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1、專題07 二次函數與冪函數
一、【知識精講】
1.冪函數
(1)冪函數的定義
一般地,形如y=xα的函數稱為冪函數,其中x是自變量,α為常數.
(2)常見的5種冪函數的圖象
(3)冪函數的性質
①冪函數在(0,+∞)上都有定義;
②當α>0時,冪函數的圖象都過點(1,1)和(0,0),且在(0,+∞)上單調遞增;
③當α<0時,冪函數的圖象都過點(1,1),且在(0,+∞)上單調遞減.
2.二次函數
(1)二次函數解析式的三種形式:
一般式:f(x)=ax2+bx+c(a≠0).
頂點式:f(x)=a(x-m)2+n(a≠0),頂點坐標為(m,n).
零點式:
2、f(x)=a(x-x1)(x-x2)(a≠0),x1,x2為f(x)的零點.
(2)二次函數的圖象和性質
函數
y=ax2+bx+c(a>0)
y=ax2+bx+c(a<0)
圖象(拋物線)
定義域
R
值域
對稱軸
x=-
頂點坐標
奇偶性
當b=0時是偶函數,當b≠0時是非奇非偶函數
單調性
在上是減函數;
在上是增函數
在上是增函數;
在上是減函數
[微點提醒]
1.二次函數的單調性、最值與拋物線的開口方向和對稱軸及給定區(qū)間的范圍有關.
2.若f(x)=ax2+bx+c(a≠0),則當時恒有f(x)>0,當時,恒有f(x
3、)<0.
二、【典例精練】
考點一 冪函數的圖象和性質
【例1】 (1) 冪函數y=f(x)的圖象經過點(3,),則f(x)是( )
A.偶函數,且在(0,+∞)上是增函數
B.偶函數,且在(0,+∞)上是減函數
C.奇函數,且在(0,+∞)上是增函數
D.非奇非偶函數,且在(0,+∞)上是減函數
(2)若a=,b=,c=,則a,b,c的大小關系是( )
A.a
4、是奇函數,且在(0,+∞)上是增函數,故選C.
(2)因為y=x在第一象限內是增函數,所以a=>b=,因為y=是減函數,
所以a=1的取值確定位置后,其余象限部分由奇偶性決定.
2.在比較冪值的大小時,必須結合冪值的特點,選擇適當的函數,借助其單調性進行比較.
考點二 二次函數的解析式
【例2】已知二次函數f(x)滿足f(2)=-1,f(-1)=-1,且f(x)的最大值是8,試確定該二次函數的解析式
5、.
【解析】 法一 (利用“一般式”解題)
設f(x)=ax2+bx+c(a≠0).
由題意得解得
∴所求二次函數的解析式為f(x)=-4x2+4x+7.
法二 (利用“頂點式”解題)
設f(x)=a(x-m)2+n(a≠0).
因為f(2)=f(-1),
所以拋物線的對稱軸為x==,所以m=.
又根據題意,函數有最大值8,所以n=8,
所以y=f(x)=a+8.
因為f(2)=-1,所以a+8=-1,解得a=-4,
所以f(x)=-4+8=-4x2+4x+7.
法三 (利用“零點式”解題)
由已知f(x)+1=0的兩根為x1=2,x2=-1,
故可設f(x)+1
6、=a(x-2)(x+1)(a≠0),
即f(x)=ax2-ax-2a-1.
又函數有最大值8,即=8.
解得a=-4或a=0(舍).
故所求函數的解析式為f(x)=-4x2+4x+7.
【解法小結】 求二次函數的解析式,一般用待定系數法,其關鍵是根據已知條件恰當選擇二次函數解析式的形式,一般選擇規(guī)律如下:
考點三 二次函數的圖象及應用
【例3】 (1)對數函數y=logax(a>0且a≠1)與二次函數y=(a-1)x2-x在同一坐標系內的圖象可能是( )
(2) (2017·浙江卷)若函數f(x)=x2+ax+b在區(qū)間[0,1]上的最大值是M,最小值是m,則M-m(
7、 )
A.與a有關,且與b有關
B.與a有關,但與b無關
C.與a無關,且與b無關
D.與a無關,但與b有關
【答案】(1)A (2)B
【解析】(1)若01,則y=logax在(0,+∞)上是增函數,
y=(a-1)x2-x圖象開口向上,且對稱軸在y軸右側,
因此B項不正確,只有選項A滿足.
(2) 設x1,x2分別是函數f(x)在[0,1]上的最小值點與最大值點,則m=x+ax1+b,M=x+ax2+b.
∴M-m=x-x+a(x2-x1)
8、,顯然此值與a有關,與b無關.
【解法小結】 1.研究二次函數圖象應從“三點一線一開口”進行分析,“三點”中有一個點是頂點,另兩個點是拋物線上關于對稱軸對稱的兩個點,常取與x軸的交點;“一線”是指對稱軸這條直線;“一開口”是指拋物線的開口方向.
2.求解與二次函數有關的不等式問題,可借助二次函數的圖象特征,分析不等關系成立的條件.
考點四 二次函數的性質
角度1 二次函數的單調性與最值
【例4-1】 (1)已知函數f(x)=-x2+2ax+1-a在x∈[0,1]時,有最大值2,則a的值為________.
(2)設二次函數f(x)=ax2-2ax+c在區(qū)間[0,1]上單調遞減,且f
9、(m)≤f(0),則實數m的取值范圍是________.
【答案】(1)-1或2 (2)[0,2]
【解析】 (1)函數f(x)=-x2+2ax+1-a=-(x-a)2+a2-a+1,對稱軸方程為x=a.
當a<0時,f(x)max=f(0)=1-a,
所以1-a=2,所以a=-1.
當0≤a≤1時,f(x)max=a2-a+1,
所以a2-a+1=2,所以a2-a-1=0,
所以a=(舍去).
當a>1時,f(x)max=f(1)=a,所以a=2.
綜上可知,a=-1或a=2.
(2)依題意a≠0,二次函數f(x)=ax2-2ax+c圖象的對稱軸是直線x=1,因為函數f(
10、x)在區(qū)間[0,1]上單調遞減,所以a>0,即函數圖象的開口向上,所以f(0)=f(2),則當f(m)≤f(0)時,有0≤m≤2.
角度2 二次函數的恒成立問題
【例4-2】 (1)已知函數f(x)=x2+mx-1,若對于任意x∈[m,m+1],都有f(x)<0成立,則實數m的取值范圍是________;
(2)已知函數f(x)=x2+2x+1,f(x)>x+k在區(qū)間[-3,-1]上恒成立,則k的取值范圍為________.
【答案】(1) (2)(-∞,1)
【解析】 (1)作出二次函數f(x)的草圖如圖所示,對于任意x∈[m,m+1],都有f(x)<0,
則有fm<0,fm+1
11、<0,
即m2+m2-1<0m+12+mm+1-1<0,
解得-k在區(qū)間[-3,-1]上恒成立.
設g(x)=x2+x+1,x∈[-3,-1],
則g(x)在[-3,-1]上遞減.
∴g(x)min=g(-1)=1.
∴k<1.故k的取值范圍為(-∞,1).
【解法小結】 1.二次函數最值問題的解法:抓住“三點一軸”數形結合,三點是指區(qū)間兩個端點和中點,一軸指的是對稱軸,結合配方法,根據函數的單調性及分類討論的思想求解.
2.由不等式恒成立求參數取值范圍的思路及關鍵
(1)一般有兩個解題思路:一是分離參數;二是不分離參數.
(2)兩
12、種思路都是將問題歸結為求函數的最值,至于用哪種方法,關鍵是看參數是否已分離.這兩個思路的依據是:a≥f(x)恒成立?a≥f(x)max,a≤f(x)恒成立?a≤f(x)min.
【思維升華】
1.冪函數y=xα的性質和圖象,由于α的取值不同而比較復雜,一般可從三方面考查:
(1)α的正負:α>0時圖象經過(0,0)點和(1,1)點,在第一象限的部分“上升”;α<0時圖象不過(0,0)點,經過(1,1)點,在第一象限的部分“下降”;
(2)曲線在第一象限的凹凸性:α>1時曲線下凹,0<α<1時曲線上凸,α<0時曲線下凹;
(3)函數的奇偶性:一般先將函數式化為正指數冪或根式形式,再根據
13、函數定義域和奇偶性定義判斷其奇偶性.
2.求二次函數的解析式就是確定函數式f(x)=ax2+bx+c(a≠0)中a,b,c的值.應根據題設條件選用適當的表達形式,用待定系數法確定相應字母的值.
3.二次函數與一元二次不等式密切相關,借助二次函數的圖象和性質,可直觀地解決與不等式有關的問題.
4.二次函數的單調性與對稱軸緊密相連,二次函數的最值問題要根據其圖象以及所給區(qū)間與對稱軸的關系確定.
【易錯注意點】
1.冪函數的圖象一定會出現在第一象限內,一定不會出現在第四象限,至于是否出現在第二、三象限內,要看函數的奇偶性;冪函數的圖象最多只能同時出現在兩個象限內;如果冪函數圖象與坐標軸相交
14、,則交點一定是原點.
2.對于函數y=ax2+bx+c,要認為它是二次函數,就必須滿足a≠0,當題目條件中未說明a≠0時,就要討論a=0和a≠0兩種情況.
三、【名校新題】
1.(2019·濟寧聯考)下列命題正確的是( )
A.y=x0的圖象是一條直線
B.冪函數的圖象都經過點(0,0),(1,1)
C.若冪函數y=xα是奇函數,則y=xα是增函數
D.冪函數的圖象不可能出現在第四象限
【答案】D
【解析】 A中,點(0,1)不在直線上,A錯;B中,y=xα,當α<0時,圖象不過原點,B錯;C中,當α<0時,y=xα在(-∞,0),(0,+∞)上為減函數,C錯.冪函數圖象一
15、定過第一象限,一定不過第四象限,D正確.
2.(2019·衡水中學月考)若存在非零的實數a,使得f(x)=f(a-x)對定義域上任意的x恒成立,則函數f(x)可能是( )
A.f(x)=x2-2x+1 B.f(x)=x2-1
C.f(x)=2x D.f(x)=2x+1
【答案】A
【解析】 由存在非零的實數a,使得f(x)=f(a-x)對定義域上任意的x恒成立,可得函數圖象的對稱軸為x=≠0.只有選項A中,f(x)=x2-2x+1關于x=1對稱.
3.(2019·杭州模擬)已知f(x)=-4x2+4ax-4a-a2在[0,1]內的最大值為-5,則a的值為( )
A.
16、 B.1或
C.-1或 D.-5或
【答案】D
【解析】f(x)=-42-4a,對稱軸為直線x=.
①當≥1,即a≥2時,f(x)在[0,1]上單調遞增,
∴f(x)max=f(1)=-4-a2.
令-4-a2=-5,得a=±1(舍去).
②當0<<1,即0
17、2+4x+a,x∈[0,1],若f(x)有最小值-2,則f(x)的最大值為( )
A.1 B.0 C.-1 D.2
【答案】A
【解析】f(x)=-x2+4x+a=-(x-2)2+a+4,
∴函數f(x)=-x2+4x+a在[0,1]上單調遞增,
∴當x=0時,f(x)取得最小值,當x=1時,f(x)取得最大值,
∴f(0)=a=-2,f(1)=3+a=3-2=1.
5.(2019·安徽名校聯考)冪函數y=x|m-1|與y=x(m∈Z)在(0,+∞)上都是增函數,則滿足條件的整數m的值為( )
A.0 B.1和2
C.2 D.0和3
【答案】C
18、【解析】由題意可得解得m=2.
6.(2019·巢湖月考)已知p:|m+1|<1,q:冪函數y=(m2-m-1)xm在(0,+∞)上單調遞減,則p是q的( )
A.充分不必要條件 B.必要不充分條件
C.充要條件 D.既不充分也不必要條件
【答案】B
【解析】 p:由|m+1|<1得-2
19、(0,1),連接AB,線段AB恰好被其中的兩個冪函數y=xa,y=xb的圖象三等分,即有BM=MN=NA,那么a-=( )
A.0 B.1 C. D.2
【答案】
【解析】 BM=MN=NA,點A(1,0),B(0,1),
所以M,N,
將兩點坐標分別代入y=xa,y=xb,得a=log,b=log,∴a-=log-=0.
8.(2019濟南統(tǒng)考)若函數y=x2-3x-4的定義域為0.m,值域為-254,-4,則m的取值范圍是( )
A.0.4 B.32,4
C.32,+∞
20、 D.32,3
【答案】D
【解析】y=x2-3x-4=x-322-254,函數在0,32內單調減,在32,+∞單調增,且x=32時,ymin=-254,x=0時,y=-4,由二次函數的對稱性知:x=3時,y=-4.故根據已知函數值域,所求m∈32,3
9. (2019·銀川模擬)已知冪函數f(x)=x,若f(a+1)
21、<5.
10.(2019·泉州質檢)若二次函數f(x)=ax2-x+b(a≠0)的最小值為0,則a+4b的取值范圍是________.
【答案】[2,+∞)
【解析】 依題意,知a>0,且Δ=1-4ab=0,∴4ab=1,且b>0.
故a+4b≥2=2,
當且僅當a=4b,即a=1,b=時等號成立.
所以a+4b的取值范圍是[2,+∞).
11. (2018·浙江名校協(xié)作體考試)y=的值域為[0,+∞),則a的取值范圍是________.
【答案】[0,2]
【解析】當a=0時,y=,值域為[0,+∞),滿足條件;當a≠0時,要使y=的值域為[0,+∞),只需解得0
22、綜上,0≤a≤2.
12.已知奇函數y=f(x)定義域是R,當x≥0時,f(x)=x(1-x).
(1)求出函數y=f(x)的解析式;
(2)寫出函數y=f(x)的單調遞增區(qū)間.(不用證明,只需直接寫出遞增區(qū)間即可)
【解析】 (1)當x<0時,-x>0,
所以f(-x)=-x(1+x).
又因為y=f(x)是奇函數,
所以f(x)=-f(-x)=x(1+x).
綜上f(x)=
(2)函數y=f(x)的單調遞增區(qū)間是.
13.已知冪函數f(x)=(m-1)2xm2-4m+2在(0,+∞)上單調遞增,函數g(x)=2x-k.
(1)求m的值;
(2)當x∈[1,2)時,記
23、f(x),g(x)的值域分別為集合A,B,設p:x∈A,q:x∈B,若p是q成立的必要條件,求實數k的取值范圍.
【解析】 (1)依題意得:(m-1)2=1?m=0或m=2,
當m=2時,f(x)=x-2在(0,+∞)上單調遞減,與題設矛盾,舍去,∴m=0.
(2)由(1)得,f(x)=x2,
當x∈[1,2)時,f(x)∈[1,4),即A=[1,4),
當x∈[1,2)時,g(x)∈[2-k,4-k),
即B=[2-k,4-k),
因p是q成立的必要條件,則B?A,
則即得0≤k≤1.
故實數k的取值范圍是[0,1].
14.已知二次函數f(x)滿足f(x+1)-f(x)
24、=2x,且f(0)=1.
(1)求f(x)的解析式;
(2)當x∈[-1,1]時,函數y=f(x)的圖象恒在函數y=2x+m的圖象的上方,求實數m的取值范圍.
【解析】 (1)設f(x)=ax2+bx+1(a≠0),
則f(x+1)-f(x)=2x,得2ax+a+b=2x.
所以,2a=2且a+b=0,解得a=1,b=-1,
又f(0)=1,所以c=1.
因此f(x)的解析式為f(x)=x2-x+1.
(2)因為當x∈[-1,1]時,y=f(x)的圖象恒在y=2x+m的圖象上方,
所以在[-1,1]上,x2-x+1>2x+m恒成立;
即x2-3x+1>m在區(qū)間[-1,1]上恒成立.
所以令g(x)=x2-3x+1=-,
因為g(x)在[-1,1]上的最小值為g(1)=-1,
所以m<-1.故實數m的取值范圍為(-∞,-1).
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