第四章 4.2.1 指数函数的概念

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§4.2 指数函数 4.2.1 指数函数的概念

学习目标 1.理解指数函数的概念,了解对底数的限制条件的合理性.2.了解指数增长型和指数衰减型在实际问题中的应用.

知识点一 指数函数的定义

一般地,函数y =a x (a >0,且a ≠1)叫做指数函数,其中x 是自变量,函数的定义域是R . 思考 为什么底数应满足a >0且a ≠1?

答案 ①当a ≤0时,a x 可能无意义;②当a >0时,x 可以取任何实数;③当a =1时,a x =1 (x ∈R ),无研究价值.因此规定y =a x 中a >0,且a ≠1. 知识点二 两类指数模型

1.y =ka x (k >0,a >0且a ≠1),当a >1时为指数增长型函数模型. 2.y =ka x (k >0,a >0且a ≠1),当0

1.y =x x (x >0)是指数函数.( × )

2.y =a x +2(a >0且a ≠1)是指数函数.( × ) 3.y =⎝⎛⎭⎫12x

是指数衰减型函数模型.( √ ) 4.若f (x )=a x 为指数函数,则a >1.( × )

一、指数函数的概念

例1 (1)给出下列函数:①y =2·3x ;②y =3x +

1;③y =3x ;④y =x 3;⑤y =(-2)x .其中,指数函数的个数是( ) A .0 B .1 C .2 D .4 答案 B

解析 ①中,3x 的系数是2,故①不是指数函数;②中,y =3x +1的指数是x +1,不是自变量x ,故②不是指数函数;③中,3x 的系数是1,幂的指数是自变量x ,且只有3x 一项,故③是

指数函数;④中,y =x 3的底数为自变量,指数为常数,故④不是指数函数.⑤中,底数-2<0,不是指数函数.

(2)若函数y =(2a -1)x (x 是自变量)是指数函数,则a 的取值范围是( ) A .(0,1)∪(1,+∞) B .[0,1)∪(1,+∞) C.⎝⎛⎭⎫12,1∪(1,+∞) D.⎣⎡⎭

⎫1

2,+∞ 答案 C

解析 依题意得2a -1>0,且2a -1≠1, 解得a >1

2

,且a ≠1.

反思感悟 判断一个函数是否为指数函数的方法 (1)底数的值是否符合要求. (2)a x 前的系数是否为1. (3)指数是否符合要求.

跟踪训练1 (1)下列是指数函数的是( ) A .y =-3x B .y =2

1

2x -

C .y =a x

D .y =πx

答案 D

解析 根据指数函数的特征知,A ,B ,C 不满足.

(2)若函数y =(a 2-3a +3)·a x 是指数函数,则a 的值为________. 答案 2

解析 由指数函数的定义知⎩⎪⎨⎪⎧

a 2-3a +3=1, ①a >0且a ≠1, ②

由①得a =1或2,结合②得a =2. 二、求指数函数的解析式或函数值

例2 (1)若函数f (x )=⎝⎛⎭⎫12a -3·a x

是指数函数,则f ⎝⎛⎭⎫12的值为( ) A .2 B .-2 C .-2 2 D .2 2 答案 D

解析 因为函数f (x )是指数函数,所以1

2a -3=1,

所以a =8,

所以f (x )=8x ,f ⎝⎛⎭⎫12=1

2

8=2 2.

(2)已知函数y =f (x ),x ∈R ,且f (0)=3,f (1)f (0)=12,f (2)f (1)=12,…,f (n )f (n -1)=12,n ∈N *,求函数y

=f (x )的一个解析式.

解 当x 增加1时函数值都以1

2的衰减率衰减,

∴函数f (x )为指数衰减型, 令f (x )=k ⎝⎛⎭⎫12x

(k ≠0),

又f (0)=3,∴k =3,∴f (x )=3·⎝⎛⎭

⎫12x . 反思感悟 (1)求指数函数的解析式时,一般采用待定系数法,即先设出函数的解析式,然后利用已知条件,求出解析式中的参数,从而得到函数的解析式,其中掌握指数函数的概念是解决这类问题的关键.

(2)求指数函数的函数值的关键是掌握指数函数的解析式.

跟踪训练2 指数函数y =f (x )的图象经过点⎝⎛⎭⎫-2,1

4,那么f (4)f (2)等于( ) A .8 B .16 C .32 D .64 答案 D

解析 由指数函数y =f (x )=a x (a >0,且a ≠1)的图象经过点⎝⎛⎭⎫-2,14,可得a -2=1

4,解得a =2,函数的解析式为y =2x ,f (4)f (2)=24·22=64. 三、指数增长型和指数衰减型函数的实际应用

例3 某林区2020年木材蓄积量为200万立方米,由于采取了封山育林、严禁采伐等措施,使木材蓄积量的年平均递增率能达到5%.

(1)若经过x 年后,该林区的木材蓄积量为y 万立方米,求y =f (x )的表达式,并求此函数的定义域;

(2)求经过多少年后,林区的木材蓄积量能达到300万立方米.

解 (1)现有木材蓄积量为200万立方米,经过1年后木材蓄积量为200+200×5%=200(1+5%).

经过2年后木材蓄积量为:200(1+5%)+200(1+5%)×5%=200×(1+5%)2. ∴经过x 年后木材蓄积量为200(1+5%)x .

∴y=f(x)=200(1+5%)x.函数的定义域为x∈N*.

(2)作函数y=f(x)=200(1+5%)x(x≥0)图象见下图.

x 0123…

y 200210220.5231.5…

作直线y=300与函数y=200(1+5%)x的图象交于A点,则A(x0,300),A点的横坐标x0的值就是函数值y=300时(木材蓄积量为300万立方米时)所经过的时间x年的值.

∵8

反思感悟解决有关增长率问题的关键和措施

(1)解决这类问题的关键是理解增长(衰减)率的意义:增长(衰减)率是所研究的对象在“单位时间”内比它在“前单位时间”内的增长(衰减)率,切记并不总是只和开始单位时间内的比较.(2)分析具体问题时,应严格计算并写出前3~4个单位时间的具体值,通过观察、归纳出规律后,再概括为数学问题,最后求解数学问题即可.

(3)在实际问题中,有关人口增长、银行复利、细胞分裂等增长率问题常可以用指数函数模型表示,通常可以表示为y=N(1+p)x(其中N为基础数,p为增长率,x为时间)的形式.

跟踪训练3春天来了,某池塘中的荷花枝繁叶茂,已知每一天新长出荷叶覆盖水面面积是前一天的2倍,若荷叶20天可以完全长满池塘水面,当荷叶刚好覆盖水面面积一半时,荷叶已生长了________天.

答案19

解析假设第一天荷叶覆盖水面面积为1,则荷叶覆盖水面面积y与生长时间x的函数关系为y=2x-1,当x=20时,长满水面,所以生长19天时,荷叶布满水面一半.

1.下列各函数中,是指数函数的是()

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