2019-2020年高中數(shù)學競賽輔導資料《指、對數(shù)函數(shù),冪函數(shù)》.doc
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2019-2020年高中數(shù)學競賽輔導資料《指、對數(shù)函數(shù),冪函數(shù)》 指數(shù)、對數(shù)以及指數(shù)函數(shù)與對數(shù)函數(shù),是高中代數(shù)非常重要的內(nèi)容。無論在高考及數(shù)學競賽中,都具有重要地位。熟練掌握指數(shù)對數(shù)概念及其運算性質(zhì),熟練掌握指數(shù)函數(shù)與對數(shù)函數(shù)這一對反函數(shù)的性質(zhì)、圖象及其相互關系,對學習好高中函數(shù)知識,意義重大。 一、 指數(shù)概念與對數(shù)概念: 指數(shù)的概念是由乘方概念推廣而來的。相同因數(shù)相乘aa……a(n個)=an導出乘方,這里的n為正整數(shù)。從初中開始,首先將n推廣為全體整數(shù);然后把乘方、開方統(tǒng)一起來,推廣為有理指數(shù);最后,在實數(shù)范圍內(nèi)建立起指數(shù)概念。 歐拉指出:“對數(shù)源出于指數(shù)”。一般地,如果a(a>0,a≠1)的b次冪等于N,就是ab=N,那么數(shù)b叫做以a為底N的對數(shù),記作:logaN=b 其中a叫做對數(shù)的底數(shù),N叫做真數(shù)。 ab=N與b=logaN是一對等價的式子,這里a是給定的不等于1的正常數(shù)。當給出b求N時,是指數(shù)運算,當給出N求b時,是對數(shù)運算。指數(shù)運算與對數(shù)運算互逆的運算。 二、指數(shù)運算與對數(shù)運算的性質(zhì) 1.指數(shù)運算性質(zhì)主要有3條: axay=ax+y,(ax)y=axy,(ab)x=axbx(a>0,a≠1,b>0,b≠1) 2.對數(shù)運算法則(性質(zhì))也有3條: (1)loga(MN)=logaM+logaN ?。?)logaM/N=logaM-logaN ?。?)logaMn=nlogaM(n∈R) (a>0,a≠1,M>0,N>0) 3.指數(shù)運算與對數(shù)運算的關系: X=alogax;mlogan=nlogam 4.負數(shù)和零沒有對數(shù);1的對數(shù)是零,即loga1=0;底的對數(shù)是1,即logaa=1 5.對數(shù)換底公式及其推論: 換底公式:logaN=logbN/logba 推論1:logamNn=(n/m)logaN 推論2: 三、指數(shù)函數(shù)與對數(shù)函數(shù) 函數(shù)y=ax(a>0,且a≠1)叫做指數(shù)函數(shù)。它的基本情況是: (1)定義域為全體實數(shù)(-∞,+∞) (2)值域為正實數(shù)(0,+∞),從而函數(shù)沒有最大值與最小值,有下界,y>0 (3)對應關系為一一映射,從而存在反函數(shù)--對數(shù)函數(shù)。 ?。?)單調(diào)性是:當a>1時為增函數(shù);當00,a≠1), f(x+y)=f(x)f(y),f(x-y)=f(x)/f(y) 函數(shù)y=logax(a>0,且a≠1)叫做對數(shù)函數(shù),它的基本情況是: ?。?)定義域為正實數(shù)(0,+∞) (2)值域為全體實數(shù)(-∞,+∞) ?。?)對應關系為一一映射,因而有反函數(shù)——指數(shù)函數(shù)。 (4)單調(diào)性是:當a>1時是增函數(shù),當00,a≠1), f(xy)=f(x)+f(y), f(x/y)=f(x)-f(y) 例題講解 1.若f(x)=(ax/(ax+√a)),求f(1/1001)+f(2/1001)+f(3/1001)+…+f(1000/1001) 2.5log25等于:( ) ?。ˋ)1/2 (B)(1/5)10log25 (C)10log45 (D)10log52 3.計算 4.試比較(12xx+1)/(12xx+1)與(12xx+1)/(12xx+1)的大小。 5.已知(a,b為實數(shù))且f(lglog310)=5,則f(lglg3)的值是( ) (A)-5 (B)-3 (C)3 (D)隨a,b的取值而定 6.已知函數(shù)y=((10x-10-x)/2)(X∈R) ?。?)求反函數(shù)y=f-1(x) ?。?)判斷函數(shù)y=f-1(x)是奇函數(shù)還是偶函數(shù) 7.已知函數(shù)f(x)=loga((1+x)/(1-x))(a>0,a≠1) ?。?)求f(x)的定義域 (2)判斷f(x)的奇偶性并給以證明; ?。?)當a>1時,求使f(x)>0的x取值范圍; (4)求它的反函數(shù)f-1(x) 8.2xx的十進制表示是個P位數(shù),5xx的十進位表示是個q位數(shù),則p+q= 。 9.已知x2-2x+loga(a2-a)=0有一正根和一負根,求實數(shù)a的范圍。 10.設y=log(1/2)[a2x+2(ab)x-b2x+1](a>0,b>0),求使y為負值的x的取值范圍 課后練習 1.設a,b,c都是正數(shù),且3a=4b=6c,那么( ) (A)(1/c)=(1/a)+(1/b), (B)(2/c)=(2/a)+(1/b), (C)(1/c)=(2/a)+(2/b), (D)(2/c)=(1/a)+(2/b) 2.F(x)=(1+((2/(2x-1)))f(x)(x≠0)是偶函數(shù),且f(x)不恒等于零,則f(x)( ) ?。ˋ)是奇函數(shù) (B)是偶函數(shù) (C)可能是奇函數(shù)也可能是偶函數(shù) (D)不是奇函數(shù)也不是偶函數(shù) 3.若f(x)=3x+5,則f-1(x)的定義域是( ) ?。ˋ)(0,+∞) (B) (5,+∞) (C) (8,+∞) (D) (-∞,+∞) 4.求值:6lg405lg36 5.已知m,n為正整數(shù),a>0,a≠1,且logam+loga(1+(1/m))+loga(1+(1/(m+1))+…+loga(1+(1/(m+n-1)))=lgam+logan。求m,n 6.X=((1/(log(1/2)(1/3))+(1/(log(1/5)(1/3))的值屬于區(qū)間( ) (A)(-2,-1) (B)(1,2) (C)(-3,-2) (D)(2,3) 7.計算:(1)lg20+log10025 (2)lg5lg20+(lg2)2 8.若集合{x,xy,lg(xy)}={0,∣x∣,y},則log8(x2+y2)= 。 9.若x∈(1,10),則lg2x,lgx2,lglgx的大小順序是: (A)lg2x<lgx2<lglgx (B)lg2x<lglgx<lgx2 ?。–)lgx2<lg2x<lglgx (D)lglgx<lg2x<lgx2 10.計算: 11.集合{x∣-1≤log(1/x)10<-(1/2),x∈N}的真子集的個數(shù)是 。 12.求函數(shù)y=(1/4)x2-2x-3的單調(diào)區(qū)間。 13.已知指數(shù)函數(shù)f(x)=ax(a>0,且a≠1),求滿足f(3x2-4x-5)>f(2x2-3x+1)的x的取值。 14.解方程8log6(x2-7x+15)=5log68 15.設有關于x的不等式lg (∣x+3∣+∣x-7∣)>a ?。?)當a=1時,解這個不等式; ?。?)當a為何值時,這個不等式的解集為R? 課后練習答案 1.(B);2.(A);3.(B);4.216;5.m=2,n=2; 6.(D);7.(1)2,(2)1;8.1/3;9.(D); 10.1/2;11.290-1;12.單調(diào)增區(qū)間(-∞,1],單調(diào)減區(qū)間[1,+∞) 13.當a>1時,x<-2或x>3,當0<a<1時,-2<x<3; 14.x1=2,x2=5; 15.(1)x<-3或x>7,(2)a<1 例題答案: 1. 分析:和式中共有1000項,顯然逐項相加是不可取的。需找出f(x)的結構特征,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,注意到1/1001+1000/1001=2/1001+999/1001=3/1001+998/1001=…=1, 而f(x)+f(1-x)=(ax/(ax+√a))+(a1-x/(a1-x+√a))=(ax/(ax+√a))+(a/(a+ax√a))=(ax/(ax+√a))+((√a)/(ax+√a))=((ax+√a)/(ax+√a))=1規(guī)律找到了,這啟示我們將和式配對結合后再相加: 原式=[f(1/1001)+f(1000/1001)]+[f(2/1001)+f(999/1001)]+…+[f(500/1001)+f(501/1001)]=(1+1+…+1)5000個=500 說明:觀察比較,發(fā)現(xiàn)規(guī)律f(x)+f(1-x)=1是本例突破口。 ?。?)取a=4就是1986年的高中數(shù)學聯(lián)賽填空題:設f(x)=(4x/(4x+2)),那么和式f(1/1001)+f(2/1001)+f(3/1001)+…+f(1000/1001)的值= 。 ?。?)上題中取a=9,則f(x)=(9x/(9x+3)),和式值不變也可改變和式為求f(1/n)+f(2/n)+f(3/n)+…+f((n-1)/n). ?。?)設f(x)=(1/(2x+√2)),利用課本中推導等差數(shù)列前n項和的方法,可求得f(-5)+f(-4)+…+f(0)+…+f(5)+f(6)的值為 。這就是xx年春季上海高考數(shù)學第12題。 2.解:∵5log25=(10/2)log25=(10log25)/(2log25)=(1/5)10log25 ∴選(B) 說明:這里用到了對數(shù)恒等式:alogaN=N(a>0,a≠1,N>0) 這是北京市1997年高中一年級數(shù)學競賽試題。 3.解法1:先運用復合二次根式化簡的配方法對真數(shù)作變形。 解法2:利用算術根基本性質(zhì)對真數(shù)作變形,有 說明:乘法公式的恰當運用化難為易,化繁為簡。 4.解:對于兩個正數(shù)的大小,作商與1比較是常用的方法,記12xx=a>0,則有 ((12xx+1)/(12xx+1))((12xx+1)/(12xx+1))=((a/12)+1)/(a+1)((12a+1)/(a+1))=((a+12)(12a+1))/(12(a+1)2)=((12a2+145a+12)/(12a2+24a+12))>1 故得:((12xx+1)/(12xx+1))>((12xx+1)/(12xx+1)) 5. 解:設lglog310=t,則lglg3=lg(1/log310)=-lglog310=-t 而f(t)+f(-t)= ∴f(-t)=8-f(t)=8-5=3 說明:由對數(shù)換底公式可推出logablogba=(lgb/lga)(lga/lgb)=1,即logab=(1/logba),因而lglog310與lglg3是一對相反數(shù)。設中的部分,則g(x)為奇函數(shù),g(t)+g(-t)=0。這種整體處理的思想巧用了奇函數(shù)性質(zhì)使問題得解,關鍵在于細致觀察函數(shù)式結構特征及對數(shù)的恒等變形。 6.分析:(1)求y=(10x-10-x)/2的反函數(shù)首先用y把x表示出來,然后再對調(diào)x,y即得到y(tǒng)=f-1(x); ?。?)判斷函數(shù)y=f-1(x)的奇偶性要依據(jù)奇函數(shù)或偶函數(shù)的定義,看當X∈R時是否有 f(-x)=-f(x)或(f(-x)+f(x)=0) 或f(-x)=f(x) 恒成立。 解:(1)由y=((10x-10-x)/2)(X∈R)可得2y=10x-10-x,設10x=t,上式化為:2y=t-t-1兩邊乘t,得2yt=t2-1整理得:t2-2yt-1=0,解得: 由于t=10x>0,故將舍去,得到:將t=10x代入上式,即得: 所以函數(shù)y=((10x-10-x)/2)的反函數(shù)是 (2)由得: ∴f-1(-x)=-f(x) 所以,函數(shù) 是奇函數(shù)。 說明:①從本題求解及判斷過程可以得到更一般的結論:函數(shù)y=((ax-a-x)/2)(X∈R,a>0,a≠1)的反函數(shù)是,它們都是奇函數(shù)。當a=2,3,10或e時就構造了新的特殊的題目。進一步還可以研究它們的單調(diào)性,如1992年高考數(shù)學試題:函數(shù)y=((ex-e-x)/2)的反函數(shù) ?。ˋ)是奇函數(shù),它在(0,+∞)上是減函數(shù); (B)是偶函數(shù),它在(0,+∞)上是減函數(shù); (C)是奇函數(shù),它在(0,+∞)上是增函數(shù); ?。―)是偶函數(shù),它在(0,+∞)上是增函數(shù)。 ②函數(shù)y=((ax-a-x)/2)是由y=f(x)=ax構造而得,全日制普通高級中學教科書(試驗修訂本。必修)《數(shù)學》第一冊(上)(人民教育出版社中學數(shù)學室編著)P107復習參考題二B組第6題:設y=f(x)是定義在R上的任一函數(shù), 求證:(1)F1(x)=f(x)+f(-x)是偶函數(shù); ?。?)F2(x)=f(x)-f(-x)是奇函數(shù)。 而f(x)=F1(X)+F2(x),它說明,定義在R上的任一函數(shù)都可以表示成一個奇函數(shù)(F2(x))與一個偶函數(shù)(F1(x))的代數(shù)和。從這個命題出發(fā),由f(x)=ax就可以構造出諸多奇函數(shù),比如,y=((ax-a-x)/2);y=((ax-a-x)/(ax+a-x))=((a2x-1)/(a2x+1))等等用自然對數(shù)的底e≈2.71828…(無理數(shù))作底,作函數(shù)sh(x)=((ex-e-x)/2),ch(x)=((ex+e-x)/2),th(x)=((ex-e-x)/(ex+e-x))它們分別叫做雙曲正弦函數(shù),雙曲余弦函數(shù),雙曲正切函數(shù),它們具有如下性質(zhì): (1)ch2(x)-sh2(x)=1; (2)sh(x+y)=sh(x)ch(y)+ch(x)sh(y); (3)ch(x+y)=ch(x)ch(y)+sh(x)sh(y); (4)th(x+y)=((th(x)+th(y))/(1+th(x)th(y))); (5)ch(-x)=ch(x); (6)sh(-x)=-sh(x); (7)th(-x)=-th(x). 令x=y,則有 (8)sh(2x)=2sh(x)ch(x); (9)ch(2x)=ch2(x)+sh2(x) 其中①⑧⑨合起來,就是課本P107的第8題。 7. 解:(1)由對數(shù)的定義域知((1+x)/(1-x))>0 解這個分式不定式,得:(x+1)(x-1)<0,-1<x<1 故函數(shù)f(x)的定義域為(-1,1) ?。?)f(-x)=loga((1-x)/(1+x))=log((1+x)/(1-x))-1=-loga((1+x)/(1-x))=-f(x) 由奇函數(shù)的定義知,函數(shù)f(x)是奇函數(shù)。 (3)由loga((1+x)/(1-x))>0<=>loga((1+x)/(1-x))>loga1, 因為a>1,所以由對數(shù)函數(shù)的單調(diào)性知((1+x)/(1-x))>1,考慮由(1)知x<1,1-x>0,去分母,得:1+x>1-x,x>0故:0<x<1 所以對于a>1,當x∈(0,1)時函數(shù)f(x)>0 ?。?)由y=loga((1+x)/(1-x))得:((1+x)/(1-x))=ay應用會比分比定理得:((1+x)+(1-x))/((1+x)-(1-x))=((ay+1)/(ay-1))即:(2/2x)=((ay+1)/(ay-1)) ∴x=((ay-1)/(ay+1))交換x,y得: y=((ax-1)/(ax+1)),它就是函數(shù)f(x)=loga((1+x)/(1-x))的反函數(shù)f-1(x)即f-1(x)=((ax-1)/(ax+1)) 說明:(1)函數(shù)y=loga((1+x)/(1-x))與y=((ax-1)/(ax+1))是一對反函數(shù)。取a=e,函數(shù)y=((ex-1)/(ex+1))的反函數(shù)的定義域是 。這就是89年的高考題目。 ?。?)已知f(x)=lg((1-x)/(1+x)),a,b∈(-1,1)求證:f(a)+f(b)=f((a+b)/(1+ab))(P89習題2.8第4題)可以看作該類函數(shù)的性質(zhì)。 ?。?)y=ax與y=logax;y=((ax-a-x)/2)與;y=((ax-1)/(ax+1))與y=loga((1+x)/(1-x))這三對互反函數(shù)及其性質(zhì)需要理解記憶。 8.解:∵2xx是個P位數(shù), ∴10p-1<2xx<10p ① ∵5xx是個q位數(shù), ∴10q-1<5xx<10q ② ①②得:10p+q-2<(25)xx<10p+q 即10p+q-2<10xx<10p+q ③ ∴xx=p+q-1 ∴p+q=xx 9.解:方程有一正根一負根的充分必要條件是: loga(a2-a)<0(由韋達定理而來)① 由a>0,a≠1,a2-a=a(a-1)>0,可得a>1 ②,從而由loga(a2-a)<0=loga1得:a2-a<1,a2-a-1<0,解得: ③,由②③得: 10.解:∵(1/2)<1,要使y<0,只要 a2x+2(ab)x-b2x+1>1, 即a2x+2(ab)x-b2x>0 →b2x[(a/b)2x+2(a/b)x-1]>0 →[(a/b)x]2+2(a/b)x-1>0 → →∵ →. 1當a>b>0時,a/b>1,; 2當b>a>0時,0<a/b<1, 3當a=b>0時,x∈R。- 配套講稿:
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