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第四讲对数函数与指数函数经典难题复习巩固

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. . DSE金牌化学专题系列 精典专题系列第4讲 指数函数与对数函数 一、导入:名叫抛弃的水池

一个人得了难治之症,终日为疾病所苦。为了能早日痊愈,他看过了不少医生,都不见效果。他又听人说远处有一个小镇,镇上有一种包治百病的水,于是就急急忙忙赶过去,跳到水里去洗澡。但洗过澡后,他的病不但没好,反而加重了。这使他更加困苦不堪。 有一天晚上,他在梦里梦见一个精灵向他走来,很关切地询问他:“所有的方法你都试过了吗?” 他答道:“试过了。” “不,”精灵摇头说,“过来,我带你去洗一种你从来没有洗过的澡。” 精灵将这个人带到一个清澈的水池边对他说:“进水里泡一泡,你很快就会康复。”说完,就不见了。 这病人跳进了水池,泡在水中。等他从水中出来时,所有的病痛竟然真地消失了。他欣喜若狂,猛地一抬头,发现水池旁的墙上写着“抛弃”两个字。

这时他也醒了,梦中的情景让他猛然醒悟:原来自己一直以来任意放纵,受害已深。于是他就此发誓,要戒除一切恶习。他履行自己的誓言,先是苦恼从他的心中消失,没过多久,他的身体也康复了。

大道理:抛弃是治疗百病的万灵之药,人之所以有很多难缠的情感,就是因为在大多数情况下,舍不得放弃。把消极扔掉,让积极代替,就没有什么可抱怨的了。

二、知识点回顾:

1.根式 (1)根式的概念

根式的概念 如果,那么x叫做a的n次方根 当n是奇数时,正数的n次方根是一个,负数的n次方根是一个 当n是偶数时,正数的n次方根有,这两个数互为

nnnnn

(2)两个重要公式.①a=②(a)=(注意a必须使a有意义). 2. 幂的有关概念

①正分数指数幂:=(a>0,m、n∈N*,且n>1); ②负分数指数幂:= = (a>0,m、n∈N*,且n>1). ③0的正分数指数幂等于,0的负分数指数幂 .

y=ax 图象 a>1 1 / 18

0<a<1 n符号表示 备注 n>1且n∈N 零的n次方根是零 *a n±a(a>0) 负数没有偶次方根 . . 定义域 值域 R (0,+∞) 3.指数函数的图象与性质

y=ax 性 质 a>1 (1)过定点 (2)当x>0时, ;x<0时, (2)当x>0时,;x<0时, 0<a<1

(3)在R上是 (3)在R上是

4.对数的概念 (1)对数的定义

如果,那么数x叫做以a为底N的对数,

记作,其中叫做对数的底数,叫做真数. (2)两种常见对数

对数形式 常用对数 自然对数 5.对数的性质、换底公式与运算法则

性质 ①loga1=,②logaa=, ③=。 换底公式 logab= (a,b,c均大于零且不等于1) 运算法则 如果a>0,且a≠1,M>0,N>0,那么: ①loga(M·N)= , ②loga= , ③logaMn=nlogaM(n∈R). 2 / 18 特点 底数为 底数为 记法 lgx lnx . .

6.对数函数的定义、图象与性质

定义 图 象

性 质 (1)定义域: (2)值域: (3)当x=1时,y=0,即过定点 (4)当01时, (4)当01时, y∈ y∈ ; (5)在(0,+∞)上为 7.反函数

指数函数y=ax(a>0且a≠1)与对数函数(a>0且a≠1)互为反函数,它们的图象关于直线 对称.

(5)在(0,+∞)上为 函数 (a>0,且a≠1)叫做对数函数 a>1 0考点一 计算下列各式 (1)

7

31×(-)+86()320

有理指数幂的化简与求值 214×42+(32×3)6-2()33;

(2)

a5

33·254

ba

3;

b

3(3)

23a8aba23ab4b2343133b3

÷(1-2 )×a.

a

3 / 18

. .

13(1)原式=

()3×1+22[自主解答]

31114×4+(3×2)6-

23231()3=2+4×27=110. 2(2)

a5

3

2

54

ba

3

a33212·

b321510=

a54=a4a.

b

3

(3)令

a3

13=m,

4

b13=n,

3

m-8mn2n

则原式=2)·m 2÷(1-

m+2mn+4nmmm-8nm

=2 2·

m+2mn+4nm-2n= m

3

3

2

m-2nm+2mn+4n22m+2mn+4nm-2n

22

=m=a.

3

变式训练:计算下列各式

(1)

781-(-)+[(-2)]

8()31250

3

43+16

431+|-|

100

12;

(2) 3a92a323÷3

a

-73

a;

133

(3)(-3)

81+()500

12-10(5-2)+(2-3).

-10

2-11-4-3

解:(1)原式=()-1+(-2)+2+ 5105111143

=-1+++=. 21681080

9636136(2)原式=

aa76=

a973136666=a0=1.

aa(3)(3)原式=(-1)

233×(3)

8

231+()500

12-

+1 5-2

10

4 / 18

. .

27=()

8

23+(500)

12-10(5+2)+1

4

=+105-105-20+1 9167=-.

9

考点二 指数函数的图象 画出函数y=|3x-1|的图象,并利用图象回答:k为何值时,方程|3x-1|=k无解?有一解?有两解? [自主解答] 函数y=|3x-1|的图象是 由函数y=3x的图象向下平移一个单位 后,再把位于x轴下方的图象沿x轴翻折 到x轴上方得到的,函数图象如图所示.

当k<0时,直线y=k与函数y=|3x-1|的图象无交点,即方程无解;当k=0或k≥1时,直线y=k与函数y=|3x-1|的图象有唯一的交点,所以方程有一解;

当0思考:保持条件不变,讨论函数y=|3x-1|的单调性.

解:由例2所作图象可知,函数 y=|3x-1|在[0,+∞)上为增函 数,在(-∞,0)上为减函数.

1|x+1|

已知函数y=().

3

变式训练:

(1)作出函数的图象(简图); (2)由图象指出其单调区间;

(3)由图象指出当x取什么值时有最值,并求出最值. 解:(1)法一:由函数解析式可得 1x+1,x≥-11|x+1|

3y=()=3x+13,x<-1.

其图象由两部分组成:

5 / 18

. .

向左平移1x1x+1

一部分是:y=()(x≥0)1―――→y=()(x≥-1); 个单位33向左平移

x+1

另一部分是:y=3(x<0)1―――→y=3(x<-1). 个单位

x

如图所示:

1|x|1x

法二:①由y=()可知函数是偶函数,其图象关于y轴对称,故先作出y=()的图象,保留x≥0

331x1|x|

的部分,当x<0时,其图象是将y=()(x≥0)图象关于y轴对折,从而得出y=()的图象.

331|x|1|x+1|

②将y=()向左移动1个单位,即可得y=()的图象,如图所示.

33(2)由图象知函数在(-∞,-1]上是增函数,在[-1,+∞)上是减函数. (3)由图象知当x=-1时,有最大值1,无最小值.

考点三

已知函数f(x)=

指数函数的性质 1ax24x3.

()3(1)若a=-1,求f(x)的单调区间; (2)若f(x)有最大值3,求a的值;

(3)若f(x)的值域是(0,+∞),求a的取值围. [自主解答] (1)当a=-1时,f(x)=

2

1x24x3, ()3令g(x)=-x-4x+3,

由于g(x)在(-∞,-2)上单调递增,在(-2,+∞)上单调递减, 1t

而y=()在R上单调递减,

3

所以f(x)在(-∞,-2)上单调递减,在(-2,+∞)上单调递增, 即函数f(x)的递增区间是(-2,+∞), 递减区间是(-∞,-2).

6 / 18

. .

1h(x)2

(2)令h(x)=ax-4x+3,y=(),由于f(x)有最大值3,所以h(x)应有最小值-1,因此必有

3a>0

12a-16

=-14a

,解得a=1

即当f(x)有最大值3时,a的值等于1.

1h(x)2

(3)由指数函数的性质知,要使y=()的值域为(0,+∞).应使h(x)=ax-4x+3的值域为R,因此只

3

能有a=0.因为若a≠0,则h(x)为二次函数,其值域不可能为R.故a的取值围是a=0. 1

变式训练:已知g(x)=-(1)+4()+5,求该函数的定义域、值域和单调区间.

42

x

x

1x1x12x1x

解:由g(x)=-()+4()+5=-()+4()+5.

4222

1x

∴函数的定义域为R,令t=()(t>0).

2∴g(t)=-t+4t+5=-(t-2)+9. ∵t>0,∴g(t)=-(t-2)+9≤9, 等号成立条件是t=2,

1x

即g(x)≤9,等号成立条件是()=2,

2

即x=-1.

∴g(x)的值域是(-∞,9]. 由g(t)=-(t-2)+9(t>0), 1x

而t=()是减函数,

2

∴要求g(x)的增区间实际上是求g(t)的减区间. 求g(x)的减区间实际上是求g(t)的增区间. ∵g(t)在(0,2]上递增, 在[2,+∞)上递减, 1x

由02

1x

可得x≥-1,由t=()≥2,可得x≤-1.

2

7 / 18

2

2

2

2

. .

∴g(x)在[-1,+∞)上递减,在(-∞,-1]上递增.

故g(x)的单调递增区间是(-∞,-1],单调递减区间是[-1,+∞).

考点四 对数式的化简与求值 3[例4](1)计算:lg5(lg8+lg1 000)+(lg227

(2)化简:log3·log5[

3

4

12)+lg+lg0.06; 623-

41log1022-

(33)log322

7log72];

(3)已知:lgx+lgy=2lg(2x-3y),求

x

的值. y

[自主解答] (1)原式=lg5(3lg 2+3)+3(lg 2)-lg 6+lg 6-2 =3lg 5·lg 2+3lg 5+3(lg 2)-2 =3lg 2(lg 5+lg 2)+(3lg 5)-2 =3(lg 2+lg 5)-2=1.

4

(2)原式=(log327-1)·log5(10-3-2) 31=(-1)log55=-. 44

(3)∵lgx+lgy=2lg(2x-3y) ∴xy=(2x-3y)=4x+9y-12xy 即4x-13xy+9y=0

∴(4x-9y)(x-y)=0,即4x=9y,x=y(舍去), ∴

2

22

2

22

log32x=y

log9

=2. 432

变式训练:计算:(1)(log2+log2)·(log3+log3);

3

9

4

8

1111

(2)(lg32+log416+6lg)+lg.

5255

111

解:(1)原式=(log32+log32)(log23+log23)

2233

=(log32+log32)(log23+log23) 3

=log322·log2(3·3) =log32·log23

8 / 18

3256. .

355=·log32··log23=. 264

1161

(2)原式=[lg32+2+lg()+lg ]

52511111

=[2+lg(32××)]=(2+lg) 564551011=[2+(-1)]=. 55

考点五

对数值的大小比较 [例5]比较下列各组数的大小.

26(1)log3与log5;

35(2)log1.10.7与log1.20.7; (3)已知

log1log1log1b<

a<

c,比较222的大小关系.

b,a,c

2226

[自主解答] (1)∵log3log51=0,

35

26

∴log335

(2)法一:∵0<0.7<1,1.1<1.2, ∴0>log0.71.1>log0.71.2. ∴

1

<,

log0.71.1log0.71.2

1

2由换底公式可得log1.10.7法二:作出y=log1.1x与y=log1.2x的图象,如图所示,两图象与x=0.7相交可知 log1.10.79 / 18

. .

(3)∵y=

log1x为减函数,

2且

log12x

b<

log1a22∴b>a>c.

而y=2是增函数, ∴2>2>2.

b

a

c

变式训练:设a、b、c均为正数,且2=loga

121b1c

a,()=b,()=log2c,则( )

22log12A.a解析:如图:

∴a考点六 对数函数图象与性质的应用 [

例6]已知f(x)=logx(a>0且a≠1),如果对于任意的x∈[3,2]都有|f(x)|≤1成立,试求a的取值围.

a

1

10 / 18

. .

[自主解答] ∵f(x)=logax,

111

则y=|f(x)|的图象如右图.由图示,要使x∈[,2]时恒有|f(x)|≤1,只需|f()|≤1,即-1≤loga≤1,

3331-1

即logaa≤loga≤logaa,

3

1-1

亦当a>1时,得a≤≤a,即a≥3;

311-1

当0331

综上所述,a的取值围是(0,]∪[3,+∞).

3

变式训练:(2010·潍坊二模)已知函数f(x)=log2(x+1),将y=f(x)的图象向左平移1个单位,

再将图象上所有点的横坐标不变,纵坐标伸长到原来的2倍,得到函数y=g(x)的图象. (1)求g(x)的定义域;

(2)令F(x)=f(x-1)-g(x),求F(x)的最大值.

向左平移1个单位纵坐标伸长

解:(1)f(x)=log2(x+1)―――――――→y=log2(x+2)到原来的―――――― ―2→倍y=2log2(x+2), 即g(x)=2log2(x+2),∴x+2>0. ∴x>-2.∴定义域为(-2,+∞).

(2)∵F(x)=f(x-1)-g(x)=log2x-2log2(x+2) =log2

x

x+2

2x

(x>0)=log22

x+4x+4

11

=log2≤log2=-3,

48x++4x∴当x=2时,F(x)max=-3.

考点七 与对数函数有关的综合问题 1-ax

为奇函数,a<0. x-1

[例7](2011·成都模拟)设f(x)=log(1)求a的值;

121x

(2)若对于区间[3,4]上的每一个x的值,不等式f(x)>()+m恒成立,求实数m的取值范围.

2

[自主解答] (1)∵f(-x)=-f(x), ∴

1+ax

=--1-x11-ax

=x-1

x-1

, 1-ax1loglog12log2211 / 18

. .

1+axx-1

=,即(1+ax)(1-ax)=-(x+1)(x-1), -x-11-ax

∴a=-1或a=1(舍去).

(2)由(1)可知f(x)=

x+1

=x-1

2

), x-1

log12log12(1+

1x

∵f(x)>()+m恒成立,x∈[3,4],

21x

∴m21x

令g(x)=f(x)-()=

2

log21x

(1+)-(),x∈[3,4].

x-1212∵函数f(x)=

log1221x

(1+)与y=-()在x∈[3,4]上均为增函数,∴g(x)在[3,4]上为增函数,

x-12

99

∴g(x)min=g(3)=-,∴m<-.

88

思考: 若f(x)的值域为[1,+∞),求x的取值范围.

解:由例题知, f(x)=

x+1

x-1

log12又∵f(x)的值域为[1,+∞) x+11∴0<≤

x-12∴-3≤x<-1.

即x的取值范围为[-3,-1).

变式训练:已知函数y=loga2(x2-2ax-3)在(-∞,-2)上是增函数,求a的取值范围.

解:因为μ(x)=x-2ax-3在(-∞,a]上是减函数, 在[a,+∞)上是增函数,

要使y=loga2(x-2ax-3)在(-∞,-2)上是增函数, 首先必有012 / 18

2

2

2

. .

μ-2≥0,

即0a≥-2,

1

得a≥-.

4

1

综上,得-≤a<0或04

五、巩固练习:

一、选择题

1.(2011·济南模拟)定义运算a⊗b=

aba≤ba>b

x,则函数f(x)=1⊗2的图象大致为( )

x

a解析:由a⊗b=

ba≤ba>b

2x得f(x)=1⊗2=

1

x≤0,x>0.

答案:A

11ab2.(2010·辽宁高考)设2=5=m,且+=2,则m=( )

abA.10 B.10 C.20 D.100

解析:a=log2m,b=log5m,代入已知得logm2+logm5=2, 即logm10=2,所以m=10. 答案:A

3.(2010·全国卷Ⅰ)设a=log32,b=ln2,c=5,则( ) A.a<b<cB.b<c<a C.c<a<bD.c<b<a

1ln 2111解析:a=log32=<ln 2=b,又c=52=<,a=log32>log33=,因此c<a<b.

ln 3252

124.若函数f(x)=loga(x+b)的大致图象如图所示,其中a,b(a>0且a≠1)为常数,则函数g(x)=a+b的大致图象是( )

x

13 / 18

. .

解析:由图可知,函数f(x)=loga(x+b)是单调递减函数,所以0答案:B

5.(2011·石家庄模拟)已知函数f(x)=log2(a-2)+x-2,若f(x)=0有解,则实数a的取值范围是( )

A.(-∞,-4]∪[4,+∞) B.[1,+∞) C.[2,+∞) D.[4,+∞)

解析:法一:f(x)=log2(a-2)+x-2=0,得a-2=2

2

xxxx2-x4xx ,即a-2=x,令t=2

2

2

(t>0),则t-at+4=0在t∈(0,+∞)上有解,令g(t)=t-at+4,g(0)=4>0,故满足

a2>0,

2Δ=a-16≥0,

得a≥4.

法二:f(x)=log2(a-2)+x-2=0,得a-2=2二、填空题 6.2723-

xx2-x4x,a=2+x≥4.

2

2log231

×log2+2lg(3+5+3-5)的结果为________.

8

2

解析:原式=9-3×(-3)+lg(3+5+3-5)=18+lg 10=19. 答案:19

7.函数y=a(a>0,且a≠1)在[1,2]上的最大值比最小值大,则a的值是________.

2

xaa3x2x解析:当a>1时,y=a在[1,2]上单调递增,故a-a=,得a=.当022a1132

调递减,故a-a=,得a=.故a=或.

2222

8.若曲线|y|=2+1与直线y=b没有公共点,则b的取值范围是________. 解析:分别作出两个函数的图象,通过图象的交点个数来判断参数的取值范围.

x

曲线|y|=2+1与直线y=b的图象如图所示,由图象可得:如果|y|=2+1与直线y=b没有公共点,则b应满足的条件是b∈[-1,1].

答案:[-1,1]

14 / 18

xx. .

三、解答题

9.已知函数f(x)=3x,f(a+2)=18,g(x)=λ·3ax-4x的定义域为[0,1]. (1)求a的值;

(2)若函数g(x)在区间[0,1]上是单调递减函数,求实数λ的取值范围. 解:法一:(1)由已知得3

a+2

=18⇒3a=2⇒a=log32.

(2)此时g(x)=λ·2x-4x, 设0≤x1因为g(x)在区间[0,1]上是单调减函数,

所以g(x1)-g(x2)=(2x1-2x2)(λ-2x2-2x1)>0恒成立,即λ<2x2+2x1恒成立. 由于2x2+2x0

0

1>2+2=2, 所以实数λ的取值范围是λ≤2. 10.(1)已知loga2=m,loga3=n,求a2m+n的值;

(2)已知2lg

x-y2

=lg x+lg y,求 xy的值. 解:(1)由logam=2,ana2=m,loga3=n得=3, ∴a2m+n=a2m·an=22

×3=12.

(2)由已知得lg(x-y2

2

)=lg(xy),

∴(x-y2xy,即x2

-6xy+y2

2

)==0,

∴(x)2

-6·xyy+1=0, ∴xy=3±22.

∵x-y>0,x>0,y>0,

∴x>1,从而xyy=3+22,

xy=1+2.

六、拓展训练: 1、2(2010·安徽高考)设a=(3)5,b=

,则a,b,c的大小关系是( 5(2325)5,c=(25)5A.a>c>b B.a>b>c

15 / 18

) . .

C.c>a>b D.b>c>a

2x2x

[规范解答] 构造指数函数y=()(x∈R),由该函数在定义域内单调递减可得b<c;又y=()(x∈R)

55

23x3x2x

3与y=()(x∈R)之间有如下结论:当x>0时,有()>(),故

555()5>

5225(),∴a>c,故a>c>b. 52、(2010·XX高考)设函数f(x)=log( )

log1(x),22x,x0,若f(a)>f(-a),则实数a的取值范围是x0.A.(-1,0)∪(0,1) B.(-∞,-1)∪(1,+∞) C.(-1,0)∪(1,+∞) D.(-∞,-1)∪(0,1)

[规范解答] 由题意可得

或a0 a0log2alog1alog(a)loga,1222解之得a>1或-1七、反思总结:

16 / 18

. .

当堂过手训练(快练五分钟,稳准建奇功!)

1.(2011·桐乡模拟)函数y=ax+2012+2012(a>0,a≠1)的图象恒过定点________.

解析:令x+2012=0,则x=-2012,此时y=a0+2012=1+2012=2013 ∴恒过定点(-2012,2013). 答案:(-2012,2013)

2.若a>0,a≠1,x>y>0,n∈N,则下列各式:

①(logax)=nlogax;②(logax)=logax; 11n

③logax=-loga;④logax=logax;

xnlogaxx-yx+yn

⑤=logax;⑥loga=-loga.

nx+yx-y其中正确的个数有( )

A.2个 B.3个 C.4个 D.5个

3.如图所示的曲线C1,C2,C3,C4分别是函数y=ax,y=bx,y=cx,y=dx的图象,则a,b,c,d的

大小关系是 ( )

A.an

n

n

17 / 18

. .

1xxx

解析:由指数函数y=a(a>0且a≠1)的单调性与函数y=a与y=()间的关系可知ba4.函数f(x)=x-bx+c满足f(1+x)=f(1-x)且f(0)=3,则f(b)与f(c)的大小关系是( )

A.f(b)≤f(c)B.f(b)≥f(c)C.f(b)>f(c)D.大小关系随x的不同而不同 解析:∵f(1+x)=f(1-x), ∴f(x)的对称轴为直线x=1, 由此得b=2. 又f(0)=3,∴c=3.

∴f(x)在(-∞,1)上递减,在(1,+∞)上递增. 若x≥0,则3≥2≥1, ∴f(3)≥f(2). 若x<0,则3<2<1, ∴f(3)>f(2). ∴f(3)≥f(2).

5.设m为常数,如果函数y=lg(mx-4x+m-3)的值域为R,则m的取值范围是________. 解析:因为函数值域为R,所以mx-4x+m-3能取到所有大于0的数,即满足

m>0,Δ=-4

2

2

2

xxxxxxxxxxxxxxxxxx2

-4mm-3≥0

或m=0.解得0≤m≤4.

答案:[0,4]

1

6.已知函数f(x)满足:当x≥4时,f(x)=()x;当x<4时,f(x)=f(x+1),则f(2+log23)=________.

2解析:∵3<2+log23<4,∴f(2+log23)=f(3+log23)=(2)3log3

2111log311log11113=×(2)=×(2)=×=. 888324

2121

答案: 24

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