2021版高考文科数学(北师大版)一轮复习教师用书:第2章 第1讲 函数及其表示

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第1讲函数及其表示
一、知识梳理
1.函数与映射的概念
(1)函数的定义域、值域
在函数y=f(x),x∈A中,x叫做自变量,x的取值范围A叫做函数的定义域;与x的值相对应的y值叫做函数值,函数值的集合{f(x)|x∈A}叫做函数的值域.显然,值域是集合B 的子集.
(2)函数的三要素:定义域、值域和对应关系.
(3)函数的表示法
表示函数的常用方法有:解+析法、图象法、列表法.
[注意]函数图象的特征:与x轴垂直的直线与其最多有一个公共点.利用这个特征可以判断一个图形能否作为一个函数的图象.
3.分段函数
若函数在其定义域的不同子集上,因对应关系不同而分别用几个不同的式子来表示,这
种函数称为分段函数.
[注意] 分段函数是一个函数,而不是几个函数,分段函数的定义域是各段定义域的并集,值域是各段值域的并集.
二、教材衍化
1.下列四个图形中,不是以x 为自变量的函数的图象是( )
答案:C
2.下列哪个函数与y =x 相等( ) A .y =x 2
x
B .y =2
log 2x
C .y =x 2
D .y =(3
x )3
答案:D
一、思考辨析
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)对于函数f :A →B ,其值域是集合B .( )
(2)函数f (x )=x 2-2x 与g (t )=t 2-2t 是同一函数.( )
(3)若两个函数的定义域与值域相同,则这两个函数是相等函数.( ) (4)函数f (x )的图象与直线x =1最多有一个交点.( ) (5)分段函数是由两个或几个函数组成的.( ) 答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× 二、易错纠偏
常见误区(1)对函数概念理解不透彻; (2)解分段函数不等式忽视范围.
1.下列函数中,与函数y =x +1是相等函数的是( ) A .y =(x +1)2 B .y =3x 3+1 C .y =x 2
x
+1
D .y =x 2+1
详细分析:选B.对于A.函数y =(
x +1)2的定义域为{x |x ≥-1},与函数y =x +1的定
义域不同,不是相等函数;对于B.定义域和对应关系都相同,是相等函数;对于C.函数y =x 2
x +1的定义域为{x |x ≠0},与函数y =x +1的定义域不同,不是相等函数;对于D ,定义域相同,但对应关系不同,不是相等函数.
2.设函数f (x )=⎩
⎪⎨⎪⎧|x |,x <1,
3x -5,x ≥1,则使得f (x )≥1的自变量x 的取值范围为 .
详细分析:当x <1时,|x |≥1,所以x ≥1或x ≤-1. 所以x ≤-1;
当x ≥1时,3x -5≥1,所以x ≥2.
所以x ≥2;所以x 的取值范围为(-∞,-1]∪[2,+∞). 答案:(-∞,-1]∪[2,+∞)
函数的定义域(多维探究) 角度一求函数的定义域
(2020·陕西汉中一模)函数f (x )=
1
4-x 2
+ln(2x +1)的定义域为( ) A.⎣⎡⎦⎤-1
2,2 B.⎣⎡⎭⎫-1
2,2 C.⎝⎛⎦
⎤-1
2,2 D.⎝⎛⎭
⎫-1
2,2 要使函数f (x )有意义,需满足⎩
⎪⎨⎪⎧4-x 2>0,2x +1>0,解得-1
2
<x <2.所以函数f (x )的定义域为
⎝⎛⎭
⎫-12,2.故选D.
【答案】 D
求函数定义域的两种方法
[提醒] 定义域是一个集合,要用集合或区间表示,若用区间表示数集,不能用“或”连接,而应该用并集符号“∪”连接.
角度二 已知函数的定义域求参数
若函数f (x )=mx 2+mx +1的定义域为
一切实数,则实数m 的取值范围是 .
由题意可得mx 2+mx +1≥0对x ∈R 恒成立. 当m =0时,1≥0恒成立;
当m ≠0时,则⎩
⎨⎧m >0,
Δ=m 2-4m ≤0, 解得0<m ≤4. 综上可得0≤m ≤4. 【答案】 [0,4]
已知函数定义域求参数取值范围,通常是根据已知的定义域将问题转化为方程或不等式恒成立的问题,然后求得参数的值或范围.
1.函数f (x )=
3x
x -1
+ln(2x -x 2)的定义域为( ) A .(2,+∞) B .(1,2) C .(0,2)
D .[1,2]
详细分析:选B.要使函数有意义,则⎩⎪⎨⎪⎧x -1>0,
2x -x 2
>0,
解得1<x <2. 所以函数f (x )=
3x
x -1
+ln(2x -x 2)的定义域为(1,2).
2.如果函数f (x )=ln(-2x +a )的定义域为(-∞,1),那么实数a 的值为( ) A .-2 B .-1 C .1
D .2
详细分析:选D.因为-2x +a >0, 所以x <a 2,所以a
2
=1,所以a =2.
3.(2020·山东安丘质量检测)已知函数f (x )的定义域为[0,2],则函数g (x )=f ⎝⎛⎭⎫
12x +8-2x 的定义域为( )
A .[0,3]
B .[0,2]
C .[1,2]
D .[1,3] 详细分析:选A.由题意,可知x 满足⎩⎪⎨⎪⎧0≤12x ≤2,
8-2x ≥0,解得0≤x ≤3,即函数g (x )的定义域
为[0,3],故选A.
函数的解+析式(师生共研)
(1)已知f ⎝⎛⎭⎫
2x +1=lg x ,则f (x )的解+析
式为 .
(2)若f (x )为二次函数且f (0)=3,f (x +2)-f (x )=4x +2,则f (x )的解+析式为 . (3)已知函数f (x )满足f (-x )+2f (x )=2x ,则f (x )的解+析式为 . (1)(换元法)令2
x +1=t ,由于x >0,
所以t >1且x =2
t -1,
所以f (t )=lg 2
t -1,
即f (x )的解+析式是f (x )=lg
2
x -1
(x >1). (2)(待定系数法)设f (x )=ax 2+bx +c (a ≠0), 又f (0)=c =3.
所以f (x )=ax 2+bx +3,
所以f (x +2)-f (x )=a (x +2)2+b (x +2)+3-(ax 2+bx +3)=4ax +4a +2b =4x +2.
所以⎩⎪⎨⎪⎧4a =4,4a +2b =2,
所以⎩⎪⎨⎪⎧a =1,b =-1,
所以所求函数的解+析式为f (x )=x 2-x +3. (3)(解方程组法)因为2f (x )+f (-x )=2x ,①
将x换成-x得2f(-x)+f(x)=-2x,②由①②消去f(-x),得3f(x)=6x,
所以f(x)=2x.
【答案】(1)f(x)=lg
2
x-1
(x>1)(2)f(x)=x2-x+3(3)f(x)=2x 求函数解+析式的4种方法
1.(一题多解)已知二次函数f (2x +1)=4x 2-6x +5,则f (x )= . 详细分析:法一(换元法):令2x +1=t (t ∈R ),则x =t -1
2,
所以f (t )=4⎝ ⎛⎭⎪⎫t -122
-6·t -12+5=t 2-5t +9(t ∈R ),
所以f (x )=x 2-5x +9(x ∈R ).
法二(配凑法):因为f (2x +1)=4x 2-6x +5=(2x +1)2-10x +4=(2x +1)2-5(2x +1)+9, 所以f (x )=x 2-5x +9(x ∈R ).
法三(待定系数法):因为f (x )是二次函数,所以设f (x )=ax 2+bx +c (a ≠0),则f (2x +1)=a (2x +1)2+b (2x +1)+c =4ax 2+(4a +2b )x +a +b +c .
因为f (2x +1)=4x 2-6x +5, 所以⎩⎪⎨⎪⎧4a =4,4a +2b =-6,a +b +c =5,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =1,
b =-5,
c =9, 所以f (x )=x 2-5x +9(x ∈R ). 答案:x 2-5x +9(x ∈R )
2.定义在R 上的函数f (x )满足f (x +1)=2f (x ).若当0≤x ≤1时,f (x )=x (1-x ),则当-1≤x ≤0时,f (x )= .
详细分析:因为-1≤x ≤0,所以0≤x +1≤1,所以f (x )=12f (x +1)=1
2
(x +1)[1-(x +1)]
=-12x (x +1).故当-1≤x ≤0时,f (x )=-1
2
x (x +1).
答案:-1
2
x (x +1)
分段函数(多维探究) 角度一 求分段函数的函数值
(1)(2020·合肥一检)已知函数f (x )=
⎩⎪⎨
⎪⎧x +1x -2,x >2,
x 2+2,x ≤2,
则f (f (1))=( ) A .-1
2
B .2
C .4
D .11
(2)(2020·山西太原三中模拟)设函数f (x )=⎩
⎪⎨⎪⎧x 2-1(x ≥2),log 2x (0<x <2),若f (m )=3,则f ⎝⎛⎭⎫5
2-m
= .
(1)因为f (1)=12+2=3,所以f (f (1))=f (3)=3+
1
3-2
=4.故选C. (2)当m ≥2时,m 2-1=3,所以m =2或m =-2(舍); 当0<m <2时,log 2m =3,所以m =8(舍). 所以m =2.所以f ⎝⎛⎭⎫52-m =f ⎝⎛⎭⎫12=log 21
2=-1. 【答案】 (1)C (2)-1
分段函数的求值问题的解题思路
(1)求函数值:先确定要求值的自变量属于哪一段区间,然后代入该段的解+析式求值,当出现f (f (a ))的形式时,应从内到外依次求值.
(2)求自变量的值:先假设所求的值在分段函数定义区间的各段上,然后求出相应自变量的值,切记要代入检验.
角度二 分段函数与方程、不等式问题
(1)(一题多解)设f (x )=
⎩⎨⎧x ,0<x <1,2(x -1),x ≥1,
若f (a )=f (a +1),则f ⎝⎛⎭⎫
1a =( ) A .2 B .4 C .6
D .8
(2)(一题多解)(2018·高考全国卷Ⅰ)设函数f (x )=⎩
⎪⎨⎪⎧2-
x ,x ≤0
1,x >0,则满足f (x +1)<f (2x )的x 的
取值范围是( )
A .(-∞,-1]
B .(0,+∞)
C .(-1,0)
D .(-∞,0)
(1)法一:当0<a <1时,a +1>1, 所以f (a )=a ,f (a +1)=2(a +1-1)=2a . 由f (a )=f (a +1)得a =2a , 所以a =1
4
.
此时f ⎝⎛⎭⎫1a =f (4)=2×(4-1)=6. 当a ≥1时,a +1>1,
所以f (a )=2(a -1),f (a +1)=2(a +1-1)=2a . 由f (a )=f (a +1)得2(a -1)=2a ,无解. 综上,f ⎝⎛⎭⎫1a =6,故选C.
法二:因为当0<x <1时,f (x )=x ,为增函数,
当x ≥1时,f (x )=2(x -1),为增函数, 又f (a )=f (a +1), 所以a =2(a +1-1), 所以a =1
4.
所以f ⎝⎛⎭⎫1a =f (4)=6.
(2)法一:①当⎩⎨⎧x +1≤0,2x ≤0,
即x ≤-1时,f (x +1)<f (2x )即为2-(x +1)<2-2x ,即-(x +1)
<-2x ,解得x <1.
因此不等式的解集为(-∞,-1].
②当⎩⎪⎨⎪⎧x +1≤0,2x >0
时,不等式组无解.
③当⎩⎨⎧x +1>0,2x ≤0,
即-1<x ≤0时,f (x +1)<f (2x )即1<2-2x ,解得x <0.因此不等式的解
集为(-1,0).
④当⎩⎪⎨⎪⎧x +1>0,2x >0,
即x >0时,f (x +1)=1,f (2x )=1,不合题意.
综上,不等式f (x +1)<f (2x )的解集为(-∞,0). 故选D.
法二:因为f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧2-x ,x ≤0,
1,x >0,
所以函数f (x )的图象如图所示.
由图可知,当x +1≤0且2x ≤0时,函数f (x )为减函数,故f (x +1)<f (2x )转化为x +1>2x .
此时x ≤-1.
当2x <0且x +1>0时,f (2x )>1,f (x +1)=1, 满足f (x +1)<f (2x ). 此时-1<x <0.
综上,不等式f (x +1)<f (2x )的解集为(-∞,-1]∪(-1,0)=(-∞,0). 故选D.
【答案】 (1)C (2)D
有关分段函数不等式问题,要按照分段函数的“分段”进行分类讨论,从而将问题转化为简单的不等式组来解.
1.已知f (x )=⎩
⎪⎨⎪⎧2x ,x >0,f (x +1),x ≤0,则f ⎝⎛⎭⎫43+f ⎝⎛⎭⎫
-43的值等于( ) A .-2 B .4 C .2
D .-4
详细分析:选B.由题意得f ⎝⎛⎭⎫43=2×43=83. f ⎝⎛⎭⎫-43=f ⎝⎛⎭⎫-13=f ⎝⎛⎭⎫23=2×23=43. 所以f ⎝⎛⎭⎫43+f ⎝⎛⎭⎫-43=4.
2.已知函数f (x )=⎩
⎪⎨⎪⎧x 2+x ,x ≥0,-3x ,x <0,若a [f (a )-f (-a )]>0,则实数a 的取值范围为( )
A .(1,+∞)
B .(2,+∞)
C .(-∞,-1)∪(1,+∞)
D .(-∞,-2)∪(2,+∞)
详细分析:选D.当a >0时,不等式a [f (a )-f (-a )]>0可化为a 2+a -3a >0,解得a >2.当a <0时.不等式a [f (a )-f (-a )]>0可化为-a 2-2a <0,解得a <-2.综上所述,a 的取值范围为(-∞,-2)∪(2,+∞).
3.(2020·安徽安庆二模)已知函数f (x )=⎩⎨⎧x +1,-1<x <0,
2x ,x ≥0.
若实数a 满足f (a )=f (a -1),
则f ⎝⎛⎭⎫1a = .
详细分析:由题意得a >0.当0<a <1时,由f (a )=f (a -1),即2a =a .解得a =1
4,则f ⎝⎛⎭⎫1a =f (4)=8,
当a ≥1时,由f (a )=f (a -1),得2a =2(a -1),无解. 答案:8
核心素养系列2 数学抽象——函数的新定义问题
所谓“新定义”函数,是相对于高中教材而言,指在高中教材中不曾出现或尚未介绍的一类函数.函数新定义问题的一般形式是:由命题者先给出一个新的概念、新的运算法则,或者给出一个抽象函数的性质等,然后让学生按照这种“新定义”去解决相关的问题.
(2020·陕西延安模拟)在平面直角坐标系中,横坐标、纵坐标均为整数的点称为整
点,若函数f (x )的图像恰好经过n (n ∈N +)个整点,则称函数f (x )为n 阶整点函数.给出下列函数:
①f (x )=sin 2x ;②g (x )=x 3; ③h (x )=⎝⎛⎭⎫13x
;④φ(x )=ln x . 其中是一阶整点函数的是( ) A .①②③④ B .①③④ C .①④
D .④
对于函数f (x )=sin 2x ,它的图象(图略)只经过一个整点(0,0),所以它是一阶整点函数,排除D ;
对于函数g (x )=x 3,它的图象(图略)经过整点(0,0),(1,1),…,所以它不是一阶整点函数,排除A ;
对于函数h (x )=⎝⎛⎭⎫13x
,它的图象(图略)经过整点(0,1),(-1,3),…,所以它不是一阶整点函数,排除B.故选C.
【答案】 C
本题意在考查考生的数学抽象、逻辑推理、数学运算、直观想象等核心素养.破解新定义函数题的关键是:紧扣新定义的函数的含义,学会语言的翻译、新旧知识的转化,便可使问题顺利获解.如本例,若能把新定义的一阶整点函数转化为函数f(x)的图象恰好经过1个整点,问题便迎刃而解.
1.若一系列函数的解+析式相同,值域相同,但定义域不同,则称这些函数为“同族函数”,则函数解+析式为y=x2+1,值域为{1,3}的同族函数有()
A.1个B.2个
C.3个D.4个
详细分析:选C.由x2+1=1得x=0,由x2+1=3得x=±2,所以函数的定义域可以
是{0,2},{0,-2},{0,2,-2},故值域为{1,3}的同族函数共有3个.
2.若函数f (x )同时满足下列两个条件,则称该函数为“优美函数”: (1)∀x ∈R ,都有f (-x )+f (x )=0;
(2)∀x 1,x 2∈R ,且x 1≠x 2,都有f (x 1)-f (x 2)
x 1-x 2<0.
①f (x )=sin x ;②f (x )=-2x 3;③f (x )=1-x ; 以上三个函数中, 是“优美函数”.
详细分析:由条件(1),得f (x )是R 上的奇函数,由条件(2),得f (x )是R 上的减函数.对于①,f (x )=sin x 在R 上不单调,故不是“优美函数”;对于②,f (x )=-2x 3既是奇函数,又在R 上递减,故是“优美函数”;对于③,f (x )=1-x 不是奇函数,故不是“优美函数”.
答案:②
[基础题组练]
1.函数y =1
ln (x -1)的定义域为( )
A .(1,+∞)
B .[1,+∞)
C .(1,2)∪(2,+∞)
D .(1,2)∪[3,+∞)
详细分析:选C.由ln(x -1)≠0,得x -1>0且x -1≠1.由此解得x >1且x ≠2,即函数y =
1
ln (x -1)
的定义域是(1,2)∪(2,+∞).
2.已知f ⎝⎛⎭⎫1
2x -1=2x -5,且f (a )=6,则a 等于( ) A .-7
4
B.74
C.43 D .-43
详细分析:选B.令t =1
2x -1,则x =2t +2,
所以f (t )=2(2t +2)-5=4t -1, 所以f (a )=4a -1=6,即a =7
4
.
3.(2020·江西南昌一模)设函数f (x )=⎩
⎪⎨⎪⎧x 2-2x (x ≤0),
f (x -3)(x >0),
则f (5)的值为( ) A .-7 B .-1 C .0
D.1
2
详细分析:选D.f (5)=f (5-3)=f (2)=f (2-3)=f (-1)=(-1)2-2-1=1
2.故选D.
4.已知f ⎝⎛⎭⎫1+x x =x 2
+1x 2+1
x ,则f (x )等于( ) A .(x +1)2(x ≠1) B .(x -1)2(x ≠1) C .x 2-x +1(x ≠1)
D .x 2+x +1(x ≠1)
详细分析:选C.f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+x x =x 2+1x 2+1x =⎝ ⎛⎭⎪⎫x +1x 2-x +1x +1,令x +1x =t (t ≠1),则f (t )=t 2-t
+1,即f (x )=x 2-x +1(x ≠1).
5.设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧1x ,x >1,
-x -2,x ≤1,则f (f (2))= ,函数f (x )的值域是 .
详细分析:因为f (2)=1
2,
所以f (f (2))=f ⎝⎛⎭⎫12=-12-2=-5
2. 当x >1时,f (x )∈(0,1), 当x ≤1时,f (x )∈[-3,+∞), 所以f (x )∈[-3,+∞). 答案:-5
2
[-3,+∞)
6.若函数f (x )在闭区间[-1,2]上的图象如图所示,则此函数的解+析式为 .
详细分析:由题图可知,当-1≤x <0时,f (x )=x +1;当0≤x ≤2时,f (x )=-1
2
x ,所以
f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x +1,-1≤x <0,-12x ,0≤x ≤2.
答案:f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x +1,-1≤x <0,-12x ,0≤x ≤2
7.已知f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧12x +1,x ≤0,
-(x -1)2,x >0,则使f (x )≥-1成立的x 的取值范围是 .
详细分析:由题意知⎩⎪⎨⎪⎧x ≤0,12x +1≥-1或⎩⎪⎨⎪⎧x >0,
-(x -1)2≥-1,
解得-4≤x ≤0或0<x ≤2,故x 的取值范围是[-4,2]. 答案:[-4,2]
8.设函数f (x )=⎩
⎪⎨⎪⎧ax +b ,x <0,
2x ,x ≥0,且f (-2)=3,f (-1)=f (1).
(1)求f (x )的解+析式; (2)画出f (x )的图象.
解:(1)由f (-2)=3,f (-1)=f (1)得⎩⎪⎨⎪⎧-2a +b =3,
-a +b =2,解得a =-1,b =1,所以f (x )=
⎩⎨⎧-x +1,x <0,
2x
,x ≥0.
(2)f (x )的图象如图所示.
[综合题组练]
1.(2020·海淀期末)下列四个函数:①y =3-x ;②y =2x -
1(x >0);③y =x 2+2x -10;④y =⎩⎪⎨⎪⎧x (x ≤0),1x
(x >0).其中定义域与值域相同的函数的个数为( )
A .1
B .2
C .3
D .4
详细分析:选B.①y =3-x 的定义域与值域均为R ,②y =2x -1(x >0)的定义域为(0,+∞),值域为⎝⎛⎭⎫12,+∞,
③y =x 2+2x -10的定义域为R ,值域为[-11,+∞),④y =⎩⎪⎨⎪⎧x (x ≤0),1x (x >0)的定义域和值域均为R .所以定义域与值域相同的函数是①④,共有2个,故选B.
2.(创新型)设f (x ),g (x )都是定义在实数集上的函数,定义函数(f ·g )(x ):对任意的x ∈R ,
(f ·g )(x )=f (g (x )).若f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x ,x >0,x 2,x ≤0,g (x )=⎩
⎪⎨⎪
⎧e x ,x ≤0,ln x ,x >0,则( )
A .(f ·f )(x )=f (x )
B .(f ·g )(x )=f (x )
C .(g ·f )(x )=g (x )
D .(g ·g )(x )=g (x )
详细分析:选A.对于A ,(f ·f )(x )=f (f (x ))=⎩
⎪⎨⎪⎧f (x ),f (x )>0,
f 2
(x ),f (x )≤0,当x >0时,f (x )=x >0,
(f ·f )(x )=f (x )=x ;当x <0时,f (x )=x 2>0,(f ·f )(x )=f (x )=x 2;当x =0时,(f ·f )(x )=f 2(x )=0=02,因此对任意的x ∈R ,有(f ·f )(x )=f (x ),故A 正确,选A.
3.(2020·河南驻马店模拟考试)已知函数f (x )=⎩⎨⎧2-x
+1,x ≤0,
-x ,x >0,
则f (x +1)-9≤0的解集
为 .
详细分析:因为f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧2-x +1,x ≤0,
-x ,x >0,
所以当x +1≤0时,⎩⎪⎨⎪⎧x ≤-1,
2-(x +1)-8≤0,解得-4≤x ≤-1;
当x +1>0时,⎩⎪⎨⎪⎧x >-1,
-x +1-9≤0,
解得x >-1.
综上,x ≥-4,即f (x +1)-9≤0的解集为[-4,+∞). 答案:[-4,+∞)
4.(创新型)设函数f (x )的定义域为D ,若对任意的x ∈D ,都存在y ∈D ,使得f (y )=-f (x )成立,则称函数f (x )为“美丽函数”,下列所给出的几个函数:
①f (x )=x 2;②f (x )=1
x -1

③f (x )=ln(2x +3);④f (x )=2sin x -1.
其中是“美丽函数”的序号有.
详细分析:由已知,在函数定义域内,对任意的x都存在着y,使x所对应的函数值f(x)与y所对应的函数值f(y)互为相反数,即f(y)=-f(x).故只有当函数的值域关于原点对称时才会满足“美丽函数”的条件.
①中函数的值域为[0,+∞),值域不关于原点对称,故①不符合题意;
②中函数的值域为(-∞,0)∪(0,+∞),值域关于原点对称,故②符合题意;
③中函数的值域为(-∞,+∞),值域关于原点对称,故③符合题意;
④中函数f(x)=2sin x-1的值域为[-3,1],不关于原点对称,故④不符合题意.故本题正确答案为②③.
答案:②③。

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