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函数的图象和性质是历年高考的重点考查内容,近几年各省的高考、模拟考试卷中频频出现分子、分母均为一次的分式函数试题,但现行高中教材中并未作专门介绍,下面谈谈笔者在教学中的一些体会:
一、一次型分式函数的定义及图象获得
1.定义
一次型分式函数的定义: (a≠0,ad≠bc)。
2.图象获得
分式函数 (a≠0,ad≠bc)的图象可由反比例函
数 (k≠0)的图象通过平移得到。
证明:因为
所以,把反比例函数 的图象——双曲线按向量
=( , )平移,可以得到 的图象。
说明:(1)函数 (a≠0,ad≠bc)的定义域为
,值域为 。
(2)由双曲线 的中心(0,0),渐近线x=0、y=0
容易得到双曲线 的中心为( , ),漸近线为x= 、
y= 。
(3)作函数 (a≠0,ad≠bc)的图象可以按下面两
个步骤进行:①确定中心和渐近线;②确定双曲线两支的位置(可取一个特殊点)。
两个步骤可以归纳为口诀“一个中心,两条渐近线”。
二、分式函数 (a≠0,ad≠bc)的应用
例1:(2002年全国)函数 的图象是( )。
A B
C D
图1
分析:由函数解析式,易知x≠1,y≠1,故其图象的对称中心为(1,1),渐近线为x=1,y=1,图象过点(0,2),故选B。
点评:本题单纯地考查了分式函数的图象,利用口诀“一个中心,两条渐近线”画分式函数的图象避免了复杂的平移、对称变化过程。
例题2:设(-∞,a)为函数 的一个单调递增区
间,则实数a的取值范围为( )。
A、a≥2 B、a≤2 C、a≥-2 D、a≤-2
分析:在函数 中,因为x≠-2、y≠2,所以函数
图象的中心为(-2,2),渐近线为x=-2和y=2,在图象上取一点(0, )。画出函数图象,如图2所示。
由图象可知,函数单调递增区间为(-∞,-2)和(-2,+∞),故(-∞,a) (-∞,-2),所以a≤-2,选D。
点评:由本题考查了分式函数单调区间、集合的关系,利用分式函数的图象使得解题过程得以简化。
例3:若函数 在(1,+∞)上单调递增,求a的
取值范围。
分析:由x≠1,y≠1得函数图象中心为(1,1),渐近线为x=1和y=1,在图象上取一点(0,a),由于函数在(1,+∞)
上单调递增,故a>1。
点评:a取不同的值,会得到不同的图象,由条件“函数在(1,+∞)上单调递增”,可以确定图象的位置,进而求出a的取值范围。
图2 图3
例4:若函数 在(0,+∞)上单调递增,求实数
a的取值范围。
分析:因为x≠a,y≠1,所以函数图象的中心为(a,1),渐近线为x=a和y=1。
(1)当a=0时,函数图象的中心为(0,1),渐近线为x=0和y=1,取点(-1,-1),画出函数图象(图4),从图象上可以看出,函数在(0,+∞)上单调递减,不合题意。
(2)当a>0时,取点(0, ),画出函数的图象(图5),
函数在(0,+∞)上无单调性,不合题意。
图4 图5
(3)当a<0时,取点(0, ),画出函数的图象(图6),
因为函数在(0,+∞)上单调递增,所以 <1,a<-2。
图6 图7
点评:本题考查了分式函数、函数的单调性、集合的关系和分类讨论的思想,分类讨论往往是教学中的难点,通过画图象进行讨论直观易懂。
例5:(2004江苏)设函数 ,区间M=
[a,b](a A、0个 B、1个 C、2个 D、无数多个
分析:函数 ,由口诀“一个中心,
两条渐近线”可画出其图象,如图7所示。由图象可知,f(x)在R上是连续单调递减函数,N={ }表示函数定义域为M=[a,b]时其值域为N。由M=N解得a=b=0,所以选A。
点评:本题考查了一次分式函数、分段函数解析式、函数的单调性和函数的定义域、值域与集合等知识。解题过程是根据定义域与值域相等的特性建立方程的,考查学生方程思想和创新能力。其中函数的图象的画出起到了关键作用。
例6:(2010浙江文数)已知x0是函数 的一
个零点,若x1∈(1,x0),x0∈(x0,+∞),则( )。
A、f(x1)<0,f(x2)<0 B、f(x1)<0,f(x2)>0
C、f(x1)>0,f(x2)<0 D、f(x1)>0,f(x2)>0
分析:设 =0,则x0是方程 的一
个根,即是函数g(x)=2x与 图象交点的横坐标。
画出g(x)与h(x)的图象(如图8所示),由图象可知,当x1∈(1,x0),x2∈(x0,+∞)时,g(x1)h(x2),由f(x)=g(x)-h(x)得f(x1)<0,f(x2)>0,选B。
点评:本题考查了数形结合的思想,以及函数零点的概念和零点的判断,借助指数函数和分式函数的图象直观地得到结论。
例7:(2009滨州一模)设函数 ,[x]表示
不超过x的最大整数,则函数 的值域为( )。
A、{0} B、{-1,0} C、{-1,0,1} D、{-2,0}
分析:设2x=t(t>0),则原函数即为 ,此函数
图象中心为(-1, ),渐近线为t=1,y= ,所以其图象如
图9所示。
图8 图9
(1)当x>0时,2x>1,0<2-x<1,得f(x)∈(0, ),
f(-x)∈( ,0),故y=0+(-1)=-1;
(2)当x<0时,0<2x<1,2-x>1,得f(x)∈( ,0),
f(-x)∈(0, ),故y=(-1)+0=-1;
(3)当x=0时,2x=1,2-x=1,得f(x)=f(-x)=0,故
y=0+0=0。所以 的值域为{-1,0},选B。
点评:本题考查了指数函数的值域、分式函数的图象、整数函数的概念,考查了换元法和分类讨论的思想,属于难度较大的题。本题正是利用分式函数的图象使得复杂的问题简单化、形象化,是数形结合思想的具体体现。
由以上几例可以看出,凡涉及一次分式函数的问题,只要抓住它的本质——图象,往往会使得问题的解决变得直观、简单,而作一次分式函数的图象的关键就在于口诀“一个中心,两条渐近线”。
一、一次型分式函数的定义及图象获得
1.定义
一次型分式函数的定义: (a≠0,ad≠bc)。
2.图象获得
分式函数 (a≠0,ad≠bc)的图象可由反比例函
数 (k≠0)的图象通过平移得到。
证明:因为
所以,把反比例函数 的图象——双曲线按向量
=( , )平移,可以得到 的图象。
说明:(1)函数 (a≠0,ad≠bc)的定义域为
,值域为 。
(2)由双曲线 的中心(0,0),渐近线x=0、y=0
容易得到双曲线 的中心为( , ),漸近线为x= 、
y= 。
(3)作函数 (a≠0,ad≠bc)的图象可以按下面两
个步骤进行:①确定中心和渐近线;②确定双曲线两支的位置(可取一个特殊点)。
两个步骤可以归纳为口诀“一个中心,两条渐近线”。
二、分式函数 (a≠0,ad≠bc)的应用
例1:(2002年全国)函数 的图象是( )。
A B
C D
图1
分析:由函数解析式,易知x≠1,y≠1,故其图象的对称中心为(1,1),渐近线为x=1,y=1,图象过点(0,2),故选B。
点评:本题单纯地考查了分式函数的图象,利用口诀“一个中心,两条渐近线”画分式函数的图象避免了复杂的平移、对称变化过程。
例题2:设(-∞,a)为函数 的一个单调递增区
间,则实数a的取值范围为( )。
A、a≥2 B、a≤2 C、a≥-2 D、a≤-2
分析:在函数 中,因为x≠-2、y≠2,所以函数
图象的中心为(-2,2),渐近线为x=-2和y=2,在图象上取一点(0, )。画出函数图象,如图2所示。
由图象可知,函数单调递增区间为(-∞,-2)和(-2,+∞),故(-∞,a) (-∞,-2),所以a≤-2,选D。
点评:由本题考查了分式函数单调区间、集合的关系,利用分式函数的图象使得解题过程得以简化。
例3:若函数 在(1,+∞)上单调递增,求a的
取值范围。
分析:由x≠1,y≠1得函数图象中心为(1,1),渐近线为x=1和y=1,在图象上取一点(0,a),由于函数在(1,+∞)
上单调递增,故a>1。
点评:a取不同的值,会得到不同的图象,由条件“函数在(1,+∞)上单调递增”,可以确定图象的位置,进而求出a的取值范围。
图2 图3
例4:若函数 在(0,+∞)上单调递增,求实数
a的取值范围。
分析:因为x≠a,y≠1,所以函数图象的中心为(a,1),渐近线为x=a和y=1。
(1)当a=0时,函数图象的中心为(0,1),渐近线为x=0和y=1,取点(-1,-1),画出函数图象(图4),从图象上可以看出,函数在(0,+∞)上单调递减,不合题意。
(2)当a>0时,取点(0, ),画出函数的图象(图5),
函数在(0,+∞)上无单调性,不合题意。
图4 图5
(3)当a<0时,取点(0, ),画出函数的图象(图6),
因为函数在(0,+∞)上单调递增,所以 <1,a<-2。
图6 图7
点评:本题考查了分式函数、函数的单调性、集合的关系和分类讨论的思想,分类讨论往往是教学中的难点,通过画图象进行讨论直观易懂。
例5:(2004江苏)设函数 ,区间M=
[a,b](a A、0个 B、1个 C、2个 D、无数多个
分析:函数 ,由口诀“一个中心,
两条渐近线”可画出其图象,如图7所示。由图象可知,f(x)在R上是连续单调递减函数,N={ }表示函数定义域为M=[a,b]时其值域为N。由M=N解得a=b=0,所以选A。
点评:本题考查了一次分式函数、分段函数解析式、函数的单调性和函数的定义域、值域与集合等知识。解题过程是根据定义域与值域相等的特性建立方程的,考查学生方程思想和创新能力。其中函数的图象的画出起到了关键作用。
例6:(2010浙江文数)已知x0是函数 的一
个零点,若x1∈(1,x0),x0∈(x0,+∞),则( )。
A、f(x1)<0,f(x2)<0 B、f(x1)<0,f(x2)>0
C、f(x1)>0,f(x2)<0 D、f(x1)>0,f(x2)>0
分析:设 =0,则x0是方程 的一
个根,即是函数g(x)=2x与 图象交点的横坐标。
画出g(x)与h(x)的图象(如图8所示),由图象可知,当x1∈(1,x0),x2∈(x0,+∞)时,g(x1)
点评:本题考查了数形结合的思想,以及函数零点的概念和零点的判断,借助指数函数和分式函数的图象直观地得到结论。
例7:(2009滨州一模)设函数 ,[x]表示
不超过x的最大整数,则函数 的值域为( )。
A、{0} B、{-1,0} C、{-1,0,1} D、{-2,0}
分析:设2x=t(t>0),则原函数即为 ,此函数
图象中心为(-1, ),渐近线为t=1,y= ,所以其图象如
图9所示。
图8 图9
(1)当x>0时,2x>1,0<2-x<1,得f(x)∈(0, ),
f(-x)∈( ,0),故y=0+(-1)=-1;
(2)当x<0时,0<2x<1,2-x>1,得f(x)∈( ,0),
f(-x)∈(0, ),故y=(-1)+0=-1;
(3)当x=0时,2x=1,2-x=1,得f(x)=f(-x)=0,故
y=0+0=0。所以 的值域为{-1,0},选B。
点评:本题考查了指数函数的值域、分式函数的图象、整数函数的概念,考查了换元法和分类讨论的思想,属于难度较大的题。本题正是利用分式函数的图象使得复杂的问题简单化、形象化,是数形结合思想的具体体现。
由以上几例可以看出,凡涉及一次分式函数的问题,只要抓住它的本质——图象,往往会使得问题的解决变得直观、简单,而作一次分式函数的图象的关键就在于口诀“一个中心,两条渐近线”。