高中数学：求函数值域的方法十三种

高中数学：求函数值域的十三种方法一、观察法（☆ ） 二、配方法（☆） 三、分离常数法（☆） 四、反函数法（☆） 五、判别式法（☆） 六、换元法（☆☆☆） 七、函数有界性八、函数单调性法（☆）九、图像法（数型结合法）（☆） 十、基本不等式法 十一、利用向量不等式 十二、一一映射法 十三、 多种方法综合运用一、观察法：从自变量x 的范围出发，推出()y f x =的取值范围。

【例1】求函数1y x =+的值域。

【解析】∵0x ≥，∴11x +≥， ∴函数1y x =+的值域为[1,)+∞。

【例2】求函数x 1y =的值域。

【解析】∵0x ≠ ∴0x 1≠ 显然函数的值域是：),0()0,(+∞-∞ 【例3】已知函数()112--=x y ，{}2,1,0,1-∈x ，求函数的值域。

【解析】因为{}2,1,0,1-∈x ，而()()331==-f f ，()()020==f f ，()11-=f 所以：{}3,0,1-∈y 注意：求函数的值域时，不能忽视定义域，如果该题的定义域为R x ∈，则函数的值域为{}1|-≥y y 。

二． 配方法：配方法式求“二次函数类”值域的基本方法。

形如2()()()F x af x bf x c =++的函数的值域问题，均可使用配方法。

【例1】 求函数225,[1,2]y x x x =-+∈-的值域。

【解析】将函数配方得：∵由二次函数的性质可知：当x=1 ∈[-1,2]时，，当时， 故函数的值域是：[4，8]【变式】已知，求函数的最值。

【解析】由已知，可得，即函数是定义在区间上的二次函数。

将二次函数配方得，其对称轴方程，顶点坐标，且图象开口向上。

显然其顶点横坐标不在区间内，如图2所示。

函数的最小值为，最大值为。

图2【例2】 若函数2()22,[,1]f x x x x t t =-+∈+当时的最小值为()g t ，（1）求函数()g t（2）当∈t [-3,-2]时，求g(t)的最值。

（说明：二次函数在闭区间上的值域二点二分法，三点三分法） 【解析】(1)函数，其对称轴方程为，顶点坐标为（1，1），图象开口向上。

图1图2图3①如图1所示，若顶点横坐标在区间左侧时，有，此时，当时，函数取得最小值。

②如图2所示，若顶点横坐标在区间上时，有，即。

当时，函数取得最小值。

③如图3所示，若顶点横坐标在区间右侧时，有，即。

当时，函数取得最小值综上讨论，g(t)=⎪⎩⎪⎨⎧<+≤≤>+-=0110,11,1)1()(22mint t t t t x f (2)221(0)()1(01)22(1)t t g t t t t t ⎧+≤⎪=<<⎨⎪-+≥⎩(,0]t ∈-∞时，2()1g t t =+为减函数∴在[3,2]--上，2()1g t t =+也为减函数∴min ()(2)5g t g =-=， max ()(3)10g t g =-=【例3】 已知2()22f x x x =-+，当[1]()x t t t ∈+∈R ，时，求()f x 的最大值．【解析】由已知可求对称轴为1x =．（1）当1t >时，2min max ()()23()(1)2f x f t t t f x f t t ∴==-+=+=+，．（2）当11t t +≤≤，即01t ≤≤时，．根据对称性，若2121≤++t t即102t ≤≤时，2max ()()23f x f t t t ==-+．若2121>++t t 即112t <≤时，2max ()(1)2f x f t t =+=+． （3）当11t +<即0t <时，2max ()()23f x f t t t ==-+．综上，⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤+->+=21,3221,2)(22maxt t t t t x f观察前两题的解法，为什么最值有时候分两种情况讨论，而有时候又分三种情况讨论呢？这些问题其实仔细思考就很容易解决。

不难观察：二次函数在闭区间上的的最值总是在闭区间的端点或二次函数的顶点取到。

第一个例题中，这个二次函数是开口向上的，在闭区间上，它的最小值在区间的两个端点或二次函数的顶点都有可能取到，有三种可能，所以分三种情况讨论；而它的最大值不可能是二次函数的顶点，只可能是闭区间的两个端点，哪个端点距离对称轴远就在哪个端点取到，当然也就根据区间中点与左右端点的远近分两种情况讨论。

根据这个理解，不难解释第二个例题为什么这样讨论。

对二次函数的区间最值结合函数图象总结如下：当时⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+<-+≥-=))((212)())((212)()(21max 如图如图，，n m a b n f n m a b m f x f ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧<-≤-≤->-=)(2)()(2)2()(2)()(543min如图如图如图，，，m a b m f n a b m a b f n a b n f x f当时⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧<-≤-≤->-=)(2)()(2)2()(2)()(876max如图如图如图，，，mabmfnabmabfnabnfxf f xf mbam nf nbam n()()()()()()()min=-≥+-<+⎧⎨⎪⎪⎩⎪⎪，，如图如图212212910【例4】(1)求2f(x)x2ax1=++在区间[-1,2]上的最大值。

(2) 求函数)(axxy--=在]1,1[-∈x上的最大值。

【解析】(1)二次函数的对称轴方程为x a=-，当1a2-<即1a2>-时，maxf(x)f(2)4a5==+；当1a2-≥即1a2≤-时，maxf(x)f(1)2a2=-=+。

综上所述：max12a2,a2f(x)14a5,a2⎧-+≤-⎪⎪=⎨⎪+>-⎪⎩。

(2)函数4)2(22aaxy+--=图象的对称轴方程为2ax=，应分121≤≤-a，12-<a，12>a即22≤≤-a，2-<a和2>a这三种情形讨论，下列三图分别为（1）2-<a；由图可知max()(1)f x f=-（2）a≤-22≤；由图可知max()()2af x f=（3）2>a时；由图可知max()(1)f x f=∴⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>≤≤--<-=2,)1(22,)2(2,)1(a f a af a f y 最大；即⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>-≤≤--<+-=2,122,42,)1(2a a a aa a y 最大 【例5】 已知二次函数2f (x )ax (2a 1)x 1=+-+在区间3,22⎡⎤-⎢⎥⎣⎦上的最大值为3，求实数a 的值。

【分析】这是一个逆向最值问题，若从求最值入手，需分a 0>与a 0<两大类五种情形讨论，过程繁琐不堪。

若注意到最大值总是在闭区间的端点或抛物线的顶点处取到，因此先计算这些点的函数值，再检验其真假，过程就简明多了。

具体解法为： （1）令2a 1f ()32a --=，得1a 2=- 此时抛物线开口向下，对称轴方程为x 2=-，且32,22⎡⎤-∉-⎢⎥⎣⎦，故12-不合题意；（2）令f (2)3=，得1a 2=此时抛物线开口向上，闭区间的右端点距离对称轴较远，故1a 2=符合题意； （3）若3f ()32-=，得2a 3=- 此时抛物线开口向下，闭区间的右端点距离对称轴较远，故2a 3=-符合题意。

综上，1a 2=或2a 3=- 解后反思：若函数图象的开口方向、对称轴均不确定，且动区间所含参数与确定函数的参数一致，可采用先斩后奏的方法，利用二次函数在闭区间上的最值只可能在区间端点、顶点处取得，不妨令之为最值，验证参数的资格，进行取舍，从而避开繁难的分类讨论，使解题过程简洁、明了。

【变式】 已知函数()21f x ax ax =++在区间[3,2]-上的最大值为4，求实数a 的值。

【解析】2()(1)1,[3,2]f x a x a x =++-∈- （1）若0,()1,a f x ==，不符合题意。

（2）若0,a >则max ()(2)81f x f a ==+由814a +=，得38a =（3）若0a <时，则max ()(1)1f x f a =-=- 由14a -=，得3a =-综上知38a =或3a =-【例6】 已知函数2()2x f x x =-+在区间[,]m n 上的最小值是3m 最大值是3n ，求m ，n 的值。

【解法1】讨论对称轴中1与,,2m nm n +的位置关系。

①若，则max min ()()3()()3f x f n nf x f m m==⎧⎨==⎩解得②若12m nn +≤<，则max min()(1)3()()3f x f n f x f m m ==⎧⎨==⎩，无解 ③若12m nm +≤<，则max min()(1)3()()3f x f n f x f n m ==⎧⎨==⎩，无解④若，则max min ()()3()()3f x f m nf x f n m==⎧⎨==⎩，无解综上，4,0m n =-=【解法2】由211()(1)22f x x =--+，知113,,26n n ≤≤，则[,](,1]m n ⊆-∞，又∵在[,]m n 上当x 增大时)(x f 也增大所以max min()()3()()3f x f n nf x f m m ==⎧⎨==⎩ 解得4,0m n =-=评注：解法2利用闭区间上的最值不超过整个定义域上的最值，缩小了m ，n 的取值范围，避开了繁难的分类讨论，解题过程简洁、明了。

【例7】 求函数35y x x =--的值域.【解法1】22)4(122)5)(3(253--+=--+-+-=x x x x x y显然]4,2[)4(12222∈--+=x y 故函数的值域是：]2,2[∈y【解法2】显然3≤x≤5,2232sin ([0,])52cos 2x x πθθθ-=∈⇒-=,352(sin cos )2sin()[2,2]4y x x πθθθ=--=+=+∈三、分离常数法：分子、分母是一次函数得有理函数，可用分离常数法（分母少，分子多），通过该方法可将原函数转化为为)(x f k y ±=(为k 常数)的形式此类问题一般也可以利用反函数法。

【例1】 求函数12++=x x y 的值域 【解析】利用恒等变形，得到：111++=x y ，容易观察知x ≠-1,y ≠1，得函数的值域为y ∈(-∞,1)∪(1, +∞)。

注意到分数的分子、分母的结构特点，分离出一个常数后，再通过观察或配方等其他方法易得函数值域。