第二章函数的概念与基本初等函数Ⅰ
第一节函数及其表示
1.了解构成函数的要素,会求一些简单函数
的定义域和值域;了解映射的概念.
2.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.
3.了解简单的分段函数,并能简单应用(函数
分段不超过三段).
[基本知识]
1.函数与映射的概念
函数映射
两集合A,B 设A,B是两个非空的数集设A,B是两个非空的集合
对应关系f:A→B 如果按照某种确定的对应关系f,使
对于集合A中的任意一个数x,在
集合B中都有唯一确定的数f(x)和
它对应
如果按某一个确定的对应关系f,使
对于集合A中的任意一个元素x,
在集合B中都有唯一确定的元素y
与之对应
名称称f:A→B为从集合A到集合B的
一个函数
称对应f:A→B为从集合A到集合
B的一个映射
记法y=f(x),x∈A 对应f:A→B
(1)函数的定义域、值域:在函数y=f(x),x∈A中,x叫做自变量,x的取值范围A叫做函数的定义域;与x的值相对应的y值叫做函数值,函数值的集合{f(x)|x∈A}叫做函数的值域.显然,值域是集合B的子集.
(2)函数的三要素:定义域、值域和对应关系.
(3)相等函数:如果两个函数的定义域和对应关系完全一致,则这两个函数相等,这是判断两函数相等的依据.
[基本能力]
一、判断题(对的打“√”,错的打“×”)
(1)函数是特殊的映射.()
(2)与x轴垂直的直线和一个函数的图象至多有一个交点.()
(3)函数y=1与y=x0是同一个函数.()
答案:(1)√ (2)√ (3)× 二、填空题
1.函数f (x )=2x -1+
1
x -2
的定义域为______________. 解析:由题意得?????
2x -1≥0,
x -2≠0,
解得x ≥0且x ≠2.
答案:[0,2)∪(2,+∞)
2.已知函数f (x )=2x -3,x ∈{x ∈N|1≤x ≤5},则函数f (x )的值域为____________. 解析:∵x =1,2,3,4,5,∴f (x )=2x -3=-1,1,3,5,7.∴f (x )的值域为{-1,1,3,5,7}. 答案:{-1,1,3,5,7}
3.下列f (x )与g (x )表示同一函数的是________. (1)f (x )=x 2-1与g (x )=x -1·x +1; (2)f (x )=x 与g (x )=x 3+x
x 2+1;
(3)y =x 与y =(x )2; (4)f (x )=x 2与g (x )=3
x 3. 答案:(2)
[全析考法]
考法一 求函数的定义域
常见基本初等函数定义域的基本要求 (1)分式函数中分母不等于零.
(2)偶次根式函数的被开方式大于或等于0. (3)一次函数、二次函数的定义域均为R. (4)y =x 0的定义域是{x |x ≠0}.
(5)y =a x (a >0且a ≠1),y =sin x ,y =cos x 的定义域均为R. (6)y =log a x (a >0且a ≠1)的定义域为(0,+∞). (7)y =tan x 的定义域为?
???
??
x | x ≠k π+π2,k ∈Z .
[例1] (1)(2019·合肥八中期中)函数f (x )=ln (x +3)
1-2x
的定义域是( ) A .(-3,0) B .(-3,0]
C .(-∞,-3)∪(0,+∞)
D .(-∞,-3)∪(-3,0)
(2)(2019·东北师大附中摸底)已知函数f (x )的定义域是[0,2],则函数g (x )=f ???
?x +12+
f ???
?x -1
2的定义域是( ) A.????12,1 B.????1
2,2 C.????12,32
D.???
?1,32 [解析] (1)∵f (x )=ln (x +3)
1-2x
,∴要使函数f (x )有意义,需使?
????
x +3>0,1-2x >0,解得-3 (2)由题意得??? 0≤x +1 2 ≤2, 0≤x -1 2 ≤2,∴??? -12≤x ≤32 ,12≤x ≤5 2, ∴12≤x ≤3 2.故选C. [答案] (1)A (2)C [方法技巧] 1.根据具体的函数解析式求定义域的策略 已知解析式的函数,其定义域是使解析式有意义的自变量的取值集合,求解时只要根据函数解析式列出自变量满足的不等式(组),得出不等式(组)的解集即可. 2.求抽象函数的定义域的策略 (1)若已知函数f (x )的定义域为[a ,b ],则复合函数f (g (x ))的定义域由不等式a ≤g (x )≤b 求出; (2)若已知函数f (g (x ))的定义域为[a ,b ],则f (x )的定义域为g (x )在x ∈[a ,b ]上的值域. 3.求函数定义域应注意的问题 (1)不要对解析式进行化简变形,以免定义域发生变化; (2)定义域是一个集合,要用集合或区间表示,若用区间表示数集,不能用“或”连接,而应该用并集符号“∪”连接. 考法二 已知函数的定义域求参数 [例2] (2019·安阳模拟)若函数f (x )=mx 2+mx +1的定义域为一切实数,则实数m 的取值范围是( ) A .[0,4) B .(0,4) C .[4,+∞) D .[0,4] [解析] 由题意可得mx 2+mx +1≥0恒成立.当m =0时,1≥0恒成立;当m ≠0时, 则? ???? m >0,m 2-4m ≤0,解得0 已知函数的定义域求参数问题的解题步骤 (1)调整思维方向,根据已知函数,将给出的定义域问题转化为方程或不等式的解集 问题. (2)根据方程或不等式的解集情况确定参数的取值或范围. [集训冲关] 1.[考法一]函数f (x )=-x 2+9x +10-2 ln (x -1) 的定义域为( ) A .[1,10] B .[1,2)∪(2,10] C .(1,10] D .(1,2)∪(2,10] 解析:选D 要使原函数有意义,则???? ? -x 2+9x +10≥0,x -1>0, x -1≠1, 解得1 以函数f (x )=-x 2+9x +10-2 ln (x -1) 的定义域为(1,2)∪(2,10],故选D. 2.[考法一]若函数f (x +1)的定义域是[-1,1],则函数f (log 12 x )的定义域为________. 解析:∵f (x +1)的定义域是[-1,1],∴f (x )的定义域是[0,2]. 令0≤log 12 x ≤2,解得1 4 ≤x ≤1,∴函数f (log 12 x )的定义域为????14,1. 答案:????14,1 3.[考法二]已知函数y = 1 kx 2+2kx +3 的定义域为R ,则实数k 的取值范围是________. 解析:当k =0时,y =1 3 ,满足条件; 当k ≠0时,由? ???? k >0, 4k 2-12k <0,得0 答案:[0,3) 突破点二 函数的表示法 [基本知识] 1.函数的表示方法 函数的表示方法有三种,分别为解析法、列表法和图象法.同一个函数可以用不同的方法表示. 2.应用三种方法表示函数的注意事项 方法 注意事项 解析法 一般情况下,必须注明函数的定义域 列表法 选取的自变量要有代表性,能反映定义域的特征 图象法 注意定义域对图象的影响:与x 轴垂直的直线与其最多有一个公共点 一、判断题(对的打“√”,错的打“×”) (1)若f (x )满足f ????1x =x -1,则f (x )=1 x -1.( ) (2)若f (x )=2x +1,x ∈[1,3],则f (x -1)=2x -1,x ∈[2,4].( ) 答案:(1)× (2)√ 二、填空题 1.已知f (x )是一次函数,满足3f (x +1)=6x +4,则f (x )=________. 解析:设f (x )=ax +b (a ≠0),则f (x +1)=a (x +1)+b =ax +a +b , 依题设得3ax +3a +3b =6x +4, ∴????? 3a =6,3a +3b =4,∴? ? ??? a =2, b =-23 ,则f (x )=2x -2 3 . 答案:2x -2 3 2.已知x ≠0,函数f (x )满足f ????x -1x =x 2+1 x 2,则f (x )=________. 解析:f ????x -1x =x 2+1 x 2=????x -1x 2+2, 所以f (x )=x 2+2. 答案:x 2+2 3.已知函数f (2x +1)=3x +2,且f (a )=4,则a =________. 解析:因为f (2x +1)=32(2x +1)+12,所以f (x )=32x +12.又f (a )=4,所以32a +12=4,a =7 3. 答案:7 3 [典例感悟] 1.已知f (x )是一次函数,且f [f (x )]=4x +3,则f (x )的解析式为________________. 解析:由题意设f (x )=ax +b (a ≠0), 则f [f (x )]=f (ax +b )=a (ax +b )+b =a 2x +ab +b =4x +3, ∴????? a 2=4,ab +b =3,解得????? a =-2,b =-3或? ???? a =2, b =1. 故所求解析式为f (x )=-2x -3或f (x )=2x +1. 答案:f (x )=-2x -3或f (x )=2x +1 2.已知f (x +1)=x +2x ,则f (x )的解析式为________________. 解析:法一:设t =x +1(t ≥1),则x =(t -1)2, ∴f (t )=(t -1)2+2(t -1)=t 2-2t +1+2t -2=t 2-1, ∴f (x )=x 2-1(x ≥1). 法二:∵x +2x =(x )2+2x +1-1=(x +1)2-1, ∴f (x +1)=(x +1)2-1,∴f (x )=x 2-1(x ≥1). 答案:f (x )=x 2-1(x ≥1) 3.已知f (0)=1,对任意的实数x ,y ,都有f (x -y )=f (x )-y (2x -y +1),则f (x )的解析式为________________. 解析:令x =0,得f (-y )=f (0)-y (-y +1)=1+y 2-y , ∴f (y )=y 2+y +1, 即f (x )=x 2+x +1. 答案:f (x )=x 2+x +1 [方法技巧] 求函数解析式的3种方法 1.下列函数中,不满足f (2x )=2f (x )的是( ) A .f (x )=|x | B .f (x )=x -|x | C .f (x )=x +1 D .f (x )=-x 解析:选C 选项A ,f (2x )=|2x |=2|x |,2f (x )=2|x |,故f (2x )=2f (x );选项B ,f (2x )=2x -|2x |=2x -2|x |,2f (x )=2x -2|x |,故f (2x )=2f (x );选项C ,f (2x )=2x +1,2f (x )=2x +2,故f (2x )≠2f (x );选项D ,f (2x )=-2x ,2f (x )=-2x ,故f (2x )=2f (x ).故选C. 2.(2019·南阳第一中学模拟)已知f (1-cos x )=sin 2x ,则f (x 2)的解析式为________________________. 解析:因为f (1-cos x )=sin 2x =1-cos 2x ,令1-cos x =t ,t ∈[0,2],则cos x =1-t ,所以f (t )=1-(1-t )2=2t -t 2,t ∈[0,2].则f (x 2)=-x 4+2x 2,x ∈[-2,2]. 答案:f (x 2)=-x 4+2x 2,x ∈[-2,2] 3.已知函数f (x )满足f (x )=2f ????1x +x ,则f (x )的解析式为________________. 解析:由f (x )=2f ????1x +x ,得f ????1x =2f (x )+1x , 联立得?? ? f (x )=2f ????1 x +x , ① f ????1x =2f (x )+1x , ② ①+②×2得f (x )=x +4f (x )+2 x , 则f (x )=-23x -1 3x . 答案:f (x )=-23x -1 3 x 突破点三 分段函数 [基本知识] 1.分段函数 若函数在其定义域内,对于定义域内的不同取值区间,有着不同的对应关系,这样的函数通常叫做分段函数. 2.分段函数的相关结论 (1)分段函数虽由几个部分组成,但它表示的是一个函数. (2)分段函数的定义域等于各段函数的定义域的并集,值域等于各段函数的值域的并集. [基本能力] 一、判断题(对的打“√”,错的打“×”) (1)分段函数是两个或多个函数.( ) (2)若f (x )=??? x ,x ≥0,-x ,x <0, f (a )+f (-1)=2,则a =1.( ) 答案:(1)× (2)× 1.若f (x )=? ???? 2x ,x >0, f (x +2),x ≤0,则f (-5)=________. 解析:f (-5)=f (-5+2)=f (-3)=f (-3+2)=f (-1)=f (-1+2)=f (1)=2×1=2. 答案:2 2.(2019·西安质检)已知函数f (x )=? ???? log 2x ,x >0,3x +1,x ≤0,则f ????f ????14的值是________. 解析:由题意可得f ????14=log 21 4 =-2, ∴f ????f ????14=f (-2)=3-2+1=109 . 答案: 10 9 3.函数f (x )=???? ? x 2+2,x ≤2,45x ,x >2. 若f (x 0)=8,则x 0=________. 解析:当x 0≤2时,f (x 0)=x 20+2=8,即x 2 0=6,∴x 0=-6或x 0=6(舍去); 当x 0>2时,f (x 0)=4 5x 0=8,∴x 0=10. 综上可知,x 0=-6或x 0=10. 答案:-6或10 [全析考法] 考法一 分段函数求值问题 [例1] (2019·石家庄模拟)已知f (x )=? ??? ? log 3x ,x >0,a x +b ,x ≤0(0 则f (f (-3))=( ) A .-2 B .2 C .3 D .-3 [解析] 由题意得,f (-2)=a - 2+b =5,① f (-1)=a - 1+b =3, ② 联立①②,结合0 2 ,b =1,所以f (x )=????? log 3x ,x >0,????12x +1,x ≤0, 则f (-3)=????12-3 +1=9,f (f (-3))=f (9)=log 39=2,故选B. [方法技巧] 分段函数求值的解题思路 求分段函数的函数值,要先确定要求值的自变量属于哪一段区间,然后代入该段的解析式求值,当出现f (f (a ))的形式时,应从内到外依次求值. 考法二 分段函数与方程、不等式问题 [例2] (1)(2019·长春模拟)已知函数f (x )=? ??? ? 2x ,x >0,x +1,x ≤0.若f (a )+f (1)=0,则实数a 的 值等于( ) A .-3 B .-1 C .1 D .3 (2)函数f (x )=??? 1 2 x -1,x ≥0,1 x ,x <0, 若f (a )≤a ,则实数a 的取值范围是________. [解析] (1)当a >0时,由f (a )+f (1)=0得2a +2=0,无实数解;当a ≤0时,由f (a )+f (1)=0得a +1+2=0,解得a =-3,满足条件,故选A. (2)当a ≥0时,由f (a )=12a -1≤a ,解得a ≥-2,即a ≥0;当a <0时,由f (a )=1 a ≤a , 解得-1≤a ≤1,即-1≤a <0.综上所述,实数a 的取值范围是[-1,+∞). [答案] (1)A (2)[-1,+∞) [方法技巧] 解分段函数与方程或不等式问题的策略 求解与分段函数有关的方程或不等式问题,主要表现为解方程或不等式.应根据每一段的解析式分别求解.若自变量取值不确定,则要分类讨论求解;若自变量取值确定,则只需依据自变量的情况直接代入相应的解析式求解.解得值(范围)后一定要检验是否符合相应段的自变量的取值范围. [集训冲关] 1.[考法一]已知函数f (x )=???? ? 2x + 1,x ≤0,1-log 2 x ,x >0,则f (f (3))=( ) A.4 3 B.23 C .-43 D .-3 解析:选A 因为f (3)=1-log 23=log 223<0,所以f (f (3))=f ????log 223=222 log +13=224 log 3=4 3 , 故选A. 2.[考法二]设函数f (x )=????? x 2-2,x ≥2, log 2 x ,x <2,若f (m )=7,则实数m 的值为( ) A .0 B .1 C .-3 D .3 解析:选D ①当m ≥2时,由f (m )=7得m 2-2=7,解得m =3或m =-3(舍去),则m =3;②当m <2时,由f (m )=7得log 2m =7,解得m =27>2,舍去.综上可得,实数m 的值是3.故选D. 3.[考法二]已知函数f (x )=? ???? x 2+x ,x ≥0, -3x ,x <0,若a [f (a )-f (-a )]>0,则实数a 的取值范围 为( ) A .(1,+∞) B .(2,+∞) C .(-∞,-1)∪(1,+∞) D .(-∞,-2)∪(2,+∞) 解析:选D 当a ≥0时,不等式可化为a (a 2+a -3a )>0, 即a 2+a -3a >0,即a 2-2a >0,解得a >2或a <0(舍去); 当a <0时,不等式可化为a (-3a -a 2+a )>0, 即-3a -a 2+a <0,即a 2+2a >0, 解得a <-2或a >0(舍去). 综上,实数a 的取值范围为(-∞,-2)∪(2,+∞). [课时跟踪检测] [A 级 基础题——基稳才能楼高] 1.(2019·重庆五校联考)下列函数中,与y =x 相同的函数是( ) A .y =x 2 B .y =lg 10x C .y =x 2 x D .y =(x -1)2+1 解析:选B 选项A ,y =x 2=|x |与y =x 的对应法则和值域不同,不是相同函数;选项B ,y =lg 10x =x ,是相同函数;选项C ,y =x 2 x =x (x ≠0)与y =x 的定义域不同;选项D , 函数的定义域不相同,不是相同函数.故选B. 2.(2019·山西名校联考)若函数f (x )=? ???? e x - 1,x ≤1, 5-x 2,x >1,则f (f (2))=( ) A .1 B .4 C .0 D .5-e 2 解析:选A 由题意知,f (2)=5-4=1,f (1)=e 0=1,所以f (f (2))=1. 3.(2019·马鞍山质量检测)已知函数f (x )=? ???? 1,x 为有理数, 0,x 为无理数,则f (1)+f (2)+f (3)+… +f ( 2 020)=( ) A .44 B .45 C .1 009 D .2 018 解析:选A 由442=1 936,452=2 025可得1,2,3,…, 2 020中的有理数共有44个,其余均为无理数,所以f (1)+f (2)+f (3)+…+f ( 2 020)=44. 4.(2019·邯郸调研)函数y =lg (1-x 2) 2x 2-3x -2的定义域为( ) A .(-∞,1] B .[-1,1] C.? ???-1,-12∪????-1 2,1 D.? ???-1,-12∪????-1 2,1 解析:选C 要使函数有意义,需????? 1-x 2>0,2x 2-3x -2≠0,即?? ??? -1 x ≠2且x ≠-1 2 ,所以函数y =lg (1-x 2)2x 2-3x -2 的定义域为?????? x |-1 5.(2019·衡阳县联考)若函数f (x )=x -2a +ln(b -x )的定义域为[2,4),则a +b =( ) A .4 B .5 C .6 D .7 解析:选B 要使函数有意义,则????? x -2a ≥0,b -x >0,解不等式组得????? x ≥2a , x x -2a +ln(b -x )的定义域为[2,4),∴????? 2a =2,b =4,∴????? a =1, b =4, ∴a +b =1+4=5.故选B. 6.(2019·乌鲁木齐一诊)函数f (x )=????? e x - 1,x <2, -log 3(x -1),x ≥2, 则不等式f (x )>1的解集为 ( ) A .(1,2) B.? ???-∞,4 3 C.??? ?1,4 3 D .[2,+∞) 解析:选A 当x <2时,不等式f (x )>1即e x - 1>1,∴x -1>0,∴x >1,则1 3 ,此时不等式无解.综上可得, 不等式的解集为(1,2).故选A. [B 级 保分题——准做快做达标] 1.(2019·玉溪模拟)与函数y =10lg(x -1) 的图象相同的函数是( ) A .y =x -1 B .y =|x -1| C .y =? ?? ??x -1x -12 D .y =x 2-1 x +1 解析:选C 函数y =10lg(x -1) 的定义域为{x |x >1}.y =x -1与y =|x -1|的定义域都为R , 故排除A ,B ;y =x 2-1x +1的定义域为{x |x ≠-1},故排除D ;y =? ????x -1x -12 的定义域为{x |x >1}, 解析式可化简为y =x -1,因此正确,故选C. 2.(2019·全国名校联考)设函数f (x )=? ???? 3a x ,x ≤1, log a (2x +4),x >1,且f (1)=6,则f (2)=( ) A .1 B .2 C .3 D .6 解析:选C 由题意,得f (1)=3a =6,解得a =2,所以f (2)=log 2(2×2+4)=log 28=3,故选C. 3.(2019·山西名校联考)若函数f (x )满足f (3x +2)=9x +8,则f (x )的解析式是( ) A .f (x )=9x +8 B .f (x )=3x +2 C .f (x )=-3x -4 D .f (x )=3x +2或f (x )=-3x -4 解析:选B 令t =3x +2,则x =t -23,所以f (t )=9×t -2 3+8=3t +2.所以f (x )=3x +2, 故选B. 4.(2019·郑州外国语学校月考)若函数f (1-2x )=1-x 2x 2(x ≠0),则f ???? 12=( ) A .1 B .3 C .15 D .30 解析:选C 由于f (1-2x )= 1-x 2x 2 (x ≠0),则当1-2x =12时,x =1 4,所以f ????12=1-1 161 16 =15.故选C. 5.(2019·福州检测)已知函数f (x )=? ???? log 2x +a ,x >0,4x -2-1,x ≤0,若f (a )=3,则f (a -2)=( ) A .- 15 16 B .3 C .- 63 64 或3 D .- 1516 或3 解析:选A 若a >0,则f (a )=log 2a +a =3,解得a =2,则f (a -2)=f (0)=4- 2-1=-1516;若a ≤0,则4a - 2-1=3,解得a =3,不合题意.综上f (a -2)=-1516 .故选A. 6.(2019·邵阳检测)设函数f (x )=log 2(x -1)+2-x ,则函数f ???? x 2的定义域为( ) A .[1,2] B .(2,4] C .[1,2) D .[2,4) 解析:选B ∵函数f (x )=log 2(x -1)+2-x 有意义,∴? ???? x -1>0,2-x ≥0,解得1 ∴函数的f (x )定义域为(1,2],∴1 2≤2,解得x ∈(2,4],则函数f ????x 2的定义域为(2,4].故选B. 7.设函数f (x )=????? -x 2+4x ,x ≤4,log 2 x ,x >4.若函数f (x )在区间(a ,a +1)上单调递增,则实数a 的取值范围是( ) A .(-∞,1] B .[1,4] C .[4,+∞) D .(-∞,1]∪[4,+∞) 解析:选D 作出函数f (x )的图象如图所示, 由图象可知,若f (x )在(a ,a +1)上单调递增, 需满足a ≥4或a +1≤2, 即a ≤1或a ≥4,故选D. 8.(2019·山东省实验中学段考)已知函数f (x )的定义域为(0, +∞),则函数y = f (x +1) -x 2-3x +4的定义域是________. 解析:∵函数f (x )的定义域为(0,+∞),∴f (x +1)的定义域为(-1,+∞),要使函数y = f (x +1) -x 2-3x +4有意义,则-x 2 -3x +4>0,∴-4 域为(-1,1). 答案:(-1,1) 9.若函数f (x )在闭区间[-1,2]上的图象如图所示,则此函数的解析式为________. 解析:由题图可知,当-1≤x <0时,f (x )=x +1;当0≤x ≤2时,f (x )=-12 x , 所以f (x )=???? ? x +1,-1≤x <0,-12 x ,0≤x ≤2. 答案:f (x )=???? ? x +1,-1≤x <0,-12 x ,0≤x ≤2 10.已知函数f (x )=???? ? x 2+2ax ,x ≥2,2x +1,x <2, 若f (f (1))>3a 2,则a 的取值范围是________. 解析:由题知,f (1)=2+1=3,f (f (1))=f (3)=32+6a ,若f (f (1))>3a 2,则9+6a >3a 2,即a 2-2a -3<0,解得-1 答案:(-1,3) 11.设函数f (x )=? ???? ax +b ,x <0, 2x ,x ≥0,且f (-2)=3,f (-1)=f (1). (1)求f (x )的解析式; (2)画出f (x )的图象. 解:(1)由????? f (-2)=3,f (-1)=f (1),得????? -2a +b =3, -a +b =2, 解得????? a =-1, b =1,所以f (x )=? ???? -x +1,x <0, 2x ,x ≥0. (2)f (x )的图象如图: 12.设函数f (x )=??? ?? (x +1)2,x ≤-1, 2x +2,-1 1x -1,x ≥1, 已知f (a )>1, 求a 的取值范围. 解:法一:(数形结合) 画出f (x )的图象,如图所示,作出直线y =1,由图可见,符合f (a )>1的a 的取值范围为(-∞,-2)∪??? ?-1 2,1. 法二:(分类讨论) ①当a ≤-1时,由(a +1)2>1,得a +1>1或a +1<-1,得a >0或a <-2, 又a ≤-1,∴a <-2; ②当-11,得a >-1 2, 又∵-1 2