可避免出错.
2.明确一个函数的图象关于y轴对称与两个函数的图象关于y轴对称的不同,前者是自身对称,且为偶函数,后者是两个不同函数的对称关系.
3.当图形不能准确地说明问题时,可借助“数”的精确,注重数形结合思想的运用.
诊 断 自 测
1.判断下列说法的正误.
(1)函数y=f(1-x)的图象,可由y=f(-x)的图象向左平移1个单位得到.( )
(2)函数y=f(x)的图象关于y轴对称即函数y=f(x)与y=f(-x)的图象关于y轴对称.( )
(3)当x∈(0,+∞)时,函数y=f(|x|)的图象与y=|f(x)|的图象相同.( )
(4)若函数y=f(x)满足f(1+x)=f(1-x),则函数f(x)的图象关于直线x=1对称.( )
解析 (1)y=f(-x)的图象向左平移1个单位得到y=f(-1-x)的图象,故(1)错.
(2)两种说法有本质不同,前者为函数的图象自身关于y轴对称,后者是两个函数的图象关于y轴对称,故(2)错.
(3)令f(x)=-x,当x∈(0,+∞)时,y=|f(x)|=x,y=f(|x|)=-x,两函数图象不同,故(3)错.
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
2.函数f(x)的图象向右平移1个单位长度,所得图象与曲线y=ex关于y轴对称,则f(x)的解析式为( )
A.f(x)=ex+1 B.f(x)=ex-1
C.f(x)=e-x+1 D.f(x)=e-x-1
解析 依题意,与曲线y=ex关于y轴对称的曲线是y=e-x,于是f(x)相当于y=e-x向左平移1个单位的结果,∴f(x)=e-(x+1)=e-x-1.
答案 D
3.(2019·浙江名师预测卷)函数y=(ex-e-x)sin|2x|的图象可能是( )
解析 由题可知函数f(x)=(ex-e-x)sin|2x|是奇函数,故排除B,C;当x∈时,f(x)>0,故排除D,故选A.
答案 A
4.若函数y=f(x)在x∈[-2,2]的图象如图所示,则当x∈[-2,2]时,f(x)+f(-x)=________.
解析 由于y=f(x)的图象关于原点对称,
∴f(x)+f(-x)=f(x)-f(x)=0.
答案 0
5.若关于x的方程|x|=a-x只有一个解,则实数a的取值范围是________.
解析 在同一个坐标系中画出函数y=|x|与y=a-x的图象,如图所示.由图象知当a>0时,方程|x|=a-x只有一个解.
答案 (0,+∞)
6.已知函数f(x)=2x,若函数g(x)的图象与f(x)的图象关于x轴对称,则g(x)=________;若把函数f(x)的图象向左平移1个单位,再向下平移4个单位后,所得函数的解析式为h(x)=________.
解析 ∵g(x)的图象与函数f(x)=2x的图象关于x轴对称,∴g(x)=-2x.把f(x)=2x的图象向左平移1个单位,得m(x)=2x+1的图象,再向下平移4个单位,得h(x)=2x+1-4的图象.
答案 -2x 2x+1-4
考点一 作函数的图象
【例1】 作出下列函数的图象:
(1)y=;(2)y=|log2(x+1)|;
(3)y=;(4)y=x2-2|x|-1.
解 (1)先作出y=的图象,保留y=图象中x≥0的部分,再作出y=的图象中x>0部分关于y轴的对称部分,即得y=的图象,如图①实线部分.
(2)将函数y=log2x的图象向左平移一个单位,再将x轴下方的部分沿x轴翻折上去,即可得到函数y=|log2(x+1)|的图象,如图②.
(3)∵y=2+,故函数图象可由y=图象向右平移1个单位,再向上平移2个单位即得,如图③.
(4)∵y=且函数为偶函数,先用描点法作出[0,+∞)上的图象,再根据对称性作出(-∞,0)上的图象,得图象如图④.
规律方法 画函数图象的一般方法
(1)直接法.当函数解析式(或变形后的解析式)是熟悉的基本函数时,就可根据这些函数的特征描出图象的关键点直接作出.
(2)图象变换法.若函数图象可由某个基本函数的图象经过平移、翻折、对称得到,可利用图象变换作出,并应注意平移变换与伸缩变换的顺序对变换单位及解析式的影响.
【训练1】 分别画出下列函数的图象:
(1)y=|lg x|;(2)y=sin |x|.
解 (1)∵y=|lg x|=
∴函数y=|lg x|的图象,如图①.
(2)当x≥0时,y=sin|x|与y=sin x的图象完全相同,又y=sin|x|为偶函数,图象关于y轴对称,其图象如图②.
考点二 函数图象的辨识
【例2】 (1)(2019·全国Ⅰ卷)函数f(x)=在[-π,π]的图象大致为( )
(2)(2020·杭州二中模拟)现有四个函数①y=x|sin x|,②y=xcos|x|,③y=,④y=xln|x|的部分图象如图,但顺序被打乱,则按照图象从左到右的顺序,对应的函数序号正确的一组是( )
A.①④②③ B.①④③②
C.③②④① D.③④②①
解析 (1)显然f(-x)=-f(x),x∈[-π,π],
所以f(x)为奇函数,排除A;
当x=π时, f(π)=>0,排除B,C.故选D.
(2)结合图形及函数的解析式可知y=x|sin x|,y=xcos|x|,y=xln|x|都是奇函数,而y=是非奇非偶函数,对比图象,第一个图象对应的解析式为③;对于函数y=xcos|x|来说,当0<x<1时,y>0,当x=π时,y<0,对比图象可知第二个图象对应的解析式为②;对于函数y=xln|x|来说,当0<x<1时,y<0,且当x=1时,y=0,对比图象可知第三个图象对应的解析式为④;对于函数y=x|sin x|来说,当x<0时,y≤0,当x>0时,y≥0,对比图象可知第四个图象对应的解析式为①;由此可知按照图象从左到右的顺序对应的函数的序号正确的一组是③②④①,故选C.
答案 (1)D (2)C
规律方法 (1)抓住函数的性质,定性分析
①从函数的定义域,判断图象的左右位置;从函数的值域,判断图象的上下位置.②从函数的单调性,判断图象的变化趋势;③从周期性,判断图象的循环往复.④从函数的奇偶性,判断图象的对称性.
(2)抓住函数的特征,定量计算
从函数的特征点,利用特征点、特殊值的计算分析解决问题.
【训练2】 (1)(2019·浙江名校新高考研究联盟三联)已知某函数图象如图所示,则此函数的解析式可能是( )
A.f(x)=·sin x B.f(x)=·sin x
C.f(x)=·cos x D.f(x)=·cos x
(2)函数y=2x2-e|x|在[-2,2]的图象大致为( )
解析 (1)由图象可知该函数是偶函数,因为A,B的函数是偶函数,C,D是奇函数,故排除C,D.A,B中,因为f(π)=0,取x=,则A项中,f=×>0,B项中,f<0,所以可以排除B,故选A.
(2)f(x)=2x2-e|x|,x∈[-2,2]是偶函数,又f(2)=8-e2∈(0,1),排除A,B.设g(x)=2x2-ex,x≥0,则g′(x)=4x-ex.又g′(0)<0,g′(2)>0,∴g(x)在(0,2)内至少存在一个极值点,∴f(x)=2x2-e|x|在(0,2)内至少存在一个极值点,排除C,故选D.
答案 (1)A (2)D
考点三 函数图象的应用 多维探究
角度1 研究函数的性质
【例3-1】 (一题多解)设函数f(x)=min{|x-2|,x2,|x+2|},其中min{x,y,z}表示x,y,z中的最小者.下列说法错误的是( )
A.函数f(x)为偶函数
B.若x∈[1,+∞)时,有f(x-2)≤f(x)
C.若x∈R时,f(f(x))≤f(x)
D.若x∈[-4,4]时,|f(x)-2|≥f(x)
解析 法一 由f(x)=min{|x-2|,x2,|x+2|},得f(-x)=min{|-x-2|,(-x)2,|-x+2|}=f(x),即函数f(x)为偶函数;如图,作出函数f(x)的图象,将f(x)的图象向右平移2个单位长度知f(x-2)的图象在[1,+∞)上的部分位于f(x)的图象的下方,则有f(x-2)≤f(x);令f(x)=u≥0,则由图象知f(u)≤u,由排除法知D错误,故选D.
法二 若x∈[-4,4],则0≤f(x)≤2,故|f(x)-2|=2-f(x)≥f(x)等价于0≤f(x)≤1,所以当x∈[-4,4]时,|f(x)-2|≥f(x)不恒成立.否定一个结论,只需给出一个反例即可.取x=4,则|f(4)-2|=0
答案 D
角度2 研究函数零点(或方程根)的个数
【例3-2】 (2019·杭州三校三联)已知函数f(x)=若函数y=f(x)-log2(a-x)恰有两个零点,则实数a的取值范围为________.
解析 函数y=f(x)-log2(a-x)恰有两个零点等价于函数f(x)与g(x)=log2(a-x)的图象恰有两个交点,在平面直角坐标系内画出函数f(x)的图象如图所示,其中函数g(x)=log2(a-x)的图象可以看作是由函数h(x)=log2(-x)的图象向右平移a个单位长度得到的,当g(x)=log2(a-x)过点(-2,0)时,a=-1,g(x)与f(x)只有一个交点;当g(x)=log2(a-x)过点(0,0)时,a=1,g(x)与f(x)只有一个交点;当g(x)=log2(a-x)过点(2,0)时,a=3,g(x)与f(x)有两个交点;当g(x)=log2(a-x)过点(2,1)时,a=4,且此时g(x)也过点(0,2),g(x)在(2,4)上与f(x)有一个交点,共3个交点;当g(x)=log2(a-x)过点时,a=4+,此时f(x)与g(x)有一个交点;故当a>4+时,f(x)与g(x)无交点.综上,当a<-1或a>4+时,函数g(x)与f(x)无交点;当-1≤a≤1或4<a≤4+时,函数g(x)与f(x)有一个交点;当1<a≤3时,函数g(x)与f(x)有两个交点;当3<a≤4时,函数g(x)与f(x)有三个交点,所以1<a≤3.
答案 (1,3]
角度3 求不等式的解集
【例3-3】 函数f(x)是定义在[-4,4]上的偶函数,其在[0,4]上的图象如图所示,那么不等式<0的解集为________.
解析 当x∈时,y=cos x>0.
当x∈时,y=cos x<0.
结合y=f(x),x∈[0,4]上的图象知,当1<x<时,<0.
又函数y=为偶函数,
∴在[-4,0]上,<0的解集为,
所以<0的解集为∪.
答案 ∪
规律方法 (1)利用函数的图象研究函数的性质,一定要注意其对应关系,如图象的左右范围对应定义域,上下范围对应值域,上升、下降趋势对应单调性,对称性对应奇偶性.
(2)研究方程根的个数或由方程根的个数确定参数的值(范围):构造函数,转化为两函数图象的交点个数问题,在同一坐标系中分别作出两函数的图象,数形结合求解.
(3)研究不等式的解:当不等式问题不能用代数法求解,但其对应函数的图象可作出时,常将不等式问题转化为两函数图象的上、下关系问题,从而利用数形结合求解.
【训练3】 (1)(角度1)已知定义在R上的函数f(x),g(x)满足f(-x)=f(x),且在(0,+∞)上单调递减,g(1-x)=g(1+x),且在(1,+∞)上单调递减,设函数F(x)=[f(x)+g(x)+|f(x)-g(x)|],则对任意x∈R,均有( )
A.F(1-x)≥F(1+x) B.F(1-x)≤F(1+x)
C.F(1-x2)≥F(1+x2) D.F(1-x2)≤F(1+x2)
(2)(角度2)已知当x∈[0,1]时,函数y=(mx-1)2的图象与y=+m的图象有且只有一个交点,则正实数m的取值范围是________.
(3)(角度3)已知函数y=f(x)的图象是圆x2+y2=2上的两段弧,如图所示,则不等式f(x)>f(-x)-2x的解集是______.
解析 (1)因为F(x)=根据题意,F(x)的示意图可表示为如图中的实线部分,所以有F(1-x2)≥F(1+x2),故选C.
(2)y=(mx-1)2=m2,相当于y=x2向右平移个单位,再将函数值放大m2倍得到的;
y=+m相当于y=向上平移m个单位.
①若0<m≤1,两函数的图象如图1所示,可知两函数在x∈[0,1]上有且只有1个交点,符合题意.
②若m>1,两函数的大致图象如图2所示.
为使两函数图象在x∈[0,1]上有且只有1个交点,只需(m-1)2≥1+m,得m≥3或m≤0(舍去).
综上,m∈(0,1]∪[3,+∞).
(3)由图象可知,函数f(x)为奇函数,故原不等式可等价转化为f(x)>-x.
在同一直角坐标系中分别画出y=f(x)与y=-x的图象,由图象可知不等式的解集为(-1,0)∪(1,].
答案 (1)C (2)(0,1]∪[3,+∞)
(3)(-1,0)∪(1,]
基础巩固题组
一、选择题
1.为了得到函数y=2x-2的图象,可以把函数y=2x图象上所有的点( )
A.向右平行移动2个单位长度
B.向右平行移动1个单位长度
C.向左平行移动2个单位长度
D.向左平行移动1个单位长度
解析 因为y=2x-2=2(x-1),所以只需将函数y=2x的图象上所有的点向右平移1个单位长度即可得到y=2(x-1)=2x-2的图象.
答案 B
2.(2020·镇海中学模拟)小明站在点O观察练车场上匀速行驶的小车P的运动情况,小车从点A出发的运动轨迹如图所示.设小明从点A开始随动点P变化的视角为θ=∠AOP,练车时间为t,则函数θ=f(t)的图象大致为( )
解析 结合小明观察小车的运动轨迹可以看到,其观察视角从一开始增大,然后减小,有一段几乎没有发生变化,然后再减小,最后呈增大趋势,结合选项可知D正确.
答案 D
3.使log2(-x)<x+1成立的x的取值范围是( )
A.(-1,0) B.[-1,0)
C.(-2,0) D.[-2,0)
解析 在同一直角坐标系内作出y=log2(-x),y=x+1的图象,知满足条件的x∈(-1,0),故选A.
答案 A
4.(2019·绍兴适应性考试)函数y=(x3-x)ln|x|的图象是( )
解析 设f(x)=y=(x3-x)ln|x|,易得函数f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),且f(-x)=[(-x)3-(-x)]·ln|-x|=-(x3-x)ln|x|=-f(x),所以函数f(x)为奇函数,函数图象关于原点中心对称,所以排除B;当0<x<1时,f(x)=(x3-x)ln x,因为x3-x<0,ln x<0,所以f(x)=(x3-x)ln x>0,所以排除A;当x>1时,f(x)=(x3-x)ln x,因为x3-x>0,ln x>0,所以f(x)=(x3-x)ln x>0,所以排除D,故选C.
答案 C
5.(2020·杭州质检)函数f(x)=(其中e为自然对数的底数)的图象可能是( )
解析 由题意得函数f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),且f(-x)==-=-f(x),则函数f(x)为奇函数,函数图象关于原点中心对称,排除B,D;f(x)===1+=1+,所以当x→+∞时,f(x)→1,排除A,故选C.
答案 C
6.已知函数f(x)=则方程f=1的实根个数为( )
A.8 B.7
C.6 D.5
解析 由f(x)的解析式可以在平面直角坐标系中画出简图,如图所示,通过图象易知f(x)=1有四个根,分别为x=-1,,1或3,即x+-2可能取该四个值,分别对应x+=1或或3或5,整理得,x2-x+1=0 ①,x2-x+1=0 ②,x2-3x+1=0 ③,x2-5x+1=0 ④,Δ1<0,Δ2>0,Δ3>0,Δ4>0,所以实根有6个,故选C.
答案 C
二、填空题
7.如图,定义在[-1,+∞)上的函数f(x)的图象由一条线段及抛物线的一部分组成,则f(x)的解析式为________.
解析 当-1≤x≤0时,设解析式为y=kx+b(k≠0).
则得∴y=x+1.
当x>0时,设解析式为y=a(x-2)2-1(a≠0).
∵图象过点(4,0),∴0=a(4-2)2-1,得a=.
答案 f(x)=
8.(2020·绍兴适应性考试)已知函数f(x)=若a>0,b<0,且f(a)=f(b),则f(a+b)的取值范围是________.
解析 在平面直角坐标系内画出函数f(x)的图象如图所示,由图易得要使a>0,b<0,f(a)=f(b),则a>0,b<-,且-2b-3=a2,则b=,则a+b=a+=-(a-1)2-1,当a>0时,a+b=-(a-1)2-1∈(-∞,-1],所以f(a+b)=-2(a+b)-3∈[-1,+∞).
答案 [-1,+∞)
9.函数y=为________函数(填“奇”或“偶”),函数f(x)=+1的对称中心为________.
解析 y=的定义域为R,记g(x)=,则g(-x)===-g(x),∴g(x)即y=是奇函数;函数f(x)的定义域为R,f(-x)+f(x)=+1++1=+2=4,故f(x)的对称中心为(0,2).
答案 奇 (0,2)
10.函数f(x)的定义域为[-1,1],图象如图1所示;函数g(x)的定义域为[-2,2],图象如图2所示.方程f(g(x))=0有m个实数根,方程g(f(x))=0有n个实数根,则m=__________,n=__________.
解析 由题图1可知,若f(g(x))=0,则g(x)=-1或g(x)=0或g(x)=1,由题图2知,g(x)=-1时,x=-1或x=1;g(x)=0时,x=-或x=0或x=;g(x)=1时,x=2或x=-2,故m=7.若g(f(x))=0,则f(x)=-或f(x)=或f(x)=0,由题图1知,f(x)=与f(x)=-对应的x值各有2个,f(x)=0时,x=-1或x=1或x=0,故n=7.
答案 7 7
三、解答题
11.已知函数f(x)=
(1)在如图所示给定的直角坐标系内画出f(x)的图象;
(2)写出f(x)的单调递增区间;
(3)由图象指出当x取什么值时f(x)有最值.
解 (1)函数f(x)的图象如图所示.
(2)由图象可知,
函数f(x)的单调递增区间为[-1,0],[2,5].
(3)由图象知当x=2时,f(x)min=f(2)=-1,
当x=0时,f(x)max=f(0)=3.
12.已知f(x)=|x2-4x+3|.
(1)作出函数f(x)的图象;
(2)求函数f(x)的单调区间,并指出其单调性;
(3)求集合M={m|使方程f(x)=m有四个不相等的实根}.
解 (1)当x2-4x+3≥0时,x≤1或x≥3,
∴f(x)=
∴f(x)的图象为:
(2)由函数的图象可知f(x)的单调区间是(-∞,1],(2,3),(1,2],[3,+∞),其中(-∞,1],(2,3)是减区间;(1,2],[3,+∞)是增区间.
(3)由f(x)的图象知,当0
能力提升题组
13.已知二次函数f(x)=x2-bx+a的部分图象如图所示,则函数g(x)=ex+f′(x)的零点所在的区间是( )
A.(-1,0) B.(0,1)
C.(1,2) D.(2,3)
解析 由函数f(x)的图象可知,0<f(0)=a<1,f(1)=1-b+a=0,所以1<b<2.又f′(x)=2x-b,所以g(x)=ex+2x-b,所以g′(x)=ex+2>0,所以g(x)在R上单调递增,又g(0)=1-b<0,g(1)=e+2-b>0,根据函数的零点存在性定理可知,函数g(x)的零点所在的区间是(0,1),故选B.
答案 B
14.已知函数f(x)=则对任意x1,x2∈R,若0<|x1|<|x2|,下列不等式成立的是( )
A.f(x1)+f(x2)<0 B.f(x1)+f(x2)>0
C.f(x1)-f(x2)>0 D.f(x1)-f(x2)<0
解析 函数f(x)的图象如图所示:
且f(-x)=f(x),从而函数f(x)是偶函数且在[0,+∞)上是增函数.
又0<|x1|<|x2|,∴f(x2)>f(x1),
即f(x1)-f(x2)<0.
答案 D
15.已知f(x)=则函数y=2[f(x)]2-3f(x)+1的零点个数是________.
解析 由2[f(x)]2-3f(x)+1=0得f(x)=或f(x)=1.
作出函数y=f(x)的图象.
由图象知y=与y=f(x)的图象有2个交点,y=1与y=f(x)的图象有3个交点.
因此函数y=2[f(x)]2-3f(x)+1的零点有5个.
答案 5
16.(2020·嘉兴测试)已知函数f(x)=
(1)若对任意的x∈R,都有f(x)≤|k-1|成立,则实数k的取值范围为________;
(2)若存在x∈R,使|f(x)|≤k,则实数k的取值范围是________.
解析 (1)对任意x∈R,都有f(x)≤|k-1|成立,
即f(x)max≤|k-1|.
因为f(x)的草图如图所示,
观察f(x)=的图象可知,当x=时,函数f(x)max=,
所以|k-1|≥,解得k≤或k≥.
(2)|f(x)|的图象如图所示且|f(x)|∈[0,+∞),∵存在x∈R,使|f(x)|≤k,故k的取值范围是[0,+∞).
答案 (1)∪
(2)[0,+∞)
17.已知函数f(x)的图象与函数h(x)=x++2的图象关于点A(0,1)对称.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若g(x)=f(x)+,g(x)在区间(0,2]上的值不小于6,求实数a的取值范围.
解 (1)设f(x)图象上任一点坐标为(x,y),
∵点(x,y)关于点A(0,1)的对称点(-x,2-y)在h(x)的图象上,
∴2-y=-x++2,∴y=x+,即f(x)=x+.
(2)由题意g(x)=x+,
且g(x)=x+≥6,x∈(0,2].
∵x∈(0,2],∴a+1≥x(6-x),
即a≥-x2+6x-1.
令q(x)=-x2+6x-1,x∈(0,2],
q(x)=-x2+6x-1=-(x-3)2+8,
∴当x∈(0,2]时,q(x)是增函数,q(x)max=q(2)=7.
故实数a的取值范围是[7,+∞).
18.已知函数f(x)=x2-ax-4(a∈R)的两个零点为x1,x2,设x1
(1)当a>0时,证明:-2
(2)若函数g(x)=x2-|f(x)|在区间(-∞,-2)和(2,+∞)上均单调递增,求a的取值范围.
(1)证明 令f(x)=0解得x1=,x2=.
∵>=a,∴<0.∵a>0,
∴<=a+4,∴>=-2.∴-2
(2)解 g(x)=x2-|x2-ax-4|,
设y1=x2,|y2|=|x2-ax-4|,
∴y1′=2x,|y2′|=|2x-a|,
∵g(x)在区间(-∞,-2)和(2,+∞)上均单调递增,
∴y1′>|y2′|,即2x>|2x-a|(x>2).
当a=0时,显然不成立,
若a>0,作出y=2x和y=|2x-a|的函数图象如图:
∴0<≤2,解得0 若a<0,作出y=2x和y=|2x-a|的函数图象如图:
由图象可知2x<|2x-a|,故g′(x)>0不成立,不符合题意.
综上,a的取值范围是(0,8].
第7节 函数的图象与变换
考试要求 1.在实际情境中,会根据不同的需要选择恰当的方法(如图象法、列表法、解析法)表示函数;2.会运用基本初等函数的图象分析函数的性质,并运用函数的图象解简单的方程(不等式)问题.
知 识 梳 理
1.利用描点法作函数的图象
步骤:(1)确定函数的定义域;(2)化简函数解析式;(3)讨论函数的性质(奇偶性、单调性、周期性、对称性等);(4)列表(尤其注意特殊点、零点、最大值点、最小值点、与坐标轴的交点等),描点,连线.
2.利用图象变换法作函数的图象
(1)平移变换
(2)对称变换
y=f(x)的图象y=-f(x)的图象;
y=f(x)的图象y=f(-x)的图象;
y=f(x)的图象y=-f(-x)的图象;
y=ax(a>0,且a≠1)的图象y=logax(a>0,且a≠1)的图象.
(3)伸缩变换
y=f(x)y=f(ax).
y=f(x)y=Af(x).
(4)翻转变换
y=f(x)的图象y=|f(x)|的图象;
y=f(x)的图象y=f(|x|)的图象.
[常用结论与易错提醒]
1.图象左右平移变换是针对自变量x而言的,如从f(-2x)的图象到f(-2x+1)的图象是向右平移个单位,先作如下变形f(-2x+1)=f,可避免出错.
2.明确一个函数的图象关于y轴对称与两个函数的图象关于y轴对称的不同,前者是自身对称,且为偶函数,后者是两个不同函数的对称关系.
3.当图形不能准确地说明问题时,可借助“数”的精确,注重数形结合思想的运用.
诊 断 自 测
1.判断下列说法的正误.
(1)函数y=f(1-x)的图象,可由y=f(-x)的图象向左平移1个单位得到.( )
(2)函数y=f(x)的图象关于y轴对称即函数y=f(x)与y=f(-x)的图象关于y轴对称.( )
(3)当x∈(0,+∞)时,函数y=f(|x|)的图象与y=|f(x)|的图象相同.( )
(4)若函数y=f(x)满足f(1+x)=f(1-x),则函数f(x)的图象关于直线x=1对称.( )
解析 (1)y=f(-x)的图象向左平移1个单位得到y=f(-1-x)的图象,故(1)错.
(2)两种说法有本质不同,前者为函数的图象自身关于y轴对称,后者是两个函数的图象关于y轴对称,故(2)错.
(3)令f(x)=-x,当x∈(0,+∞)时,y=|f(x)|=x,y=f(|x|)=-x,两函数图象不同,故(3)错.
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
2.函数f(x)的图象向右平移1个单位长度,所得图象与曲线y=ex关于y轴对称,则f(x)的解析式为( )
A.f(x)=ex+1 B.f(x)=ex-1
C.f(x)=e-x+1 D.f(x)=e-x-1
解析 依题意,与曲线y=ex关于y轴对称的曲线是y=e-x,于是f(x)相当于y=e-x向左平移1个单位的结果,∴f(x)=e-(x+1)=e-x-1.
答案 D
3.(2019·浙江名师预测卷)函数y=(ex-e-x)sin|2x|的图象可能是( )
解析 由题可知函数f(x)=(ex-e-x)sin|2x|是奇函数,故排除B,C;当x∈时,f(x)>0,故排除D,故选A.
答案 A
4.若函数y=f(x)在x∈[-2,2]的图象如图所示,则当x∈[-2,2]时,f(x)+f(-x)=________.
解析 由于y=f(x)的图象关于原点对称,
∴f(x)+f(-x)=f(x)-f(x)=0.
答案 0
5.若关于x的方程|x|=a-x只有一个解,则实数a的取值范围是________.
解析 在同一个坐标系中画出函数y=|x|与y=a-x的图象,如图所示.由图象知当a>0时,方程|x|=a-x只有一个解.
答案 (0,+∞)
6.已知函数f(x)=2x,若函数g(x)的图象与f(x)的图象关于x轴对称,则g(x)=________;若把函数f(x)的图象向左平移1个单位,再向下平移4个单位后,所得函数的解析式为h(x)=________.
解析 ∵g(x)的图象与函数f(x)=2x的图象关于x轴对称,∴g(x)=-2x.把f(x)=2x的图象向左平移1个单位,得m(x)=2x+1的图象,再向下平移4个单位,得h(x)=2x+1-4的图象.
答案 -2x 2x+1-4
考点一 作函数的图象
【例1】 作出下列函数的图象:
(1)y=;(2)y=|log2(x+1)|;
(3)y=;(4)y=x2-2|x|-1.
解 (1)先作出y=的图象,保留y=图象中x≥0的部分,再作出y=的图象中x>0部分关于y轴的对称部分,即得y=的图象,如图①实线部分.
(2)将函数y=log2x的图象向左平移一个单位,再将x轴下方的部分沿x轴翻折上去,即可得到函数y=|log2(x+1)|的图象,如图②.
(3)∵y=2+,故函数图象可由y=图象向右平移1个单位,再向上平移2个单位即得,如图③.
(4)∵y=且函数为偶函数,先用描点法作出[0,+∞)上的图象,再根据对称性作出(-∞,0)上的图象,得图象如图④.
规律方法 画函数图象的一般方法
(1)直接法.当函数解析式(或变形后的解析式)是熟悉的基本函数时,就可根据这些函数的特征描出图象的关键点直接作出.
(2)图象变换法.若函数图象可由某个基本函数的图象经过平移、翻折、对称得到,可利用图象变换作出,并应注意平移变换与伸缩变换的顺序对变换单位及解析式的影响.
【训练1】 分别画出下列函数的图象:
(1)y=|lg x|;(2)y=sin |x|.
解 (1)∵y=|lg x|=
∴函数y=|lg x|的图象,如图①.
(2)当x≥0时,y=sin|x|与y=sin x的图象完全相同,又y=sin|x|为偶函数,图象关于y轴对称,其图象如图②.
考点二 函数图象的辨识
【例2】 (1)(2019·全国Ⅰ卷)函数f(x)=在[-π,π]的图象大致为( )
(2)(2020·杭州二中模拟)现有四个函数①y=x|sin x|,②y=xcos|x|,③y=,④y=xln|x|的部分图象如图,但顺序被打乱,则按照图象从左到右的顺序,对应的函数序号正确的一组是( )
A.①④②③ B.①④③②
C.③②④① D.③④②①
解析 (1)显然f(-x)=-f(x),x∈[-π,π],
所以f(x)为奇函数,排除A;
当x=π时, f(π)=>0,排除B,C.故选D.
(2)结合图形及函数的解析式可知y=x|sin x|,y=xcos|x|,y=xln|x|都是奇函数,而y=是非奇非偶函数,对比图象,第一个图象对应的解析式为③;对于函数y=xcos|x|来说,当0<x<1时,y>0,当x=π时,y<0,对比图象可知第二个图象对应的解析式为②;对于函数y=xln|x|来说,当0<x<1时,y<0,且当x=1时,y=0,对比图象可知第三个图象对应的解析式为④;对于函数y=x|sin x|来说,当x<0时,y≤0,当x>0时,y≥0,对比图象可知第四个图象对应的解析式为①;由此可知按照图象从左到右的顺序对应的函数的序号正确的一组是③②④①,故选C.
答案 (1)D (2)C
规律方法 (1)抓住函数的性质,定性分析
①从函数的定义域,判断图象的左右位置;从函数的值域,判断图象的上下位置.②从函数的单调性,判断图象的变化趋势;③从周期性,判断图象的循环往复.④从函数的奇偶性,判断图象的对称性.
(2)抓住函数的特征,定量计算
从函数的特征点,利用特征点、特殊值的计算分析解决问题.
【训练2】 (1)(2019·浙江名校新高考研究联盟三联)已知某函数图象如图所示,则此函数的解析式可能是( )
A.f(x)=·sin x B.f(x)=·sin x
C.f(x)=·cos x D.f(x)=·cos x
(2)函数y=2x2-e|x|在[-2,2]的图象大致为( )
解析 (1)由图象可知该函数是偶函数,因为A,B的函数是偶函数,C,D是奇函数,故排除C,D.A,B中,因为f(π)=0,取x=,则A项中,f=×>0,B项中,f<0,所以可以排除B,故选A.
(2)f(x)=2x2-e|x|,x∈[-2,2]是偶函数,又f(2)=8-e2∈(0,1),排除A,B.设g(x)=2x2-ex,x≥0,则g′(x)=4x-ex.又g′(0)<0,g′(2)>0,∴g(x)在(0,2)内至少存在一个极值点,∴f(x)=2x2-e|x|在(0,2)内至少存在一个极值点,排除C,故选D.
答案 (1)A (2)D
考点三 函数图象的应用 多维探究
角度1 研究函数的性质
【例3-1】 (一题多解)设函数f(x)=min{|x-2|,x2,|x+2|},其中min{x,y,z}表示x,y,z中的最小者.下列说法错误的是( )
A.函数f(x)为偶函数
B.若x∈[1,+∞)时,有f(x-2)≤f(x)
C.若x∈R时,f(f(x))≤f(x)
D.若x∈[-4,4]时,|f(x)-2|≥f(x)
解析 法一 由f(x)=min{|x-2|,x2,|x+2|},得f(-x)=min{|-x-2|,(-x)2,|-x+2|}=f(x),即函数f(x)为偶函数;如图,作出函数f(x)的图象,将f(x)的图象向右平移2个单位长度知f(x-2)的图象在[1,+∞)上的部分位于f(x)的图象的下方,则有f(x-2)≤f(x);令f(x)=u≥0,则由图象知f(u)≤u,由排除法知D错误,故选D.
法二 若x∈[-4,4],则0≤f(x)≤2,故|f(x)-2|=2-f(x)≥f(x)等价于0≤f(x)≤1,所以当x∈[-4,4]时,|f(x)-2|≥f(x)不恒成立.否定一个结论,只需给出一个反例即可.取x=4,则|f(4)-2|=0
角度2 研究函数零点(或方程根)的个数
【例3-2】 (2019·杭州三校三联)已知函数f(x)=若函数y=f(x)-log2(a-x)恰有两个零点,则实数a的取值范围为________.
解析 函数y=f(x)-log2(a-x)恰有两个零点等价于函数f(x)与g(x)=log2(a-x)的图象恰有两个交点,在平面直角坐标系内画出函数f(x)的图象如图所示,其中函数g(x)=log2(a-x)的图象可以看作是由函数h(x)=log2(-x)的图象向右平移a个单位长度得到的,当g(x)=log2(a-x)过点(-2,0)时,a=-1,g(x)与f(x)只有一个交点;当g(x)=log2(a-x)过点(0,0)时,a=1,g(x)与f(x)只有一个交点;当g(x)=log2(a-x)过点(2,0)时,a=3,g(x)与f(x)有两个交点;当g(x)=log2(a-x)过点(2,1)时,a=4,且此时g(x)也过点(0,2),g(x)在(2,4)上与f(x)有一个交点,共3个交点;当g(x)=log2(a-x)过点时,a=4+,此时f(x)与g(x)有一个交点;故当a>4+时,f(x)与g(x)无交点.综上,当a<-1或a>4+时,函数g(x)与f(x)无交点;当-1≤a≤1或4<a≤4+时,函数g(x)与f(x)有一个交点;当1<a≤3时,函数g(x)与f(x)有两个交点;当3<a≤4时,函数g(x)与f(x)有三个交点,所以1<a≤3.
答案 (1,3]
角度3 求不等式的解集
【例3-3】 函数f(x)是定义在[-4,4]上的偶函数,其在[0,4]上的图象如图所示,那么不等式<0的解集为________.
解析 当x∈时,y=cos x>0.
当x∈时,y=cos x<0.
结合y=f(x),x∈[0,4]上的图象知,当1<x<时,<0.
又函数y=为偶函数,
∴在[-4,0]上,<0的解集为,
所以<0的解集为∪.
答案 ∪
规律方法 (1)利用函数的图象研究函数的性质,一定要注意其对应关系,如图象的左右范围对应定义域,上下范围对应值域,上升、下降趋势对应单调性,对称性对应奇偶性.
(2)研究方程根的个数或由方程根的个数确定参数的值(范围):构造函数,转化为两函数图象的交点个数问题,在同一坐标系中分别作出两函数的图象,数形结合求解.
(3)研究不等式的解:当不等式问题不能用代数法求解,但其对应函数的图象可作出时,常将不等式问题转化为两函数图象的上、下关系问题,从而利用数形结合求解.
【训练3】 (1)(角度1)已知定义在R上的函数f(x),g(x)满足f(-x)=f(x),且在(0,+∞)上单调递减,g(1-x)=g(1+x),且在(1,+∞)上单调递减,设函数F(x)=[f(x)+g(x)+|f(x)-g(x)|],则对任意x∈R,均有( )
A.F(1-x)≥F(1+x) B.F(1-x)≤F(1+x)
C.F(1-x2)≥F(1+x2) D.F(1-x2)≤F(1+x2)
(2)(角度2)已知当x∈[0,1]时,函数y=(mx-1)2的图象与y=+m的图象有且只有一个交点,则正实数m的取值范围是________.
(3)(角度3)已知函数y=f(x)的图象是圆x2+y2=2上的两段弧,如图所示,则不等式f(x)>f(-x)-2x的解集是______.
解析 (1)因为F(x)=根据题意,F(x)的示意图可表示为如图中的实线部分,所以有F(1-x2)≥F(1+x2),故选C.
(2)y=(mx-1)2=m2,相当于y=x2向右平移个单位,再将函数值放大m2倍得到的;
y=+m相当于y=向上平移m个单位.
①若0<m≤1,两函数的图象如图1所示,可知两函数在x∈[0,1]上有且只有1个交点,符合题意.
②若m>1,两函数的大致图象如图2所示.
为使两函数图象在x∈[0,1]上有且只有1个交点,只需(m-1)2≥1+m,得m≥3或m≤0(舍去).
综上,m∈(0,1]∪[3,+∞).
(3)由图象可知,函数f(x)为奇函数,故原不等式可等价转化为f(x)>-x.
在同一直角坐标系中分别画出y=f(x)与y=-x的图象,由图象可知不等式的解集为(-1,0)∪(1,].
答案 (1)C (2)(0,1]∪[3,+∞)
(3)(-1,0)∪(1,]
基础巩固题组
一、选择题
1.为了得到函数y=2x-2的图象,可以把函数y=2x图象上所有的点( )
A.向右平行移动2个单位长度
B.向右平行移动1个单位长度
C.向左平行移动2个单位长度
D.向左平行移动1个单位长度
解析 因为y=2x-2=2(x-1),所以只需将函数y=2x的图象上所有的点向右平移1个单位长度即可得到y=2(x-1)=2x-2的图象.
答案 B
2.(2020·镇海中学模拟)小明站在点O观察练车场上匀速行驶的小车P的运动情况,小车从点A出发的运动轨迹如图所示.设小明从点A开始随动点P变化的视角为θ=∠AOP,练车时间为t,则函数θ=f(t)的图象大致为( )
解析 结合小明观察小车的运动轨迹可以看到,其观察视角从一开始增大,然后减小,有一段几乎没有发生变化,然后再减小,最后呈增大趋势,结合选项可知D正确.
答案 D
3.使log2(-x)<x+1成立的x的取值范围是( )
A.(-1,0) B.[-1,0)
C.(-2,0) D.[-2,0)
解析 在同一直角坐标系内作出y=log2(-x),y=x+1的图象,知满足条件的x∈(-1,0),故选A.
答案 A
4.(2019·绍兴适应性考试)函数y=(x3-x)ln|x|的图象是( )
解析 设f(x)=y=(x3-x)ln|x|,易得函数f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),且f(-x)=[(-x)3-(-x)]·ln|-x|=-(x3-x)ln|x|=-f(x),所以函数f(x)为奇函数,函数图象关于原点中心对称,所以排除B;当0<x<1时,f(x)=(x3-x)ln x,因为x3-x<0,ln x<0,所以f(x)=(x3-x)ln x>0,所以排除A;当x>1时,f(x)=(x3-x)ln x,因为x3-x>0,ln x>0,所以f(x)=(x3-x)ln x>0,所以排除D,故选C.
答案 C
5.(2020·杭州质检)函数f(x)=(其中e为自然对数的底数)的图象可能是( )
解析 由题意得函数f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),且f(-x)==-=-f(x),则函数f(x)为奇函数,函数图象关于原点中心对称,排除B,D;f(x)===1+=1+,所以当x→+∞时,f(x)→1,排除A,故选C.
答案 C
6.已知函数f(x)=则方程f=1的实根个数为( )
A.8 B.7
C.6 D.5
解析 由f(x)的解析式可以在平面直角坐标系中画出简图,如图所示,通过图象易知f(x)=1有四个根,分别为x=-1,,1或3,即x+-2可能取该四个值,分别对应x+=1或或3或5,整理得,x2-x+1=0 ①,x2-x+1=0 ②,x2-3x+1=0 ③,x2-5x+1=0 ④,Δ1<0,Δ2>0,Δ3>0,Δ4>0,所以实根有6个,故选C.
答案 C
二、填空题
7.如图,定义在[-1,+∞)上的函数f(x)的图象由一条线段及抛物线的一部分组成,则f(x)的解析式为________.
解析 当-1≤x≤0时,设解析式为y=kx+b(k≠0).
则得∴y=x+1.
当x>0时,设解析式为y=a(x-2)2-1(a≠0).
∵图象过点(4,0),∴0=a(4-2)2-1,得a=.
答案 f(x)=
8.(2020·绍兴适应性考试)已知函数f(x)=若a>0,b<0,且f(a)=f(b),则f(a+b)的取值范围是________.
解析 在平面直角坐标系内画出函数f(x)的图象如图所示,由图易得要使a>0,b<0,f(a)=f(b),则a>0,b<-,且-2b-3=a2,则b=,则a+b=a+=-(a-1)2-1,当a>0时,a+b=-(a-1)2-1∈(-∞,-1],所以f(a+b)=-2(a+b)-3∈[-1,+∞).
答案 [-1,+∞)
9.函数y=为________函数(填“奇”或“偶”),函数f(x)=+1的对称中心为________.
解析 y=的定义域为R,记g(x)=,则g(-x)===-g(x),∴g(x)即y=是奇函数;函数f(x)的定义域为R,f(-x)+f(x)=+1++1=+2=4,故f(x)的对称中心为(0,2).
答案 奇 (0,2)
10.函数f(x)的定义域为[-1,1],图象如图1所示;函数g(x)的定义域为[-2,2],图象如图2所示.方程f(g(x))=0有m个实数根,方程g(f(x))=0有n个实数根,则m=__________,n=__________.
解析 由题图1可知,若f(g(x))=0,则g(x)=-1或g(x)=0或g(x)=1,由题图2知,g(x)=-1时,x=-1或x=1;g(x)=0时,x=-或x=0或x=;g(x)=1时,x=2或x=-2,故m=7.若g(f(x))=0,则f(x)=-或f(x)=或f(x)=0,由题图1知,f(x)=与f(x)=-对应的x值各有2个,f(x)=0时,x=-1或x=1或x=0,故n=7.
答案 7 7
三、解答题
11.已知函数f(x)=
(1)在如图所示给定的直角坐标系内画出f(x)的图象;
(2)写出f(x)的单调递增区间;
(3)由图象指出当x取什么值时f(x)有最值.
解 (1)函数f(x)的图象如图所示.
(2)由图象可知,
函数f(x)的单调递增区间为[-1,0],[2,5].
(3)由图象知当x=2时,f(x)min=f(2)=-1,
当x=0时,f(x)max=f(0)=3.
12.已知f(x)=|x2-4x+3|.
(1)作出函数f(x)的图象;
(2)求函数f(x)的单调区间,并指出其单调性;
(3)求集合M={m|使方程f(x)=m有四个不相等的实根}.
解 (1)当x2-4x+3≥0时,x≤1或x≥3,
∴f(x)=
∴f(x)的图象为:
(2)由函数的图象可知f(x)的单调区间是(-∞,1],(2,3),(1,2],[3,+∞),其中(-∞,1],(2,3)是减区间;(1,2],[3,+∞)是增区间.
(3)由f(x)的图象知,当0
13.已知二次函数f(x)=x2-bx+a的部分图象如图所示,则函数g(x)=ex+f′(x)的零点所在的区间是( )
A.(-1,0) B.(0,1)
C.(1,2) D.(2,3)
解析 由函数f(x)的图象可知,0<f(0)=a<1,f(1)=1-b+a=0,所以1<b<2.又f′(x)=2x-b,所以g(x)=ex+2x-b,所以g′(x)=ex+2>0,所以g(x)在R上单调递增,又g(0)=1-b<0,g(1)=e+2-b>0,根据函数的零点存在性定理可知,函数g(x)的零点所在的区间是(0,1),故选B.
答案 B
14.已知函数f(x)=则对任意x1,x2∈R,若0<|x1|<|x2|,下列不等式成立的是( )
A.f(x1)+f(x2)<0 B.f(x1)+f(x2)>0
C.f(x1)-f(x2)>0 D.f(x1)-f(x2)<0
解析 函数f(x)的图象如图所示:
且f(-x)=f(x),从而函数f(x)是偶函数且在[0,+∞)上是增函数.
又0<|x1|<|x2|,∴f(x2)>f(x1),
即f(x1)-f(x2)<0.
答案 D
15.已知f(x)=则函数y=2[f(x)]2-3f(x)+1的零点个数是________.
解析 由2[f(x)]2-3f(x)+1=0得f(x)=或f(x)=1.
作出函数y=f(x)的图象.
由图象知y=与y=f(x)的图象有2个交点,y=1与y=f(x)的图象有3个交点.
因此函数y=2[f(x)]2-3f(x)+1的零点有5个.
答案 5
16.(2020·嘉兴测试)已知函数f(x)=
(1)若对任意的x∈R,都有f(x)≤|k-1|成立,则实数k的取值范围为________;
(2)若存在x∈R,使|f(x)|≤k,则实数k的取值范围是________.
解析 (1)对任意x∈R,都有f(x)≤|k-1|成立,
即f(x)max≤|k-1|.
因为f(x)的草图如图所示,
观察f(x)=的图象可知,当x=时,函数f(x)max=,
所以|k-1|≥,解得k≤或k≥.
(2)|f(x)|的图象如图所示且|f(x)|∈[0,+∞),∵存在x∈R,使|f(x)|≤k,故k的取值范围是[0,+∞).
答案 (1)∪
(2)[0,+∞)
17.已知函数f(x)的图象与函数h(x)=x++2的图象关于点A(0,1)对称.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若g(x)=f(x)+,g(x)在区间(0,2]上的值不小于6,求实数a的取值范围.
解 (1)设f(x)图象上任一点坐标为(x,y),
∵点(x,y)关于点A(0,1)的对称点(-x,2-y)在h(x)的图象上,
∴2-y=-x++2,∴y=x+,即f(x)=x+.
(2)由题意g(x)=x+,
且g(x)=x+≥6,x∈(0,2].
∵x∈(0,2],∴a+1≥x(6-x),
即a≥-x2+6x-1.
令q(x)=-x2+6x-1,x∈(0,2],
q(x)=-x2+6x-1=-(x-3)2+8,
∴当x∈(0,2]时,q(x)是增函数,q(x)max=q(2)=7.
故实数a的取值范围是[7,+∞).
18.已知函数f(x)=x2-ax-4(a∈R)的两个零点为x1,x2,设x1
(1)证明 令f(x)=0解得x1=,x2=.
∵>=a,∴<0.∵a>0,
∴<=a+4,∴>=-2.∴-2
设y1=x2,|y2|=|x2-ax-4|,
∴y1′=2x,|y2′|=|2x-a|,
∵g(x)在区间(-∞,-2)和(2,+∞)上均单调递增,
∴y1′>|y2′|,即2x>|2x-a|(x>2).
当a=0时,显然不成立,
若a>0,作出y=2x和y=|2x-a|的函数图象如图:
∴0<≤2,解得0 若a<0,作出y=2x和y=|2x-a|的函数图象如图:
由图象可知2x<|2x-a|,故g′(x)>0不成立,不符合题意.
综上,a的取值范围是(0,8].
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