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所谓函数综合题,就是以函数知识为主体,同时还涉及到其他数学知识,而且要综合运用多种数学方法来进行求解的一类问题,具有一定的难度.大家知道,数学解题,必须讲究方法.方法得当,事半功倍;方法不当,半途而废.那么解答函数综合题,同学们必须掌握哪些基本的方法与技巧呢?
一、善于换元,化繁为简
换元法又称辅助元素法、变量代换法.通过引进新的变量,可以把分散的条件联系起来,隐含的条件显露出来;或者把条件与结论联系起来;或者变为熟悉的形式,把复杂的计算和推证简化.函数综合题中,往往可以经过换元将复杂的复合函数转化为简单的初等函数.
例1 (1)已知x∈(0, ∞)时,不等式9x-m·3x m 1>0恒成立,则m的取值范围是 .
(2)对于函数f(x)=4x-m·2x 1,若存在实数x0,使得f(-x0)=-f(x0)成立,则实数m的取值范围是 .
解析:(1)令t=3x(t>1),则由已知得函数f(t)=t2-mt m 1的图象在t∈(1, ∞)上恒在x轴的上方,则对于方程f(t)=0有
Δ=(-m)2-4(m 1)<0或Δ≥0,
m2≤1,
f(1)=1-m m 1≥0,解得m<2 22.
(2)若存在实数x0,使得f(-x0)=-f(x0)成立,
即4-x0-m·2-x0 1=-4x0 m·2x0 1,
所以14x0 4x0=2m·(12x0 2x0),
令t=2x0(t>0),则1t2 t2=2m(1t t),令λ=1t t(λ≥2),所以2m=λ-2λ,
令g(λ)=λ-2λ(λ≥2),易知g(λ)在区间[2, ∞)上单调递增,所以2m≥2-22=1,故m≥12.
评注:本例第(1)小题,经过换元转化为我们熟知的二次函数问题.而本例第(2)小题经过两次换元,将原本复杂的函数问题转化为简单函数g(λ)的最值问题.换元法的实质是转化,关键是构造元和设元,理论依据是等量代换,目的是通过换元变换研究对象,将问题移至新对象的知识背景中去研究,从而使非标准型问题标准化、复杂问题简单化.
二、适当配方,巧中取胜
配方法是对数学式子进行一种定向变形(配成“完全平方”的技巧),通过配方找到已知和未知的联系从而化繁为简.何时配方,需要我们适当预测,并且合理运用“裂项”与“添项”,“配”与“凑”的技巧,从而完成配方.在函数综合题中,利用配方法往往可以将原问题转化为二次函数问题.
例2 (1)设函数f(x)=2x,x≤0,
log2x,x>0,若对任意给定的y∈(2, ∞),都存在唯一的x0∈R,满足f(f(x0))=2a2y2 ay,则正实数a的最小值是 .
(2)若函数f(x)=m-x 3的定义域为[a,b],值域为[a,b],则实数m的取值范围是 .
解析:(1)当x≤0时,f(x)=2x,值域为(0,1],所以f(f(x))=log22x=x;
当0 当x>1时,f(x)=log2x,值域为(0, ∞),所以f(f(x))=log2(log2x),
故f(f(x))=x,x≤1
log2(log2x),x>1.
当x≤1时,f(f(x))的值域为(-∞,1];当x>1时,f(f(x))的值域为R,
因为a>0,令g(y)=2a2y2 ay=2a2(y 14a)2-18,对称轴y=-14a<0<2,
所以g(y)在(2, ∞)上是增函数,则g(y)在(2, ∞)上的值域为(g(2), ∞),即(8a2 2a, ∞),则8a2 2a≥1,解得a≥14,所以正实数a的最小值是14.
(2)易知f(x)=m-x 3在[a,b]上单调递减,
因为函数f(x)的值域为[a,b],所以f(a)=b
f(b)=a,即m-a 3=b
m-b 3=a,
两式相减得,a 3-b 3=a-b=(a 3)-(b 3)=(a 3)2-(b 3)2,
所以a 3 b 3=1,
因为a 所以m=(a 3)-a 3-2=(a 3-12)2-94,
又0≤a 3<12,所以-94 评注:利用配方法将原问题转化为二次函数最值问题时,一定要特别关注二次函数的对称轴的位置,才能确定二次函数的单调区间和最值.
三、用好定义,返璞归真
某些数学定义,其实就是一个数学关系式,有时这正是我们解题的“切入口”.
例3 (1)若函数f(x)=xln(x a x2)为偶函数,则a= .
(2)若函数f(x)为定义域D上的单调函数,且存在区间[a,b]D(其中a 解析:(1)(法一)由偶函数定义得f(-x)=f(x),即-xln(a x2-x)=xln(x a x2)恒成立,故有ln(x a x2) ln(a x2-x)=0,
∴ln[(a x2)2-x2]=0,得lna=0,∴a=1.
(法二)根据“奇×奇=偶”,
设g(x)=ln(x a x2)为奇函数即可. 又∵g(0)=0,∴lna=0,∴a=1.
可验证a=1时,f(x)为偶函数.
(2)∵函数f(x)=x2 k是(-∞,0)上的正函数,∴a ∴当x∈[a,b]时,函数f(x)单调递减,
∴f(a)=b,f(b)=a,即a2 k=b,b2 k=a,
两式相减得a2-b2=b-a,即b=-(a 1),代入a2 k=b得a2 a k 1=0,
由a 即a<-a-1
a 1>0,∴a<-12
a>-1,解得-1 ∴關于a的方程a2 a k 1=0在区间(-1,-12)内有实数解,
记h(a)=a2 a k 1,则h(-1)>0,h(-12)<0,
∴1-1 k 1>0,且14-12 k 1<0,解得-1 评注:本例第(1)小题中,法一是根据偶函数的定义f(-x)=f(x)待定a,转化为方程问题;法二则根据奇函数、偶函数的特殊结论快速求解.定义法有时虽然显得有些“笨拙”,却十分有效!本例第(2)小题是个新定义的探索性问题,看似比较复杂,但解题过程中只需“紧扣”新定义,将其转化为数学关系式,问题便迎刃而解.
四、着眼性质,等价转化
“转化”是数学解题的“主旋律”,而函数性质是实现“转化”的“助推器”.
例4 (1)已知f(x)是定义域为实数集R的偶函数,对任意的x1≥0,x2≥0,若x1≠x2,则f(x2)-f(x1)x2-x1<0.如果f(13)=34,4f(log18x)>3,那么x的取值范围为 .
(2)已知定义在R上的函数f(x)满足条件:①对任意的x∈R,都有f(x 4)=f(x);②对任意的x1,x2∈[0,2]且x1 解析:(1)依题意得,函数f(x)在[0, ∞)上是减函数,又f(x)是定义域为实数集R的偶函数,所以函数f(x)在(-∞,0)上是增函数,则4f(log18x)>3等价于f(log18x)>34,即f(log18x)>f(13),所以|log18x|<13,解得12 (2)由函数f(x 2)的图象关于y轴对称,得f(2 x)=f(2-x),又f(x 4)=f(x),所以f(4.5)=f(0.5),f(7)=f(3)=f(2 1)=f(2-1)=f(1),f(6.5)=f(2.5)=f(2 0.5)=f(2-0.5)=f(1.5),由②知f(x)在[0,2]上是增函数,所以f(4.5) 评注:对于抽象函数问题,一般可利用它的有关性质,把原问题中的“f”符号脱去,转化为一般的不等式问题或方程问题,或从性质找出图象特征,利用图象特征(如函数的单调性、图象的对称性等)求解.
五、数形结合,答案自现
函数图象,是函数的另一种表现形式,函数的性质可从函数图象中直接看出.当遇到与函数有关的零点问题或参数取值范围问题时,数形结合能让答案自现.
例5 (1)函数f(x)=|x2-2x 12|-32x 1的零点个数为 .
(2)已知函数f(x)=2x,x≤0
log2x,x>0,且函数g(x)=f(x) x-a只有一个零点,则实数a的取值范围是 .
解析:(1)令f(x)=0,
即|x2-2x 12|=32x-1,
则函数h(x)=|x2-2x 12|和函数g(x)=32x-1的交点个数即为函数f(x)的零点个数,如图所示,h(x)与g(x)有两个交点,所以函数f(x)的零点个数为2.故答案:2.
(2)由题意,函数g(x)=f(x) x-a只有一个零点,即方程f(x)=-x a有且只有一个解,作出函数f(x)=2x,x≤0,
log2x,x>0,的图象如图所示,而当a=1时直线y=-x 1与f(x)有两个交点,故当a>1时直线y=-x a与f(x)有且只有一个交点,a∈(1, ∞).故答案:(1, ∞).
评注:对于函数零点问题,当给定的函数不能直接求解或画出图形,常会通过分解转化为两个函数图象,然后数形结合,看其交点的个数有几个,其中交点的横坐标有几个不同的值,就有几个不同的零点.而对于含参零点问题,往往将其转化为一“静”一“动”的两个函数的位置关系,从“动”函数的平移中直接得到参数的取值范围.
六、分类(段)讨论,一网打尽
在函数综合题中,当自变量不确定或参数的取值范围不确定时,必须分段或类讨论,这是解函数综合题的基本方法之一.
例6 (1)已知函数f(x)=3x 1,x≤0,
log13x,x>0,则不等式f(x)>1的解集为 .
(2)函数y=logax(a>0,且a≠1)在[2,4]上的最大值与最小值的差是1,则a的值为 .
解析:(1)若x≤0,则不等式f(x)>1可转化为3x 1>1x 1>0x>-1,∴-1 若x>0,则不等式f(x)>1可转化为log13x>10 综上,不等式f(x)>1的解集为(-1,13).
(2)当a>1时,函数y=logax在[2,4]上是增函数,所以loga4-loga2=1,即loga42=1,所以a=2.当0 评注:遇到分段函数问题应分段解决,遇到指数函数或对数函数的底数为参数时必须分类讨论.分段或分类讨论函数问题,必须做到不重不漏,做到一网打尽.
一、善于换元,化繁为简
换元法又称辅助元素法、变量代换法.通过引进新的变量,可以把分散的条件联系起来,隐含的条件显露出来;或者把条件与结论联系起来;或者变为熟悉的形式,把复杂的计算和推证简化.函数综合题中,往往可以经过换元将复杂的复合函数转化为简单的初等函数.
例1 (1)已知x∈(0, ∞)时,不等式9x-m·3x m 1>0恒成立,则m的取值范围是 .
(2)对于函数f(x)=4x-m·2x 1,若存在实数x0,使得f(-x0)=-f(x0)成立,则实数m的取值范围是 .
解析:(1)令t=3x(t>1),则由已知得函数f(t)=t2-mt m 1的图象在t∈(1, ∞)上恒在x轴的上方,则对于方程f(t)=0有
Δ=(-m)2-4(m 1)<0或Δ≥0,
m2≤1,
f(1)=1-m m 1≥0,解得m<2 22.
(2)若存在实数x0,使得f(-x0)=-f(x0)成立,
即4-x0-m·2-x0 1=-4x0 m·2x0 1,
所以14x0 4x0=2m·(12x0 2x0),
令t=2x0(t>0),则1t2 t2=2m(1t t),令λ=1t t(λ≥2),所以2m=λ-2λ,
令g(λ)=λ-2λ(λ≥2),易知g(λ)在区间[2, ∞)上单调递增,所以2m≥2-22=1,故m≥12.
评注:本例第(1)小题,经过换元转化为我们熟知的二次函数问题.而本例第(2)小题经过两次换元,将原本复杂的函数问题转化为简单函数g(λ)的最值问题.换元法的实质是转化,关键是构造元和设元,理论依据是等量代换,目的是通过换元变换研究对象,将问题移至新对象的知识背景中去研究,从而使非标准型问题标准化、复杂问题简单化.
二、适当配方,巧中取胜
配方法是对数学式子进行一种定向变形(配成“完全平方”的技巧),通过配方找到已知和未知的联系从而化繁为简.何时配方,需要我们适当预测,并且合理运用“裂项”与“添项”,“配”与“凑”的技巧,从而完成配方.在函数综合题中,利用配方法往往可以将原问题转化为二次函数问题.
例2 (1)设函数f(x)=2x,x≤0,
log2x,x>0,若对任意给定的y∈(2, ∞),都存在唯一的x0∈R,满足f(f(x0))=2a2y2 ay,则正实数a的最小值是 .
(2)若函数f(x)=m-x 3的定义域为[a,b],值域为[a,b],则实数m的取值范围是 .
解析:(1)当x≤0时,f(x)=2x,值域为(0,1],所以f(f(x))=log22x=x;
当0
故f(f(x))=x,x≤1
log2(log2x),x>1.
当x≤1时,f(f(x))的值域为(-∞,1];当x>1时,f(f(x))的值域为R,
因为a>0,令g(y)=2a2y2 ay=2a2(y 14a)2-18,对称轴y=-14a<0<2,
所以g(y)在(2, ∞)上是增函数,则g(y)在(2, ∞)上的值域为(g(2), ∞),即(8a2 2a, ∞),则8a2 2a≥1,解得a≥14,所以正实数a的最小值是14.
(2)易知f(x)=m-x 3在[a,b]上单调递减,
因为函数f(x)的值域为[a,b],所以f(a)=b
f(b)=a,即m-a 3=b
m-b 3=a,
两式相减得,a 3-b 3=a-b=(a 3)-(b 3)=(a 3)2-(b 3)2,
所以a 3 b 3=1,
因为a 所以m=(a 3)-a 3-2=(a 3-12)2-94,
又0≤a 3<12,所以-94
三、用好定义,返璞归真
某些数学定义,其实就是一个数学关系式,有时这正是我们解题的“切入口”.
例3 (1)若函数f(x)=xln(x a x2)为偶函数,则a= .
(2)若函数f(x)为定义域D上的单调函数,且存在区间[a,b]D(其中a 解析:(1)(法一)由偶函数定义得f(-x)=f(x),即-xln(a x2-x)=xln(x a x2)恒成立,故有ln(x a x2) ln(a x2-x)=0,
∴ln[(a x2)2-x2]=0,得lna=0,∴a=1.
(法二)根据“奇×奇=偶”,
设g(x)=ln(x a x2)为奇函数即可. 又∵g(0)=0,∴lna=0,∴a=1.
可验证a=1时,f(x)为偶函数.
(2)∵函数f(x)=x2 k是(-∞,0)上的正函数,∴a ∴当x∈[a,b]时,函数f(x)单调递减,
∴f(a)=b,f(b)=a,即a2 k=b,b2 k=a,
两式相减得a2-b2=b-a,即b=-(a 1),代入a2 k=b得a2 a k 1=0,
由a 即a<-a-1
a 1>0,∴a<-12
a>-1,解得-1 ∴關于a的方程a2 a k 1=0在区间(-1,-12)内有实数解,
记h(a)=a2 a k 1,则h(-1)>0,h(-12)<0,
∴1-1 k 1>0,且14-12 k 1<0,解得-1
四、着眼性质,等价转化
“转化”是数学解题的“主旋律”,而函数性质是实现“转化”的“助推器”.
例4 (1)已知f(x)是定义域为实数集R的偶函数,对任意的x1≥0,x2≥0,若x1≠x2,则f(x2)-f(x1)x2-x1<0.如果f(13)=34,4f(log18x)>3,那么x的取值范围为 .
(2)已知定义在R上的函数f(x)满足条件:①对任意的x∈R,都有f(x 4)=f(x);②对任意的x1,x2∈[0,2]且x1
五、数形结合,答案自现
函数图象,是函数的另一种表现形式,函数的性质可从函数图象中直接看出.当遇到与函数有关的零点问题或参数取值范围问题时,数形结合能让答案自现.
例5 (1)函数f(x)=|x2-2x 12|-32x 1的零点个数为 .
(2)已知函数f(x)=2x,x≤0
log2x,x>0,且函数g(x)=f(x) x-a只有一个零点,则实数a的取值范围是 .
解析:(1)令f(x)=0,
即|x2-2x 12|=32x-1,
则函数h(x)=|x2-2x 12|和函数g(x)=32x-1的交点个数即为函数f(x)的零点个数,如图所示,h(x)与g(x)有两个交点,所以函数f(x)的零点个数为2.故答案:2.
(2)由题意,函数g(x)=f(x) x-a只有一个零点,即方程f(x)=-x a有且只有一个解,作出函数f(x)=2x,x≤0,
log2x,x>0,的图象如图所示,而当a=1时直线y=-x 1与f(x)有两个交点,故当a>1时直线y=-x a与f(x)有且只有一个交点,a∈(1, ∞).故答案:(1, ∞).
评注:对于函数零点问题,当给定的函数不能直接求解或画出图形,常会通过分解转化为两个函数图象,然后数形结合,看其交点的个数有几个,其中交点的横坐标有几个不同的值,就有几个不同的零点.而对于含参零点问题,往往将其转化为一“静”一“动”的两个函数的位置关系,从“动”函数的平移中直接得到参数的取值范围.
六、分类(段)讨论,一网打尽
在函数综合题中,当自变量不确定或参数的取值范围不确定时,必须分段或类讨论,这是解函数综合题的基本方法之一.
例6 (1)已知函数f(x)=3x 1,x≤0,
log13x,x>0,则不等式f(x)>1的解集为 .
(2)函数y=logax(a>0,且a≠1)在[2,4]上的最大值与最小值的差是1,则a的值为 .
解析:(1)若x≤0,则不等式f(x)>1可转化为3x 1>1x 1>0x>-1,∴-1
(2)当a>1时,函数y=logax在[2,4]上是增函数,所以loga4-loga2=1,即loga42=1,所以a=2.当0 评注:遇到分段函数问题应分段解决,遇到指数函数或对数函数的底数为参数时必须分类讨论.分段或分类讨论函数问题,必须做到不重不漏,做到一网打尽.