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第3课时指数函数及其性质(3)

导入新课

思路1•我们在学习指数函数的性质时,利用了指数函数的图象的特点,并且是用类比和归纳的方法得出,在上节课的探究中我们知道,函数①尸覚②y=3x+,,③尸汐的图象之间的关系,由其中的一个可得到另外两个的图象,那么,对y=护与y=ax+m(a>O,meR)有着怎样的关系呢?

在理论上,含有指数函数的复合两数是否具有奇偶性呢?

这是我们本堂课研究的内容.教师点出课题:

指数函数及其性质(3)•

思路2•我们在第一章中,已学习了函数的性质,特别是单调性和奇偶性是某些函数的重要特点,我们刚刚学习的指数函数严格地证明了指数*1数的单调性,便于我们在解题时应川这些性质,在实际牛活中,往往遇到的不单单是指数函数,还有其他形式的函数,有的是指数函数的复合函数,我们需要研究它的单调性和奇偶性,这是我们面临的问题也是我们木堂课要解决的问题——指数函数及其性质(3).

推进新课

新知探究

提出问题

(1)指数函数冇哪些性质?

(2)利用单调性的定义证明函数单调性的步骤有哪些?

⑶対复合函数,如何证明函数的单调性?

⑷如何判断函数的奇偶性,有哪些方法?

活动:

教师引导,学生冋忆,教师提问,学生冋答,积极交流,及时评价学生,学生有困惑时加以解释,可用多媒体显示辅助内容.

讨论结果:

(1)指数函数的图象和性质

一般地,指数函数尸『在底数a>l及OVaVl这两利悄况下的图象和性质如下表所示:

a>l

0

图象

u丿沁>1)

X

o\X

图象特征

图彖特征图象分布在一、二彖限,与y轴相交,落在x轴的上方

都过点(0,1)

第一象限的点的纵坐标都人于1;第二象限的点的纵坐标都大于0H小于1

第一•象限的点的纵坐标都人于0且小于1;第二象限的点的纵坐标都大于1

从左向右图象逐渐上升

从左向右图象逐渐下降

性质

(1)定义域:

R

(2)值域:

(0,+oo)

(3)过定点(0,1),即x=0时,y=l

(4)x>0时,y>l;x<0时,0

(4)x>0时,0l

(5)在R上是增函数

(5)在R上是减函数

(2)依据函数单调性的定义证明函数单调性的步骤是:

1取值.即设X.、x2是该区间内的任意两个值且x,

2作差变形.即求f(X2)—f(X|),通过因式分解、配方、有理化等方法,向有利于判断差的符号的方向变形.

3定号.根据给定的区间和X2—X]的符号确定f(X2)—f(X】)的符号,当符号不确定时,可以

进行分类讨论.

④判断.根据单调性定义作出结论.

(3)対于复合函数y=f(g(x)河以总结为:

当函数f(x)和g(x)的单调性相同时,复合函数尸f(g(x))是增函数;

当函数f(x)和g(x)的单调性相异即不同时,复合函数y=f(g(x))是减函数;乂简称为口诀“同增异减

(4)判断函数的奇偶性:

一是利用定义法,即首先是定义域关于原点对称,再次是考察式子f(x)与f(・x)的关系,最后确定函数的奇偶性;

二是作出函数图象或从已知图象观察,若图象关于原点或y轴对称,则函数具有奇偶性.

应用示例

思路1

例1在同一坐标系下作出下列函数的图彖,并指出它们与指数函数y=2x的图象的关系.⑴尸2山与y=2x+2;

(2)y=2vl与y=2v2.

活动:

教师适当时候点拨,学生回想作图的方法和步骤,特别是指数函数图象的作法,学生回答并到黑板上作图,教师指点学生,列出对应值表,抓住关键点,特别是(0,1)点咸用计算机作图.解:

(1)列出函数数据表作出图象如图2-1-2-12.

X

・3

・2

・1

0

1

2

3

2X

0.125

0.25

0.5

1

2

4

8

2^+1

0.25

0.5

1

2

4

8

16

2丫+2

().5

1

2

4

8

16

32

 

Ox

 

图2-1-2-12

比较町知函数y=2x+,.y=2品与『=2%的图彖的关系为:

将指数函数y=F的图彖向左平行移动1个单位长度,就得到函数y=2x+1的图象;将指数函数y=2x的图象向左平行移动2个单位长度,就得到函数尸2也的图象.

(2)列出函数数据表作出图象如图2-1-2-13

X

-3

・2

・1

0

1

2

3

2X

0.125

0.25

0.5

1

2

4

8

1

0.625

0.125

0.25

0.5

1

2

4

0.3125

0.625

0.125

0.25

0.5

1

2

比较对知函数y=2“i、y=2x'2与y=2x的图彖的关系为:

将指数函数y=»的图象向右平行移动1个单位氏度,就得到函数y=2小的图象;将指数函数y=2x的图象向右平行移动2个单位长度,就得到函数y=2“的图彖.

点评:

类似地我们得到尸F与y=ax+m(a>0,a#l,meR)之间的关系:

y=ax+m(a>0,meR)的图象可以由y=ax的图象变化而來.

当m>0吋,y=F的图象向左移动m个单位得到y=ax+m的图象;

当m<0时,尸护的图象向右移动向|个单位得到y=ax+ni的图象.上述规律也简称为“左加右减二

变式训练

为了得到函数y=2心・1的图象,只需把函数尸2"的图象()

A.向右平移3个单位长度,再向下平移1个单位长度

B.向左平移3个单位长度,再向下平移1个单位长度

C.向右平移3个单位长度,再向上平移1个单位长度

D.向左平移3个单位长度,再向上平移1个单位长度

答案:

B

点评:

对于有些复合函数的图象,常用变换方法作出.

_2X+b

例2已知定义域为R的两数f(x)=—.—是奇函数.

2+a

(1)求a,b的值;

(2)若对任意的伍R,不等式f(t2-2t)+f(2t2-k)<0恒成立,求k的取值范I札

活动:

学生审题,考虑解题思路.求值一般是构建方程,求取值范围一般要转化为不等式,如果有困难,教师可以提示,

(1)从条件出发,充分利用奇函数的性质,由于定义域为R,所以f(O)=O,f(-l)=-f(l),

(2)在

(1)的基础上求出f(x),转化为关于k的不等式,利用恒成立问题再转化.

(1)解:

因为f(x)是奇函数,

.一1

所以f(0)=0,即=0=>b=1,

a+2

1-2V

所以f(x)=7^;

1-21-;

乂由f(l)=f(・l)知==>a=2・

d+4a+1

1-2V11

(2)解法一:

(1)知f(x)==——+,易知f(x)在(・oo,+oo)上为减函数.

2+2x+l22X+1

又因f(x)是奇函数,从而不等式:

f(t2-2t)+f(2t2-k)<0,

等价于f(t2-2t)<-f(2t2-k)=f(k-2t2),因f(x)为减函数,山上式推得:

t2-2t>k-2t2,BP对一切tWR有3t2-2t-k>0,

从而判别式A=4+12k<0,

解法二由⑴知2时

即(2,"+1+2)(1-2/2_2/)+(2f2-2f+2)(1-2,2-k)<0.

整理得2宀fl,因底数2>1,故3t2-2t-k>0,

上式对一•切tGR均成立,从而判别式△=4+12k<0,即k<--.

3

点评:

记住下列函数的增减性,对解题是十分有用的,若f(x)为增(减)函数,则丄为减(增)函数.

思路2

例1

£丫ci

设a>0,f(x)=—+—在R上满足f(-x)=f(x).

aex

⑴求a的值;

(2)证明f(x)在(0,+co)上是增函数.

活动:

学牛先思考或讨论,如果有困难,教师提示,引导.

(1)求单独一个字母的值,一般是转化为方程,利用f(-x)=f(x)nJ*建立方程.

(2)证明增减性一般用定义法,回忆定义法证明增减性的步骤,规范书写的格式.

1e'a

⑴解:

依题意,对一切xeR冇f(-x)=f(x)成立,即——+acx=—+—.

aexaex

所以(a-—)(ex——)=0对一切xER成立.由此可得a-丄=0,即a2=l.

aexci

乂因为a>0,所以a=L

(2)证明:

设00,x2>0,x2-xi>0,WX2+xi>0,八一">0,1—eX2+x,<0,

所以f(X1)-f(x2)<0,即f(x)在(0,+oo)上是增函数.

点评:

在已知等式f(・x)=f(x)成立的条件下,对应系数相等,求出a,也可用特殊值求解.证明函数的单调性,严格按定义写出步骤,判断过程尽量明显直观.

例2已知函数f(x)=3x,Kx=a+2nj-,f(x)=18,g(x)=3ar-4v的定义域为[0,1].

⑴求g(x)的解析式;

⑵求g(x)的单调区间,确定其增减性并试用定义证明;

⑶求g(x)的值域.

解:

(1)因为f(x)=3x,Kx=a+2时f(x)=18,

所以f(a+2)=3a+2=18.所以3a=2.

所以g(x)=3ax-4x=(3a)x-4\

W以g(x)=2x-4\

(2)因为函数g(x)的定义域为[0,1],令t=2:

因为xW[0,1]时,函数t=2x在区间[0,1]上单调递增,

所以蛙[1,2],则g(t)=t-r=-(t2-t)=-(t--)2+--,te[1,2].

24

因为函数t=V在区间[0,1]上单调递增,函数g(t)=t-t2在炖[1,2]上单调递减,所以函数g(x)在区间[0,1]上单调递减.

证明:

设X]和X2是区间[0,1]上任意两个值,且X产X2,

g(x2)-g(X])=2A2-4勺-2X}+4X,=(2。

-2X,)_(2乃-2V,)(2A2+2X,)=(2乃_2山)(1_2山_2七),

因为0

所以2巾>2Xl,且1<2X,<2,1<2忑<2.

所以2<2A*-2V2<4.

所以-3<1-2V1-2Y2<-1,可知(2。

-2v,)(1-2x,-T1)<0.

所以g(x2)

所以函数g(x)在区间[0,1]上单调递减

(3)因为函数g(x)在区间[0,1]上单调递减,

所以xw[0,1]吋,有g(l)

因为g(l)=21-41=-2,g(O)=2o-4°=O,

所以-2

故函数g(x)的值域为[-2,0].

点评:

此题是一道有关函数的概念、函数性质的应用、推理、证明综合题,要通盘考虑.知能训练

求函数y=(丄)卩+2怦|的单调区间.

活动:

教师提示,因为指数含有两个绝对值,要去绝对值,要分段讨论,同时注意底数的大小,分析出指数的单调区间,再确定函数的单调区间,利用复合函数的单调性学生思考讨论,然后解答.

解:

山题意可知2与-丄是区间的分界点.

2

当XV-丄时,因为y=(丄)》+2=(丄严毛3亠丄-翼

2222

所以此时函数为增函数.

当-丄

22282

所以此时函数为减函数.

当x>2时,因为y=(丄),+2x+x-2=(-)3x-,=2,'3x=2•(-)x,

228

所以此时函数为减函数.

当Xiw[,2)凶丘[2,+oo)时,因为2*(—)X2-—•(―)X]=2•2~3x2—23*2A,

2882

=2〔-3勺_2-3-r>

又因为1-3X2-(-3-xi)=4-3X2+X1=4+x1-3X2<0,所以1-3x2<-3-xi,

即•(*)'

所以此时函数为减函数.

综上所述,函数f(x)在(-8,]上单调递增,在[,+8)上单调递减.

22

拓展提升

4V

设m

4”+2

(l)f(a)+f(l-a)的值;

⑵f(丄)+f(丄)+/*(丄)+…+f(列)的值.

1001100110011001

活动:

学生思考,观察,教师提示学生注意式了的特点,做这种题目,一定要有预见性,即第

(2)问要用到第

(1)问的结果,联系函数的知识解决.

4“

解:

⑴"5+严+2

4

F4"

丄+丄=灶丸

4"+22+4"4"+2

1、2、“3、“1000、

(2)f()+f()+/()+…+f()

1001100110011001

「「“1、「“2、“999、]「“500、501A_

—[[/()+f()]+[f()+f()]H[/()+f()]

100010011000100110011001=500x1=500.

点评:

第⑵问是第

(1)问的继续,笫⑴问是第

(2)问的基础,两个问号是衔接的,利用前一个问号解决后一个问号是我们经常遇到的情形,要注意问号与问号之间的联系.

课堂小结

本节课复习了指数函数的性质,借助指数函数的性质的运用,我们对函数的单调性和奇偶性又进行了复习巩固,利用单调性和奇偶性解决了一些问题,対常考的函数图象的变换进行了学习,耍高度重视,在不断学习中升华捉高.

作业

课本P59习题2JA组5.

设计感想

指数函数作为一•类基本的初等函数,它虽然不貝有函数通性中的奇偶性,但是它与英他函数复合构成具有比鮫复朵的单调性的函数,同时也可以复合出比较特殊的奇函数和偶函数,判断

复合函数的单调性和奇偶性要I•分小心严格按规疋的要求,冇时借助数形结介可帮我们找到解题思路,木堂课是在以前基础上的提高与深化,同时又兼顾了高考常考的内容,1大1此涉及面广,容量大,要集中梢力,加快速度,高质量完成教学任务.

习题详解

(课木54页练习)

 

232

2.

(1)VP"=X3,

(2)寸=(a+b)4,(3)乂(m-n)?

=(m-n)3,

⑷7(m-n)4=(m-n)2,(5)Jp&q'=p3q2,(6)#==m2=m2.

 

J.2J.1丄+丄+丄

(2)2V3xVh5xV12=2x3x(-)3x(3x22)6=233x33+3+5=2x3=6;

1\_1215

⑶a2a'a8=a248=a8;

2.

(1)要使函数冇意义,需x・220,即沦2,所以函数y=3皿的定义域为{x|x>2};

1-

⑵要使函数有意义,需X怂即函数y=(-)A的定义域是{XIx/0}.2

3.y=2x(xENi:

(课本第59页习题2.1)

l.(l)100;

(2)-0.l;(3)4-;r;(4)x-y.

li.

丄11丨+丨+丄

•Vm_m2•m3•_m2340_

(3)——=—=5^=m=L

代/万y•加丁m^mA

点评:

遇到多重根号的式子,可以由里向外依次去掉根号,也可根据幕的运算性质来进行.对于

(1),可先按底数5,再按回键,再按1EL,最后按三I,即町求得它的值.

对于⑵洗按底数&31,再按bd键,再按1习2,最后按口即可.答案:

2.8810;

对于(3)这种无理指数幕,先按底数3,再按罔键,再按忙键,再按2,最后按日即可答案:

4.7288;

对于(4)这种无理指数幕,可先按底数2,其次按bd键,再按兀键,最后按二1即可.

1x12—xl2.o

⑶(x'y4)=x3y4=x4y';

 

111122

xx424y333=24y;

\_

⑹(-2X4y3)(3x2y3)(^x4y3)=[.2x3x(-4)]

_!

_丄丄_丄1_丄

12

MB*

(7)(2x2+3y可)(2x-3y)=(2x》)2-(3y)2=4x-9y;

点评:

进行冇理数指数幕的运算时,要严格按法则和运算顺序,同时注意运算结果的形式,但结果不能既有分数指数又有根式,也不能既冇分母又有负指数.

5.

(1)要使函数有意义,需3-xER,即xWR,所以函数y=23'x的定义域为R.

(2)耍使函数有意义,需2x+lWR,即xGR,所以函数y=32x+,的定义域为R

(3)要使函数有意义,需5xFR,即xFR,所以函数y=(-)5x的定义域为R

£

(4)要使函数有意义,需xHO,所以函数y=0.7;的定义域为{x|x*0}.

点评:

求函数的定义域一是分式的分母不为零,二是偶次根号的被开方数人于零,0的0次幕没有意义.

6.解:

设经过x年的产量为y,—年内的产量是a(l+丄-),两年内产量是a(l+-^-)2,...,x年内

100100

的产最是a(l+-^)x,则y=a(l+-^-)x(xeN*,x

100100

点评:

根据实际问题,归纳是关键,注意X的取值范Fit

7.

(1)3°与3°7的底数都是3,它们可以看成函数y=3;当x=0.8和0.7时的函数值;因为3>1,所以函数y=3x在R上是增函数.而0.7O.&所以3°-7<30'8.

(2)0.75小与0.75°」的底数都是0.75,它们可以看成函数y=0.75x,当x=-0.1和0.1时的函数值;因为1>0.75,所以函数y=0.75x在R上是减函数.而・0」<0丄所以0.75°」<0.75小

(3)1.012-7与1.01'5的底数都是1.01,它们可以看成函数y=1.01x,当x=2.7和3.5时的函数值;因为1・01>1,所以函数y=1.01x在R上是增函数.而2.7V3.5,所以1.0127<1.0135.

(4)0.9丹与0.99"的底数都是0.99,它们可以看成函数y=0.99x,当x=3.3和4.5吋的函数值;因为0.99V1,所以函数y=0.99x在R上是减函数.而3.3<4.5,所以0.9945<0.99<3.

8.(l)2m,2n可以看成函数y=2:

当x=m和n时的函数值;因为2>1,所以函数尸2*在R上是增函数.因为2m<2n,所以mvn.

⑵0.2m,0.2n可以看成函数y=02;当x=m和n时的函数值;因为0.2<1,所以函数尸0.才在R上是减函数•因为0.2m<0.2n,所以m>n.

⑶玄“卅可以看成函数yF,当xw和n时的函数值;因为0

所以m>n.

⑷a^a11可以看成函数y=ax,当x=m和n时的函数值;因为a>1,所以函数y=ax在R上是增函数.因为aba:

所以m>n.

点评:

利用指数函数的单调性是解题的关键.

1丄

9.

(1)死亡生物组织内碳14的剩余量P与时间t的函数解析式为P=(-)5730.

]9x5730,

当时间经过九个“半衰期''后,死广牛•物组织内的碳14的含量为P=(丄)刁莎=(丄)冬0.002.

22

答:

当时间经过九个“半衰期”后,死亡生物纽织内的碳14的含量约为死亡前含量的2%。

因此,还能用一般的放射性探测器测到碳14的存在.

]10000/

(2)设大约经过t万年后,用一般的放射性探测器测不到碳14,那么(丄)歸<0.001,解得t>5.7.

2

答:

人约经过6力年后川一般的放射性探测器是测不到碳14的.

1.当OVaVl时,

a*7>a妆i2nx・7V4x—lnx>—3;

当a>l时,

a2x-7>a4x-i=2x-7>4x-1=>x<-3.

综上当0—3};当a>l吋,不等式的解集是{x|x<—3}.

2.分析:

像这种条件求值,一般考虑整体的思想,同时观察指数的特点,要注重完全平方公式的运用.

丄_1

解:

(1)设y=x2+x2,

那么y2=(x空+x2)2=x+x"+2.

由于x+x"=3,所以y=V5.

(2)设y=x2+x'2,

那么y=(x+x_1)2-2.

由于x+x'=3,

所以y=7.

⑶设y=x2-x-2,

那么y=(x+x1)(x-x1),

而(x-x')2=x2-2+x_2=V5,

所以y=±3运.

点评:

整体代入和平方差,完全平方公式的灵活运用是解题的突破口.

3.解:

已知本金为a元.

1期后的木利和为yi=a+axr=a(l+r),

2期后的本利和为y2=a(1+r)+a(1+r)xr=a(1+r)2,

3期后的本利和为y3=a(14-r)3,

•••

x期后的本利和为y=a(l+r)x.

将a=l000,r=0.0225,x=5代入上式得

y=a(l+r)x=l000x(1+0.0225)5=1OOOx1.02255~1118.

答:

本利和y随存期x变化的函数关系式为y=a(l+r)\5期示的木利和约为1118元.

4.解:

(1)因为y】=y2,所以a3x+1=a'2x.

所以3x+l=-2x.

所以x=.

5

(2)因为y】>y2,所以a3x+1>a2x.所以当a>l时,3x+l>・2x.

所以x>.

5

所以当0

(设计者:

刘玉亭)

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