高三数学第3周教学设计(第4节 二次函数与幂函数)

函数与导数第四节 二次函数与幂函数考点： 1．二次函数掌握二次函数的图象与性质，会求二次函数的最值(值域)、单 调区间． 2．幂函数(1)了解幂函数的概念．(2)结合函数y ＝x ，y ＝x 2，y ＝x 3，y ＝1x，y ＝x 12的图象，了解它们的变化情况．主干知识：知识点一 五种常见幂函数的图象与性质 五种常见幂函数的图象与性质易误提醒 形如y ＝x α(α∈R )才是幂函数，如y ＝3x 12不是幂函数．[自测练习]1．已知幂函数f (x )＝k ·x α的图象过点⎝ ⎛⎭⎪⎫12，22，则k ＋α＝( )A.12 B ．1 C.32D ．2 解析：因为函数f (x )＝k ·x α是幂函数，所以k ＝1，又函数f (x )的图象过点⎝ ⎛⎭⎪⎫12，22，所以⎝ ⎛⎭⎪⎫12α＝22，解得α＝12，则k ＋α＝32. 答案：C知识点二 二次函数1．二次函数解析式的三种形式 (1)一般式：f (x )＝ax 2＋bx ＋c (a ≠0)． (2)顶点式：f (x )＝a (x －m )2＋n (a ≠0)． (3)零点式：f (x )＝a (x －x 1)(x －x 2)(a ≠0)． 2．二次函数的图象和性质易误提醒 研究函数f (x )＝ax 2＋bx ＋c 的性质，易忽视a 的取值情况而盲目认为f (x )为二次函数．必备方法1．函数y ＝f (x )对称轴的判断方法(1)对于二次函数y ＝f (x )，如果定义域内有不同两点x 1，x 2且f (x 1)＝f (x 2)，那么函数y ＝f (x )的图象关于x ＝x 1＋x 22对称．(2)二次函数y ＝f (x )对定义域内所有x ，都有f (a ＋x )＝f (a －x )成立的充要条件是函数y ＝f (x )的图象关于直线x ＝a 对称(a 为常数)．2．与二次函数有关的不等式恒成立两个条件(1)ax 2＋bx ＋c >0，a ≠0恒成立的充要条件是⎩⎪⎨⎪⎧a >0，b 2－4ac <0.(2)ax 2＋bx ＋c <0，a ≠0恒成立的充要条件是⎩⎪⎨⎪⎧a <0，b 2－4ac <0.[自测练习]2.已知二次函数的图象如图所示，那么此函数的解析式可能是( )A ．y ＝－x 2＋2x ＋1 B ．y ＝－x 2－2x －1 C ．y ＝－x 2－2x ＋1 D ．y ＝x 2＋2x ＋1解析：设二次函数的解析式为f (x )＝ax 2＋bx ＋c (a ≠0)，由题图得：a <0，b <0，c >0.选C. 答案：C3．若二次函数f (x )＝ax 2－4x ＋c 的值域为[0，＋∞)，则a ，c 满足的条件是________．解析：由已知得⎩⎪⎨⎪⎧a >0，4ac －164a＝0，⇒⎩⎪⎨⎪⎧a >0，ac －4＝0.答案：a >0，ac ＝44．已知f (x )＝4x 2－mx ＋5在[2，＋∞)上是增函数，则实数m 的取值范围是________．解：因为函数f (x )＝4x 2－mx ＋5的单调递增区间为⎣⎢⎡⎭⎪⎫m 8，＋∞，所以m8≤2，即m ≤16.答案：(－∞，16]考点练习：考点一 幂函数的图象与性质|1．(2015·济南二模)若函数f (x )是幂函数，且满足f (4)＝3f (2)，则f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12的值为( )A.13B.12C.23D.43解析：设f (x )＝x a ，又f (4)＝3f (2)，∴4a ＝3×2a，解得a ＝log 23，∴f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12log 23＝13.答案：A2.若四个幂函数y ＝x a，y ＝x b，y ＝x c，y ＝x d在同一坐标系中的图象如图所示，则a ，b ，c ，d 的大小关系是( )A ．d >c >b >aB ．a >b >c >dC ．d >c >a >bD ．a >b >d >c解析：幂函数a ＝2，b ＝12，c ＝－13，d ＝－1的图象，正好和题目所给的形式相符合，在第一象限内，x ＝1的右侧部分的图象，图象由下至上，幂指数增大，所以a >b >c >d .故选B.答案：B3．(2015·安庆三模)若(a ＋1)－13<(3－2a )－13，则实数a 的取值范围是________．解析：不等式(a ＋1)－13<(3－2a )－13等价于a ＋1>3－2a >0或3－2a <a ＋1<0或a ＋1<0<3－2a .解得a <－1或23<a <32.答案：(－∞，－1)∪⎝ ⎛⎭⎪⎫23，32 规律与方法幂函数图象与性质应用的三个关注点(1)若幂函数y ＝x α(α∈R )是偶函数，则α必为偶数．当α是分数时，一般将其先化为根式，再判断．(2)若幂函数y ＝x α在(0，＋∞)上单调递增，则α>0，若在(0，＋∞)上单调递减，则α<0. (3)在比较幂值的大小时，必须结合幂值的特点，选择适当的函数，借助其单调性进行比较．考点二 二次函数的图象与性质|(1)为了美观，在加工太阳镜时将下半部分轮廓制作成二次函数图象的形状(如图所示)．若对应的两条曲线关于y 轴对称，AE ∥x 轴，AB ＝4 cm ，最低点C 在x 轴上，高CH ＝1 cm ，BD ＝2 cm ，则右轮廓线DFE 所在的二次函数的解析式为( )A ．y ＝14(x ＋3)2B ．y ＝－14(x －3)2C ．y ＝－14(x ＋3)2D ．y ＝14(x －3)2[解析] 由题图可知，对应的两条曲线关于y 轴对称，AE ∥x 轴，AB ＝4 cm ，最低点C 在x 轴上，高CH ＝1 cm ，BD ＝2 cm ，所以点C 的纵坐标为0，横坐标的绝对值为42＋22＝3，即C (－3,0)，因为点F与点C 关于y 轴对称，所以F (3,0)，因为点F 是右轮廓线DFE 所在的二次函数图象的顶点，所以设该二次函数为y ＝a (x －3)2(a >0)，将点D (1,1)代入得，a ＝14，即y ＝14(x －3)2，故选D.[答案] D(2)函数f (x )＝4x 2－mx ＋5在区间[－2，＋∞)上是增函数，则f (1)的取值范围是( ) A ．f (1)≥25 B ．f (1)＝25 C ．f (1)≤25D ．f (1)>25[解析] 函数f (x )＝4x 2－mx ＋5的增区间为⎣⎢⎡⎭⎪⎫m 8，＋∞，由已知可得m8≤－2⇒m ≤－16，所以f (1)＝4×12－m ×1＋5＝9－m ≥25.[答案] A解决二次函数图象与性质问题时两个注意点(1)抛物线的开口、对称轴位置、定义区间三者相互制约常见的题型中这三者有两定一不定，要注意分类讨论；(2)要注意数形结合思想的应用，尤其是给定区间上二次函数最值问题，先“定性”(作草图)，再“定量”(看图求解)，事半功倍．1．已知函数f (x )＝ax 2－2ax ＋2＋b (a ≠0)，若f (x )在区间[2,3]上有最大值5，最小值2. (1)求a ，b 的值；(2)若b <1，g (x )＝f (x )－m ·x 在[2,4]上单调，求m 的取值范围．解：(1)f (x )＝ax 2－2ax ＋2＋b ＝a (x －1)2＋2＋b －a ，若a >0，则f (x )在区间[2,3]上是增函数．则有⎩⎪⎨⎪⎧ f＝2＋b ＝2，f ＝3a ＋2＋b ＝5，解得⎩⎪⎨⎪⎧b ＝0，a ＝1.若a <0，则f (x )在区间[2,3]上是减函数，则有⎩⎪⎨⎪⎧f ＝2＋b ＝5，f＝3a ＋2＋b ＝2，解得⎩⎪⎨⎪⎧b ＝3，a ＝－1.综上可知，a ＝1，b ＝0或a ＝－1，b ＝3. (2)由b <1知，a ＝1，b ＝0，则f (x )＝x 2－2x ＋2， 所以g (x )＝x 2－(m ＋2)x ＋2.因为g (x )在区间[2,4]上是单调函数，所以m ＋22≥4或m ＋22≤2，解得m ≥6或m ≤2.考点三 二次函数的综合应用|设二次函数f (x )＝ax 2＋bx (a ≠0)满足条件：①f (－1＋x )＝f (－1－x )；②函数f (x )的图象与直线y ＝x 只有一个公共点．(1)求f (x )的解析式； (2)若不等式πf (x )>⎝ ⎛⎭⎪⎫1π2－tx在t ∈[－2,2]时恒成立，求实数x 的取值范围． [解] (1)∵由①知f (x )＝ax 2＋bx (a ≠0)的对称轴是直线x ＝－1，∴b ＝2a .∵函数f (x )的图象与直线y ＝x 只有一个公共点，∴方程组⎩⎪⎨⎪⎧y ＝ax 2＋bx ，y ＝x有且只有一个解，即ax 2＋(b －1)x ＝0有两个相同的实根，∴Δ＝(b －1)2＝0，即b ＝1，∴a ＝12.∴f (x )＝12x 2＋x .(2)∵π>1，∴πf (x )>⎝ ⎛⎭⎪⎫1π2－tx等价于f (x )>tx －2，即12x 2＋x >tx －2在t ∈[－2,2]时恒成立⇔函数g (t )＝xt －⎝ ⎛⎭⎪⎫12x 2＋x ＋2<0在t ∈[－2,2]时恒成立，∴⎩⎪⎨⎪⎧g，g －，即⎩⎪⎨⎪⎧x 2－2x ＋4>0，x 2＋6x ＋4>0，解得x <－3－5或x >－3＋5，故实数x 的取值范围是(－∞，－3－5)∪(－3＋5，＋∞)．不等式恒成立的求解方法由不等式恒成立求参数取值范围，常用分离参数法，转化为求函数最值问题，其依据是a ≥f (x )⇔a ≥f (x )max ，a ≤f (x )⇔a ≤f (x )min .2．设函数f (x )＝ax 2－2x ＋2，对于满足1<x <4的一切x 值，都有f (x )>0，求实数a 的取值范围． 解：由f (x )>0，即ax 2－2x ＋2>0，x ∈(1,4)， 得a >－2x ＋2x在(1,4)上恒成立．令g (x )＝－2x 2＋2x ＝－2⎝ ⎛⎭⎪⎫1x －122＋12，1x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫14，1，∴g (x )max ＝g (2)＝12， 所以要使f (x )>0在(1,4)上恒成立， 只要a >12即可.3.分类讨论思想在二次函数最值中的应用【典例】 已知f (x )＝ax 2－2x (0≤x ≤1)，求f (x )的最小值．[思路分析] 参数a 的值确定f (x )图象的形状；a ≠0时，函数f (x )的图象为抛物线，还要考虑开口方向和对称轴位置．[解] (1)当a ＝0时，f (x )＝－2x 在[0,1]上递减， ∴f (x )min ＝f (1)＝－2.(2)当a >0时，f (x )＝ax 2－2x 图象的开口方向向上，且对称轴为x ＝1a.①当1a≤1，即a ≥1时，f (x )＝ax 2－2x 图象的对称轴在[0,1]内，∴f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，1a 上递减，在⎣⎢⎡⎦⎥⎤1a ，1上递增．∴f (x )min ＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a＝1a －2a＝－1a.②当1a>1，即0<a <1时，f (x )＝ax 2－2x 图象的对称轴在[0,1]的右侧，∴f (x )在[0,1]上递减． ∴f (x )min ＝f (1)＝a －2.(3)当a <0时，f (x )＝ax 2－2x 的图象的开口方向向下，且对称轴x ＝1a<0，在y 轴的左侧，∴f (x )＝ax 2－2x 在[0,1]上递减． ∴f (x )min ＝f (1)＝a －2.综上所述，f (x )min ＝⎩⎪⎨⎪⎧a －2， a <1，－1a， a ≥1.[思想点评] (1)本题在求二次函数最值时，用到了分类讨论思想，求解中既对系数a 的符号进行了讨论，又对对称轴进行讨论．在分类讨论时要遵循分类的原则：一是分类的标准要一致，二是分类时要做到不重不漏，三是能不分类的要尽量避免分类，绝不无原则的分类讨论．(2)在有关二次函数最值的求解中，若轴定区间动，仍应对区间进行分类讨论． [跟踪练习] 设函数y ＝x 2－2x ，x ∈[－2，a ]，若函数的最小值为g (x )，求g (x )． 解：∵函数y ＝x 2－2x ＝(x －1)2－1， ∴对称轴为直线x ＝1，∵x ＝1不一定在区间[－2，a ]内， ∴应进行讨论．当－2<a ≤1时，函数在[－2，a ]上单调递减，则当x ＝a 时，y 取得最小值，即y min ＝a 2－2a ； 当a >1时，函数在[－2,1]上单调递减，在[1，a ]上单调递增，则当x ＝1时，y 取得最小值，即y min ＝－1.综上，g (x )＝⎩⎪⎨⎪⎧a 2－2a ，－2<a ≤1，－1，a >1.练习A 组 考点能力演练1．当ab >0时，函数y ＝ax 2与f (x )＝ax ＋b 在同一坐标系中的图象可能是下列图象中的( )解析：因为ab >0，所以，当a <0，b <0时，函数y ＝ax 2的图象开口向下，函数f (x )＝ax ＋b 的图象在x ，y 轴上的截距均为负值，显然D 项满足条件；而当a >0，b >0时，函数y ＝ax 2的图象开口向上，函数f (x )＝ax ＋b 的图象在x 轴上的截距为负值，在y 轴上的截距为正值，没有符合条件的选项，故选D.答案：D2．已知函数f (x )＝x 2＋x ＋c .若f (0)>0，f (p )<0，则必有( ) A ．f (p ＋1)>0 B ．f (p ＋1)<0 C ．f (p ＋1)＝0D ．f (p ＋1)的符号不能确定解析：函数f (x )＝x 2＋x ＋c 的图象的对称轴为直线x ＝－12，又∵f (0)>0，f (p )<0，∴－1<p <0，p＋1>0，∴f (p ＋1)>0.答案：A3．若幂函数y ＝(m 2－3m ＋3)·xm 2－m －2的图象不过原点，则m 的取值是( ) A ．－1≤m ≤2 B ．m ＝1或m ＝2 C ．m ＝2D ．m ＝1解析：由幂函数性质可知m 2－3m ＋3＝1，∴m ＝2或m ＝1.又幂函数图象不过原点，∴m 2－m －2≤0，即－1≤m ≤2，∴m ＝2或m ＝1.答案：B4．若函数y ＝x 2－3x －4的定义域为[0，m ]，值域为⎣⎢⎡⎦⎥⎤－254，－4，则m 的取值范围是( )A ．[0,4]B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤32，4C.⎣⎢⎡⎭⎪⎫32，＋∞D.⎣⎢⎡⎦⎥⎤32，3 解析：二次函数图象的对称轴为x ＝32，且f ⎝ ⎛⎭⎪⎫32＝－254，f (3)＝f (0)＝－4，由图得m ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤32，3.答案：D5．(2015·沧州质检)如果函数f (x )＝x 2＋bx ＋c 对任意的x 都有f (x ＋1)＝f (－x )，那么( ) A ．f (－2)<f (0)<f (2) B ．f (0)<f (－2)<f (2) C ．f (2)<f (0)<f (－2) D ．f (0)<f (2)<f (－2)解析：由f (1＋x )＝f (－x )知f (x )的图象关于直线x ＝12对称，又抛物线f (x )开口向上，∴f (0)<f (2)<f (－2)．答案：D6．二次函数f (x )＝x 2＋(2－log 2m )x ＋m 是偶函数，则实数m ＝________.解析：利用偶函数性质求解．因为偶函数的图象关于y 轴对称，所以－2－log 2m2＝0，解得m ＝4.答案：47．已知幂函数f (x )＝x －12，若f (a ＋1)<f (10－2a )，则a 的取值范围是________．解析：∵f (x )＝x －12＝1x(x >0)，易知x ∈(0，＋∞)时为减函数，又f (a ＋1)<f (10－2a )，∴⎩⎪⎨⎪⎧a ＋1>0，10－2a >0，a ＋1>10－2a ，解得⎩⎪⎨⎪⎧a >－1，a <5，a >3，∴3<a <5. 答案：(3,5)8．已知函数f (x )＝x 2－2x ，x ∈[a ，b ]的值域为[－1,3]，则b －a 的取值范围是________． 解析：由题意知，f (x )＝x 2－2x ＝(x －1)2－1，因为函数f (x )在[a ，b ]上的值域为[－1,3]，所以当a ＝－1时，1≤b ≤3；当b ＝3时，－1≤a ≤1，所以b －a ∈[2,4]．答案：[2,4]9．已知函数f (x )＝ax 2＋bx ＋1(a ，b 为实数，a ≠0，x ∈R )．(1)若函数f (x )的图象过点(－2,1)，且方程f (x )＝0有且只有一个根，求f (x )的表达式；(2)在(1)的条件下，当x ∈[－1,2]时，g (x )＝f (x )－kx 是单调函数，求实数k 的取值范围． 解：(1)因为f (－2)＝1，即4a －2b ＋1＝1，所以b ＝2a . 因为方程f (x )＝0有且只有一个根，所以Δ＝b 2－4a ＝0. 所以4a 2－4a ＝0，所以a ＝1，所以b ＝2. 所以f (x )＝(x ＋1)2.(2)g (x )＝f (x )－kx ＝x 2＋2x ＋1－kx ＝x 2－(k －2)x ＋1＝⎝⎛⎭⎪⎫x －k －222＋1－k －24.由g (x )的图象知：要满足题意，则k －22≥2或k －22≤－1，即k ≥6或k ≤0，∴所求实数k 的取值范围为(－∞，0]∪[6，＋∞)．10．已知函数f (x )＝x 2－2ax ＋5(a >1)．(1)若f (x )的定义域和值域均是[1，a ]，求实数a 的值；(2)若f (x )在区间(－∞，2]上是减函数，且对任意的x 1，x 2∈[1，a ＋1]，总有|f (x 1)－f (x 2)|≤4，求实数a 的取值范围．解：(1)∵f (x )＝(x －a )2＋5－a 2(a >1)， ∴f (x )在[1，a ]上是减函数． 又定义域和值域均为[1，a ]．∴⎩⎪⎨⎪⎧f ＝a ，f a ＝1，即⎩⎪⎨⎪⎧1－2a ＋5＝a ，a 2－2a 2＋5＝1，解得a ＝2.(2)∵f (x )在区间(－∞，2]上是减函数， ∴a ≥2.又x ＝a ∈[1，a ＋1]，且(a ＋1)－a ≤a －1， ∴f (x )max ＝f (1)＝6－2a ，f (x )min ＝f (a )＝5－a 2.∵对任意的x 1，x 2∈[1，a ＋1]，总有|f (x 1)－f (x 2)|≤4，∴f (x )max －f (x )min ≤4，得－1≤a ≤3.又a ≥2，∴2≤a ≤3.故实数a 的取值范围是[2,3]．B 组 高考题型专练1．(2014·高考浙江卷)在同一直角坐标系中，函数f (x )＝x a(x >0)，g (x )＝log a x 的图象可能是( )解析：函数y ＝x a(x ≥0)与y ＝log a x (x >0)，选项A 中没有幂函数图象，不符合；对于选项B ，y ＝x a (x ≥0)中a >1，y ＝log a x (x >0)中0<a <1，不符合；对于选项C ，y ＝x a (x ≥0)中，0<a <1，y ＝log a x (x >0)中a >1，不符合，对于选项D ，y ＝x a(x ≥0)中0<a <1，y ＝log a x (x >0)中，0<a <1，符合，故选D.答案：D2．(2014·高考北京卷)加工爆米花时，爆开且不糊的粒数占加工总粒数的百分比称为“可食用率”．在特定条件下，可食用率p 与加工时间t (单位：分钟)满足函数关系p ＝at 2＋bt ＋c (a ，b ，c 是常数)，如图记录了三次实验的数据．根据上述函数模型和实验数据，可以得到最佳加工时间为( )A ．3.50分钟B ．3.75分钟C ．4.00分钟D ．4.25分钟解析：由已知得⎩⎪⎨⎪⎧ 9a ＋3b ＋c ＝0.7，16a ＋4b ＋c ＝0.8，25a ＋5b ＋c ＝0.5，解得⎩⎪⎨⎪⎧ a ＝－0.2，b ＝1.5，c ＝－2，∴p ＝－0.2t 2＋1.5t －2＝－15⎝⎛⎭⎪⎫t －1542＋1316， ∴当t ＝154＝3.75时p 最大，即最佳加工时间为3.75分钟．故选B. 3．(2013·高考辽宁卷)已知函数f (x )＝x 2－2(a ＋2)x ＋a 2，g (x )＝－x 2＋2(a －2)x －a 2＋8.设H 1(x )＝max{f (x )，g (x )}，H 2(x )＝min{f (x )，g (x )}(max{p ，q }表示p ，q 中的较大值，min{p ，q }表示p ，q 中的较小值)．记H 1(x )的最小值为A ，H 2(x )的最大值为B ，则A －B ＝( )A ．a 2－2a －16B ．a 2＋2a －16C ．－16D ．16 解析：f (x )＝g (x )，即x 2－2(a ＋2)x ＋a 2＝－x 2＋(a －2)x －a 2＋8，即x 2－2ax ＋a 2－4＝0，解得x＝a ＋2或x ＝a －2.f (x )与g (x )的图象如图.由图及H1(x)的定义知H1(x)的最小值是f(a＋2)，H2(x)的最大值为g(a－2)，A－B＝f(a＋2)－g(a－2)＝(a＋2)2－2(a＋2)2＋a2＋(a－2)2－2(a－2)2＋a2－8＝－16.答案：C4．(2015·高考福建卷)若a，b是函数f(x)＝x2－px＋q(p>0，q>0)的两个不同的零点，且a，b，－2这三个数可适当排序后成等差数列，也可适当排序后成等比数列，则p＋q的值等于________．解析：依题意有a，b是方程x2－px＋q＝0的两根，则a＋b＝p，ab＝q，由p>0，q>0可知a>0，b>0.由题意可知ab＝(－2)2＝4＝q，a－2＝2b或b－2＝2a，将a－2＝2b代入ab＝4可解得a＝4，b＝1，此时a＋b＝5，将b－2＝2a代入ab＝4可解得a＝1，b＝4，此时a＋b＝5，则p＝5，故p＋q＝9.答案：9。