2020届高三理数一轮讲义:2.6-对数与对数函数(含答案)

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第6节对数与对数函数
最新考纲 1.理解对数的概念及其运算性质,知道用换底公式将一般对数转化成自然对数或常用对数;了解对数在简化运算中的作用;2.理解对数函数的概念及
其单调性,掌握对数函数图象通过的特殊点,会画底数为2,10,1
2
的对数函数
的图象;3.体会对数函数是一类重要的函数模型;4.了解指数函数y=a x(a>0,且a≠1)与对数函数y=log a x(a>0,且a≠1)互为反函数.
知识梳理
1.对数的概念
如果a x=N(a>0,且a≠1),那么x叫做以a为底N的对数,记作x=log a N,其中a叫做对数的底数,N叫做真数.
2.对数的性质、换底公式与运算性质
(1)对数的性质:①a log a N=N;②log a a b=b(a>0,且a≠1).
(2)对数的运算法则
如果a>0且a≠1,M>0,N>0,那么
①log a(MN)=log a M+log a N;
②log a M
N
=log a M-log a N;
③log a M n=n log a M(n∈R);
④log a m M n=n
m
log a M(m,n∈R,且m≠0).
(3)换底公式:log b N=log a N
log a b
(a,b均大于零且不等于1).
3.对数函数及其性质
(1)概念:函数y=log a x(a>0,且a≠1)叫做对数函数,其中x是自变量,函数的定义域是(0,+∞).
(2)对数函数的图象与性质
4.反函数
指数函数y =a x (a >0,且a ≠1)与对数函数y =log a x (a >0,且a ≠1)互为反函数,它们的图象关于直线y =x 对称. [微点提醒]
1.换底公式的两个重要结论 (1)log a b =
1log b a ;(2)log a m b n =n
m
log a b . 其中a >0,且a ≠1,b >0,且b ≠1,m ,n ∈R .
2.在第一象限内,不同底的对数函数的图象从左到右底数逐渐增大.
3.对数函数y =log a x (a >0,且a ≠1)的图象过定点(1,0),且过点(a ,1),⎝ ⎛⎭
⎪⎫
1a ,-1,函数图象只在第一、四象限. 基 础 自 测
1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”) (1)log 2x 2=2log 2x .( )
(2)函数y =log 2(x +1)是对数函数.( ) (3)函数y =ln
1+x
1-x
与y =ln(1+x )-ln(1-x )的定义域相同.( )
(4)当x >1时,若log a x >log b x ,则a <b .( ) 解析 (1)log 2x 2=2log 2|x |,故(1)错.
(2)形如y =log a x (a >0,且a ≠1)为对数函数,故(2)错. (4)当x >1时,log a x >log b x ,但a 与b 的大小不确定,故(4)错. 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)×
2.(必修1P73T3改编)已知a =2-1
3,b =log 213,c =log 12
1
3,则( )
A.a >b >c
B.a >c >b
C.c >b >a
D.c >a >b
解析 ∵0<a <1,b <0,c =log 121
3=log 23>1.
∴c >a >b . 答案 D
3.(必修1P74A7改编)函数y =
log 2
3(2x -1)的定义域是________.
解析 由log 23
(2x -1)≥0,得0<2x -1≤1.
∴1
2<x ≤1. ∴函数y =log 2
3(2x -1)的定义域是⎝ ⎛⎦
⎥⎤12,1. 答案 ⎝ ⎛⎦

⎤12,1
4.(2018·嘉兴调研)计算log 29×log 34+2log 510+log 50.25=( ) A.0
B.2
C.4
D.6
解析 原式=2log 23×(2log 32)+log 5(102×0.25)=4+log 525=4+2=6. 答案 D
5.(2019·武汉月考)已知函数y =log a (x +c )(a ,c 为常数,其中a >0,且a ≠1)的图象如图,则下列结论成立的是( )
A.a >1,c >1
B.a >1,0<c <1
C.0<a <1,c >1
D.0<a <1,0<c <1
解析 由题图可知,函数在定义域内为减函数,所以0<a <1.又当x =0时,y >0,即log a c >0,所以0<c <1. 答案 D
6.(2018·全国Ⅰ卷)已知函数f (x )=log 2(x 2+a ).若f (3)=1,则a =________. 解析 由f (3)=1得log 2(32+a )=1,所以9+a =2,解得a =-
7. 答案 -7
考点一 对数的运算
【例1】 (1)计算:⎝ ⎛⎭
⎪⎫lg 14-lg 25÷100-
1
2=________.
(2)计算:(1-log 63)2+log 62·log 618
log 64
=________.
解析 (1)原式=(lg 2-2
-lg 52
)×1001
2=lg ⎝ ⎛⎭
⎪⎫122×52×10=lg 10
-2
×10=-2×10=-20.
(2)原式=1-2log 63+(log 63)2+log 66
3
·log 6(6×3)
log 64
=1-2log 63+(log 63)2+1-(log 63)2log 64
=2(1-log
6
3)
2log
6
2

log
6
6-log
6
3
log
6
2

log
6
2
log
6
2
=1.
答案(1)-20 (2)1
规律方法 1.在对数运算中,先利用幂的运算把底数或真数进行变形,化成分数指数幂的形式,使幂的底数最简,然后正用对数运算法则化简合并.
2.先将对数式化为同底数对数的和、差、倍数运算,然后逆用对数的运算法则,转化为同底对数真数的积、商、幂再运算.
3.a b=N⇔b=log a N(a>0,且a≠1)是解决有关指数、对数问题的有效方法,在运算中应注意互化.
【训练1】 (1)若lg 2,lg(2x+1),lg(2x+5)成等差数列,则x的值等于( )
A.1
B.0或1
8
C.
1
8
D.log
2
3
(2)(2019·成都七中检测)已知a>b>1,若log a b+log b a=5
2
,a b=b a,则a=
________,b=________.
解析(1)由题意知lg 2+lg(2x+5)=2lg(2x+1),
∴2(2x+5)=(2x+1)2,(2x)2-9=0,2x=3,x=log23.
(2)设log b a=t,则t>1,因为t+1
t

5
2

所以t=2,则a=b2.
又a b=b a,所以b2b=b b2,
即2b=b2,又a>b>1,解得b=2,a=4.
答案(1)D (2)4 2
考点二对数函数的图象及应用
【例2】(1)(2019·潍坊一模)若函数f(x)=a x-a-x(a>0且a≠1)在R上为减函数,则函数y=log a(|x|-1)的图象可以是( )
(2)当x ∈(1,2)时,不等式(x -1)2<log a x 恒成立,则a 的取值范围是( ) A.(0,1) B.(1,2) C.(1,2]
D.⎝

⎭⎪⎫0,12
解析 (1)由f (x )在R 上是减函数,知0<a <1.
又y =log a (|x |-1)是偶函数,定义域是(-∞,-1)∪(1,+∞).
∴当x >1时,y =log a (x -1)的图象由y =log a x 的图象向右平移一个单位得到. 因此选项D 正确. (2)由题意,易知a >1.
在同一坐标系内作出y =(x -1)2,x ∈(1,2)及y =log a x 的图象.
若y =log a x 过点(2,1),得log a 2=1,所以a =2.
根据题意,函数y =log a x ,x ∈(1,2)的图象恒在y =(x -1)2,x ∈(1,2)的上方.
结合图象,a 的取值范围是(1,2]. 答案 (1)D (2)C
规律方法 1.在识别函数图象时,要善于利用已知函数的性质、函数图象上的特殊点(与坐标轴的交点、最高点、最低点等)排除不符合要求的选项.
2.一些对数型方程、不等式问题常转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解.
【训练2】 (1)已知函数f (x )=log a (2x +b -1)(a >0,a ≠1)的图象如图所示,则
a ,
b 满足的关系是( )
A.0<a -1<b <1
B.0<b <a -1<1
C.0<b -1<a <1
D.0<a -1<b -1<1
(2)(2019·日照调研)已知函数f (x )=⎩⎨⎧2x
,x <1,
log 2x ,x ≥1,若方程f (x )-a =0恰有一
个实根,则实数a 的取值范围是________.
解析 (1)由函数图象可知,f (x )在R 上单调递增,又y =2x +b -1在R 上单调递增,故a >1.函数图象与y 轴的交点坐标为(0,log a b ),由函数图象可知-1<log a b <0,
即log a a -1<log a b <log a 1,所以,a -1<b <1. 综上有0<a -1<b <1.
(2)作出函数y =f (x )的图象(如图所示).
方程f (x )-a =0恰有一个实根,等价于函数y =f (x )的图象与直线y =a 恰有一个公共点,
故a =0或a ≥2,即a 的取值范围是{0}∪[2,+∞). 答案 (1)A (2){0}∪[2,+∞) 考点三 对数函数的性质及应用 多维探究
角度1 对数函数的性质
【例3-1】 (2017·全国Ⅰ卷)已知函数f (x )=ln x +ln(2-x ),则( ) A.f (x )在(0,2)上单调递增 B.f (x )在(0,2)上单调递减 C.y =f (x )的图象关于直线x =1对称 D.y =f (x )的图象关于点(1,0)对称
解析 由题意知,f (x )=ln x +ln(2-x )的定义域为(0,2),f (x )=ln[x (2-x )]=ln[-(x -1)2+1],由复合函数的单调性知,函数f (x )在(0,1)上单调递增,在(1,2)上单调递减,所以排除A ,B ;又f (2-x )=ln(2-x )+ln x =f (x ),所以f (x )的图象关于直线x =1对称,C 正确,D 错误.
答案 C
角度2 比较大小或解简单的不等式
【例3-2】 (1)(一题多解)(2018·天津卷)已知a =log 2e ,b =ln 2,c =log 121
3,
则a ,b ,c 的大小关系为( ) A.a >b >c B.b >a >c C.c >b >a
D.c >a >b
(2)若log a (a 2+1)<log a 2a <0,则a 的取值范围是( ) A.(0,1)
B.⎝

⎭⎪⎫0,12
C.⎝ ⎛⎭
⎪⎫
12,1
D.(0,1)∪(1,+∞)
解析 (1)法一 因为a =log 2e>1,b =ln 2∈(0,1),c =log 12
1
3=log 23>log 2e =
a >1,所以c >a >
b .
法二 log 121
3=log 23,如图,在同一坐标系中作出函数y =log 2x ,y =ln x 的图
象,由图知c >a >b
.
(2)由题意得a >0且a ≠1,故必有a 2+1>2a , 又log a (a 2+1)<log a 2a <0,所以0<a <1, 同时2a >1,∴a >12.综上,a ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫
12,1.
答案 (1)D (2)C
角度3 对数型函数性质的综合应用 【例3-3】 已知函数f (x )=log a (3-ax ).
(1)当x ∈[0,2]时,函数f (x )恒有意义,求实数a 的取值范围;
(2)是否存在这样的实数a ,使得函数f (x )在区间[1,2]上为减函数,并且最大值为1?如果存在,试求出a 的值;如果不存在,请说明理由. 解 (1)∵a >0且a ≠1,设t (x )=3-ax , 则t (x )=3-ax 为减函数,
x ∈[0,2]时,t (x )的最小值为3-2a , 当x ∈[0,2]时,f (x )恒有意义, 即x ∈[0,2]时,3-ax >0恒成立. ∴3-2a >0.∴a <3
2
.
又a >0且a ≠1,∴a 的取值范围是(0,1)∪⎝ ⎛
⎭⎪⎫1,32.
(2)t (x )=3-ax ,∵a >0, ∴函数t (x )为减函数.
∵f (x )在区间[1,2]上为减函数,∴y =log a t 为增函数,
∴a >1,x ∈[1,2]时,t (x )最小值为3-2a ,f (x )最大值为f (1)=log a (3-a ), ∴⎩⎨⎧3-2a >0,
log a
(3-a )=1,即⎩⎪⎨⎪⎧a <3
2,a =32.
故不存在这样的实数a ,使得函数f (x )在区间[1,2]上为减函数,并且最大值为1.
规律方法 1.确定函数的定义域,研究或利用函数的性质,都要在其定义域上进行.
2.如果需将函数解析式变形,一定要保证其等价性,否则结论错误.
3.在解决与对数函数相关的比较大小或解不等式问题时,要优先考虑利用对数函数的单调性来求解.在利用单调性时,一定要明确底数a 的取值对函数增减性的影响,及真数必须为正的限制条件.
【训练3】 (1)(2016·全国Ⅰ卷)若a >b >0,0<c <1,则( ) A.log a c <log b c B.log c a <log c b C.a c <b c
D.c a >c b
(2)若函数f (x )=log a ⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2+32x (a >0,a ≠1)在区间⎝ ⎛⎭
⎪⎫
12,+∞内恒有f (x )>0,则
f (x )的单调递增区间为________.
解析 (1)由y =x c 与y =c x 的单调性知,C ,D 不正确; ∵y =log c x 是减函数,得log c a <log c b ,B 正确; log a c =
lg c lg a ,log b c =lg c
lg b
,∵0<c <1,∴lg c <0. 又a >b >0,∴lg a >lg b ,但不能确定lg a ,lg b 的正负, ∴log a c 与log b c 的大小不能确定.
(2)令M =x 2+32x ,当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫
12,+∞时,M ∈(1,+∞),f (x )>0,所以a >1,所以
函数y =log a M 为增函数,
又M =⎝ ⎛⎭⎪⎫x +342-916,因此M 的单调递增区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫
-34,+∞.
又x 2+32x >0,所以x >0或x <-3
2

所以函数f (x )的单调递增区间为(0,+∞). 答案 (1)B (2)(0,+∞)
[思维升华]
1.对数值取正、负值的规律
当a >1且b >1或0<a <1且0<b <1时,log a b >0; 当a >1且0<b <1或0<a <1且b >1时,log a b <0.
2.利用单调性可解决比较大小、解不等式、求最值等问题,其基本方法是“同底法”,即把不同底的对数式化为同底的对数式,然后根据单调性来解决.
3.比较幂、对数大小有两种常用方法:(1)数形结合;(2)找中间量结合函数单调性.
4.多个对数函数图象比较底数大小的问题,可通过比较图象与直线y =1交点的横坐标进行判定.
[易错防范]
1.在对数式中,真数必须是大于0的,所以对数函数y =log a x 的定义域应为(0,+∞).对数函数的单调性取决于底数a 与1的大小关系,当底数a 与1的大小关系不确定时,要分0<a <1与a >1两种情况讨论.
2.在运算性质log a M α=αlog a M 中,要特别注意条件,在无M >0的条件下应为log a M α=αlog a |M |(α∈N *,且α为偶数).
3.解决与对数函数有关的问题时需注意两点:(1)务必先研究函数的定义域;(2)注意对数底数的取值范围
.
基础巩固题组 (建议用时:40分钟)
一、选择题
1.已知函数f (x )=⎩⎨⎧2x
,x ≥4,
f (x +1),x <4,
则f (2+log 23)的值为( )
A.24
B.16
C.12
D.8
解析 因为3<2+log 23<4,所以f (2+log 23)=f (3+log 23)=23+log 2
3
=8×2
log 2
3=
24. 答案 A
2.(2018·天津卷)已知a =log 3 72,b =⎝ ⎛⎭⎪⎫141
3
,c =log 13 15,则a ,b ,c 的大小关系
为( ) A.a >b >c
B.b >a >c
C.c >b >a
D.c >a >b
解析 log 13 15=log 3-15-1
=log 35,因为函数y =log 3x 在(0,+∞)上为增函数,
所以log 35>log 3 72>log 33=1,因为函数y =⎝ ⎛⎭
⎪⎫
14x
在(-∞,+∞)上为减函数,所
以⎝ ⎛⎭⎪⎫141
3<⎝ ⎛⎭⎪⎫
140
=1,故c >a >b . 答案 D
3.(2018·张家界三模)在同一直角坐标系中,函数f (x )=2-ax ,g (x )=log a (x +2)(a >0,且a ≠1)的图象大致为( )
解析 由题意,知函数f (x )=2-ax (a >0,且a ≠1)为单调递减函数,当0<a <1时,函数f (x )=2-ax 的零点x =2
a
>2,且函数g (x )=log a (x +2)在(-2,+∞)
上为单调递减函数,C ,D 均不满足;当a >1时,函数f (x )=2-ax 的零点x =
2
a
<2,且x =2
a
>0,又g (x )=log a (x +2)在(-2,+∞)上是增函数,排除B ,综上
只有A 满足. 答案 A
4.(2019·肇庆二模)已知f (x )=lg(10+x )+lg(10-x ),则( ) A.f (x )是奇函数,且在(0,10)上是增函数 B.f (x )是偶函数,且在(0,10)上是增函数 C.f (x )是奇函数,且在(0,10)上是减函数 D.f (x )是偶函数,且在(0,10)上是减函数 解析 由⎩⎨⎧10+x >0,
10-x >0,得x ∈(-10,10),
且f (x )=lg(100-x 2). ∴f (x )是偶函数,
又t =100-x 2在(0,10)上单调递减,y =lg t 在(0,+∞)上单调递增,故函数
f (x )在(0,10)上单调递减. 答案 D
5.已知函数f (x )=|ln x |,若f (m )=f (n )(m >n >0),则2m +1+2n +1
=( ) A.1
2
B.1
C.2
D.4
解析 由f (m )=f (n ),m >n >0,可知m >1>n >0, ∴ln m =-ln n ,则mn =1.
所以2m +1+2n +1=2(m +n )+4mn +m +n +1=2(m +n +2)m +n +2=2.
答案 C 二、填空题
6.lg 52+2lg 2-⎝ ⎛⎭⎪⎫
12-1
=________.
解析 lg 52+2lg 2-⎝ ⎛⎭⎪⎫
12-1
=lg 52+lg 22-2
=lg ⎝ ⎛⎭⎪⎫
52×4-2=1-2=-1.
答案 -1
7.(2019·昆明诊断)设f (x )=lg ⎝
⎛⎭⎪⎫
21-x +a 是奇函数,则使f (x )<0的x 的取值范围是________.
解析 由f (x )是奇函数可得a =-1, ∴f (x )=lg
1+x
1-x
,定义域为(-1,1). 由f (x )<0,可得0<1+x
1-x
<1,∴-1<x <0. 答案 (-1,0)
8.(2019·武汉调研)已知函数f (x )=⎩⎨⎧-log 2(3-x ),x <2,
2x -2-1,x ≥2,
若f (2-a )=1,则f (a )=________.
解析 当2-a <2,即a >0时,f (2-a )=-log 2(1+a )=1. 解得a =-1
2
,不合题意.
当2-a ≥2,即a ≤0时,f (2-a )=2-a -1=1,即2-a =2,解得a =-1,所以
f (a )=f (-1)=-lo
g 24=-2. 答案 -2 三、解答题
9.设f (x )=log a (1+x )+log a (3-x )(a >0,a ≠1),且f (1)=2. (1)求a 的值及f (x )的定义域; (2)求f (x )在区间⎣
⎢⎡
⎦⎥⎤0,32上的最大值.
解 (1)∵f (1)=2,∴log a 4=2(a >0,a ≠1),∴a =2. 由⎩⎨⎧1+x >0,
3-x >0,得-1<x <3, ∴函数f (x )的定义域为(-1,3). (2)f (x )=log 2(1+x )+log 2(3-x )
=log 2[(1+x )(3-x )]=log 2[-(x -1)2+4], ∴当x ∈[0,1]时,f (x )是增函数; 当x ∈⎝

⎦⎥⎤1,32时,f (x )是减函数,
故函数f (x )在⎣


⎦⎥⎤0,32上的最大值是f (1)=log 24=2. 10.已知函数f (x )是定义在R 上的偶函数,且f (0)=0,当x >0时,f (x )=log 12
x .
(1)求函数f (x )的解析式; (2)解不等式f (x 2-1)>-2.
解 (1)当x <0时,-x >0,则f (-x )=log 12
(-x ).
因为函数f (x )是偶函数,所以f (-x )=f (x )=log 12
(-x ),
所以函数f (x )的解析式为
f (x )=⎩⎪⎨⎪
⎧log 12x ,x >0,
0,x =0,log 12
(-x ),x <0.
(2)因为f (4)=log 12
4=-2,f (x )是偶函数,
所以不等式f (x 2-1)>-2转化为f (|x 2-1|)>f (4). 又因为函数f (x )在(0,+∞)上是减函数, 所以|x 2-1|<4,解得-5<x <5, 即不等式的解集为(-5,5).
能力提升题组 (建议用时:20分钟)
11.(2019·商丘二模)已知a >0且a ≠1,函数f (x )=log a (x +x 2+b )在区间(-∞,
+∞)上既是奇函数又是增函数,则函数g (x )=log a ||x |-b |的图象是(
)
解析 ∵函数f (x )=log a (x +x 2+b )在区间(-∞,+∞)上是奇函数,∴f (0)=0,∴b =1,又函数f (x )=log a (x +x 2+b )在区间(-∞,+∞)上是增函数,所以a >1.
所以g (x )=log a ||x |-1|,当x >1时,g (x )=log a (x -1)为增函数,排除B ,D ;当0<x <1时,g (x )=log a (1-x )为减函数,排除C ;故选A. 答案 A
12.(2017·全国Ⅰ卷)设x ,y ,z 为正数,且2x =3y =5z ,则( ) A.2x <3y <5z B.5z <2x <3y C.3y <5z <2x
D.3y <2x <5z
解析 令t =2x =3y =5z , ∵x ,y ,z 为正数,∴t >1. 则x =log 2t =
lg t lg 2,同理,y =lg t lg 3,z =lg t
lg 5
. ∴2x -3y =
2lg t lg 2-3lg t lg 3=lg t (2lg 3-3lg 2)lg 2×lg 3

lg t (lg 9-lg 8)
lg 2×lg 3
>0,
∴2x >3y . 又∵2x -5z =2lg t lg 2-5lg t lg 5=lg t (2lg 5-5lg 2)lg 2×lg 5=lg t (lg 25-lg 32)
lg 2×lg 5
<0,
∴2x <5z ,∴3y <2x <5z . 答案 D
13.已知函数f (x )=lg(mx 2+2mx +1),若f (x )的值域为R ,则实数m 的取值范围是________.
解析 令g (x )=mx 2+2mx +1值域为A ,∵函数f (x )=lg(mx 2+2mx +1)的值域为R ,∴(0,+∞)⊆A ,当m =0时,g (x )=1,f (x )的值域不是R ,不满足条件;当m ≠0时,⎩⎨⎧m >0,
4m 2-4m ≥0,解得m ≥1.
答案 [1,+∞)
14.已知函数f (x )=ln x +1
x -1
.
(1)求函数f (x )的定义域,并判断函数f (x )的奇偶性; (2)对于x ∈[2,6],f (x )=ln
x +1x -1>ln m
(x -1)(7-x )
恒成立,求实数m 的取
值范围.
解(1)由x+1
x-1
>0,解得x<-1或x>1,
∴函数f(x)的定义域为(-∞,-1)∪(1,+∞),当x∈(-∞,-1)∪(1,+∞)时,
f(-x)=ln -x+1
-x-1
=ln
x-1
x+1
=ln





x+1
x-1
-1
=-ln
x+1
x-1
=-f(x).
∴f(x)=ln x+1
x-1
是奇函数.
(2)由于x∈[2,6]时,f(x)=ln x+1
x-1
>ln
m
(x-1)(7-x)
恒成立,
∴x+1
x-1
>
m
(x-1)(7-x)
>0恒成立,
∵x∈[2,6],∴0<m<(x+1)(7-x)在x∈[2,6]上恒成立.
令g(x)=(x+1)(7-x)=-(x-3)2+16,x∈[2,6],
由二次函数的性质可知,x∈[2,3]时函数g(x)单调递增,x∈[3,6]时函数g(x)单调递减,
即x∈[2,6]时,g(x)min=g(6)=7,
∴0<m<7.
故实数m的取值范围为(0,7).。

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