2021高考数学一轮复习第2章函数第6节指数与指数函数教学案文北师大版

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第六节　指数与指数函数 ‎[最新考纲]　1.理解有理指数幂的含义，了解实数指数幂的意义，掌握幂的运算.2.了解指数函数模型的实际背景，理解指数函数的概念及其单调性，掌握指数函数图像通过的特殊点，会画底数为2,3,10，，的指数函数的图像.3.体会指数函数是一类重要的函数模型．‎ ‎(对应学生用书第24页)‎ ‎1．有理数指数幂 ‎(1)分数指数幂 ‎①正分数指数幂：a＝(a＞0，m，n∈N*，且n＞1)；‎ ‎②负分数指数幂：a＝＝(a＞0，m，n∈N*，且n＞1)；‎ ‎③0的正分数指数幂等于0,0的负分数指数幂无意义．‎ ‎(2)有理数指数幂的运算性质 ‎①aras＝ar＋s(a＞0，r，s∈Q)；‎ ‎②(ar)s＝ars(a＞0，r，s∈Q)；‎ ‎③(ab)r＝arbr(a＞0，b＞0，r∈Q)．‎ ‎2．指数函数的图像与性质 y＝ax a＞1‎ ‎0＜a＜1‎ 图像 定义域 R 值域 ‎(0，＋∞)‎ 性质 过定点(0,1)‎ 当x＞0时，y＞1；‎ 当x＜0时，0＜y＜1‎ 当x＞0时，0＜y＜1；‎ 当x＜0时，y＞1‎ 在R上是增函数 在R上是减函数 ‎1．指数函数图像的画法 画指数函数y＝ax(a＞0，且a≠1)的图像，应抓住三个关键点：(1，a)，(0,1)，‎ - 9 -‎ .‎ ‎2．指数函数的图像与底数大小的比较 如图是指数函数(1)y＝ax，(2)y＝bx，(3)y＝cx，(4)y＝dx的图像，底数a，b，c，d与1之间的大小关系为c＞d＞1＞a＞b＞0.由此我们可得到以下规律：在第一象限内，指数函数y＝ax(a＞0，a≠1)的图像越高，底数越大．‎ ‎3．指数函数y＝ax(a＞0，a≠1)的图像和性质跟a的取值有关，要特别注意应分a＞1与0＜a＜1来研究．‎ 一、思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)＝()n＝a. (　　)‎ ‎(2)(－1)＝(－1)＝. (　　)‎ ‎(3)函数y＝ax2＋1(a＞1)的值域是(0，＋∞)． (　　)‎ ‎(4)若am＜an(a＞0且a≠1)，则m＜n. (　　)‎ ‎[答案](1)×　(2)×　(3)×　(4)×‎ 二、教材改编 ‎1．函数f(x)＝21－x的大致图像为(　　)‎ A　　　　　B　　　　 　C　　　　 　D A　[f(x)＝21－x＝，又f(0)＝2，f(1)＝1，故排除B，C，D，故选A.]‎ ‎2．若函数f(x)＝ax(a＞0，且a≠1)的图像经过点P，则f(－1)＝________.‎ 　[由题意知＝a2，所以a＝，‎ 所以f(x)＝，所以f(－1)＝＝.]‎ ‎3．化简(x＜0，y＜0)＝________.‎ ‎[答案]　－2x2y ‎4．已知a＝，b＝，c＝，则a，b，c的大小关系是________．‎ - 9 -‎ c＜b＜a　[∵y＝是减函数，‎ ‎∴＞＞，‎ 则a＞b＞1，‎ 又c＝＜＝1，‎ ‎∴c＜b＜a.]‎ ‎(对应学生用书第25页)‎ ‎⊙考点1　指数幂的运算 ‎　指数幂运算的一般原则 ‎(1)有括号的先算括号里的，无括号的先算指数运算．‎ ‎(2)先乘除后加减，负指数幂化成正指数幂的倒数．‎ ‎(3)底数是负数，先确定符号；底数是小数，先化成分数；底数是带分数的，先化成假分数．‎ ‎(4)若是根式，应化为分数指数幂，尽可能用幂的形式表示，运用指数幂的运算性质来解答．‎ ‎　1.化简·(a＞0，b＞0)＝________.‎ 　[原式＝2×＝21＋3×10－1＝.]‎ ‎2．计算：＋0.002－10(－2)－1＋π0＝________.‎ ‎－　[原式＝＋500－＋1＝＋10－10－20＋1＝－.]‎ ‎3．化简：÷×＝________(a＞0)．‎ a2　[原式＝÷×＝a(a－2b)××＝a2.]‎ ‎　运算结果不能同时含有根号和分数指数幂，也不能既有分母又含有负指数，形式力求统一．‎ - 9 -‎ ‎⊙考点2　指数函数的图像及应用 ‎(1)与指数函数有关的函数图像的研究，往往利用相应指数函数的图像，通过平移、对称、翻折变换得到其图像．‎ ‎(2)一些指数方程、不等式问题的求解，往往利用相应的指数型函数图像数形结合求解．‎ ‎　(1)函数f(x)＝ax－b的图像如图，其中a，b为常数，则下列结论正确的是(　　)‎ A．a＞1，b＜0‎ B．a＞1，b＞0‎ C．0＜a＜1，b＞0‎ D．0＜a＜1，b＜0‎ ‎(2)若曲线y＝|3x－1|与直线y＝m有两个不同交点，则实数m的取值范围是________．‎ ‎(1)D　(2)(0,1)　[(1)由f(x)＝ax－b的图像可以观察出，函数f(x)＝ax－b在定义域上单调递减，所以0＜a＜1.函数f(x)＝ax－b的图像是在f(x)＝ax的基础上向左平移得到的，所以b＜0.故选D.‎ ‎(2)曲线y＝|3x－1|的图像是由函数y＝3x的图像向下平移一个单位长度后，再把位于x轴下方的图像沿x轴翻折到x轴上方得到的，而直线y＝m的图像是平行于x轴的一条直线，它的图像如图所示，由图像可得，如果曲线y＝|3x－1|与直线y＝m有两个公共点，则m的取值范围是(0,1)．]‎ ‎[母题探究]‎ ‎1．(变条件)若本例(2)条件变为：方程3|x|－1＝m有两个不同实根，则实数m的取值范围是________．‎ ‎(0，＋∞)　[作出函数y＝3|x|－1与y＝m的图像如图所示，数形结合可得m的取值范围是(0，＋∞)．‎ ‎]‎ ‎2．(变条件)若本例(2)的条件变为：函数y＝|3x－1|＋m的图像不经过第二象限，则实数m的取值范围是________．‎ - 9 -‎ ‎(－∞，－1]　[作出函数y＝|3x－1|＋m的图像如图所示．‎ 由图像知m≤－1，即m∈(－∞，－1]．]‎ ‎　应用指数函数图像的技巧 ‎(1)已知函数解析式判断其图像一般是取特殊点，判断所给的图像是否过这些点，若不满足则排除．‎ ‎(2)对于有关指数型函数的图像问题，一般是从最基本的指数函数的图像入手，通过平移、对称变换而得到．特别地，当底数a与1的大小关系不确定时应注意分类讨论．‎ ‎　1.函数f(x)＝1－e|x|的图像大致是(　　)‎ A　　　　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　　　　D A　[f(x)＝1－e|x|是偶函数，图像关于y轴对称，又e|x|≥1，∴f(x)≤0，符合条件的图像只有A.]‎ ‎2．函数y＝ax－b(a＞0，且a≠1)的图像经过第二、三、四象限，则ab的取值范围是________．‎ ‎(0,1)　[因为函数y＝ax－b的图像经过第二、三、四象限，所以函数y＝ax－b单调递减且其图像与y轴的交点在y轴的负半轴上．令x＝0，则y＝a0－b＝1－b，由题意得解得故ab∈(0,1)．]‎ ‎3．已知实数a，b满足等式2 019a＝2 020b，下列五个关系式：‎ ‎①0＜b＜a；②a＜b＜0；③0＜a＜b；④b＜a＜0；⑤a＝b.‎ 其中不可能成立的关系式有________(填序号)．‎ ‎③④　[作出y＝2 019x及y＝2 020x的图像如图所示，由图可知 - 9 -‎ a＞b＞0，a＝b＝0或a＜b＜0时，有2 019a＝2 020b，故③④不可能成立．]‎ ‎⊙考点3　指数函数的性质及应用 ‎　指数函数性质的应用主要是利用单调性解决相关问题，而指数函数的单调性是由底数a决定的，因此解题时通常对底数a按0＜a＜1和a＞1进行分类讨论．‎ ‎　比较指数式的大小 ‎(1)已知a＝20.2，b＝0.40.2，c＝0.40.6，则(　　)‎ A．a＞b＞c　 B．a＞c＞b C．c＞a＞b D．b＞c＞a ‎(2)设函数f(x)＝x2－a与g(x)＝ax(a＞1且a≠2)在区间(0，＋∞)上具有不同的单调性，则M＝(a－1)0.2与N＝的大小关系是(　　)‎ A．M＝N B．M≤N C．M＜N D．M＞N ‎(1)A　(2)D　[(1)由0.2＜0.6,0.4＜1，并结合指数函数的图像可知0.40.2＞0.40.6，即b＞c.因为a＝20.2＞1，b＝0.40.2＜1，所以a＞b.综上，a＞b＞c.‎ ‎(2)因为f(x)＝x2－a与g(x)＝ax(a＞1且a≠2)在区间(0，＋∞)上具有不同的单调性，所以a＞2，所以M＝(a－1)0.2＞1，N＝＜1，所以M＞N.故选D.]‎ ‎　指数式的大小比较，依据的就是指数函数的单调性，原则上化为同底的指数式，并要注意底数范围是(0,1)还是(1，＋∞)，若不能化为同底，则可化为同指数，或利用中间变量比较，如本例(1)．‎ ‎　解简单的指数方程或不等式 ‎(1)已知函数f(x)＝a＋的图像过点，若－≤f(x)≤0，则实数x的取值范围是________．‎ ‎(2)方程4x＋|1－2x|＝11的解为________．‎ ‎(1)　(2)x＝log23　[(1)∵f(x)＝a＋的图像过点，‎ ‎∴a＋＝－，即a＝－.‎ ‎∴f(x)＝－＋.‎ ‎∵－≤f(x)≤0，‎ ‎∴－≤－≤0，‎ - 9 -‎ ‎∴≤≤，‎ ‎∴2≤4x＋1≤3，‎ 即1≤4x≤2，‎ ‎∴0≤x≤.‎ ‎(2)当x≥0时，原方程化为4x＋2x－12＝0，即(2x)2＋2x－12＝0.‎ ‎∴(2x－3)(2x＋4)＝0，‎ ‎∴2x＝3，即x＝log23.‎ 当x＜0时，原方程化为4x－2x－10＝0.‎ 令t＝2x，则t2－t－10＝0(0＜t＜1)．‎ 由求根公式得t＝均不符合题意，故x＜0时，方程无解．]‎ ‎(1)af(x)＝ag(x)⇔f(x)＝g(x)．‎ ‎(2)af(x)＞ag(x)，当a＞1时，等价于f(x)＞g(x)；当0＜a＜1时，等价于f(x)＜g(x)．‎ ‎(3)有些含参指数不等式，需要分离变量，转化为求有关函数的最值问题．‎ ‎　与指数函数有关的复合函数的单调性 ‎　函数f(x)＝的单调减区间为________．‎ ‎(－∞，1]　[设u＝－x2＋2x＋1，∵y＝在R上为减函数，所以函数f(x)＝的减区间即为函数u＝－x2＋2x＋1的增区间．‎ 又u＝－x2＋2x＋1的增区间为(－∞，1]，‎ 所以f(x)的减区间为(－∞，1]．]‎ ‎[逆向问题]　‎ 已知函数f(x)＝2|2x－m|(m为常数)，若f(x)在区间[2，＋∞)上单调递增，则m的取值范围是________．‎ ‎(－∞，4]　[令t＝|2x－m|，则t＝|2x－m|在区间上单调递增，在区间上单调递减．而y＝2t在R上单调递增，所以要使函数f(x)＝2|2x－m|在[2，＋∞)上单调递增，则有≤2，即m≤4，所以m的取值范围是(－∞，4]．]‎ ‎　求解与指数函数有关的复合函数问题，首先要熟知指数函数的定义域、值域、单调性等相关性质，其次要明确复合函数的构成，涉及值域、单调区间、最值等问题时，都要借助“同增异减”这一性质分析判断．‎ - 9 -‎ ‎　指数函数性质的综合应用 ‎(1)函数f(x)＝a＋(a，b∈R)是奇函数，且图像经过点，则函数f(x)的值域为(　　)‎ A．(－1,1) B．(－2,2)‎ C．(－3,3) D．(－4,4)‎ ‎(2)若不等式1＋2x＋4x·a＞0在x∈(－∞，1]时恒成立，则实数a的取值范围是________．‎ ‎(1)A　(2)　[(1)函数f(x)为奇函数，定义域是R，则f(0)＝a＋＝0①，函数图像过点，则f(ln 3)＝a＋＝②.结合①②可得a＝1，b＝－2，则f(x)＝1－.因为ex＞0，所以ex＋1＞1，所以0＜＜2，所以－1＜1－＜1，即函数f(x)的值域为(－1,1)．‎ ‎(2)从已知不等式中分离出实数a，得a＞－.因为函数y＝和y＝在R上都是减函数，所以当x∈(－∞，1]时，≥，≥，所以＋≥＋＝，从而得－≤－.故实数a的取值范围为a＞－.]‎ ‎　指数函数的综合问题，主要涉及单调性、奇偶性、最值问题，应在有关性质的基础上，结合指数函数的性质进行解决，而指数函数性质的重点是单调性，注意利用单调性实现问题的转化．‎ ‎　1.函数y＝的值域是(　　)‎ A．(－∞，4) B．(0，＋∞)‎ C．(0,4] D．[4，＋∞)‎ C　[设t＝x2＋2x－1，则y＝.‎ 因为0＜＜1，所以y＝为关于t的减函数．‎ 因为t＝(x＋1)2－2≥－2，所以0＜y＝≤＝4，故所求函数的值域为(0,4]．]‎ - 9 -‎ ‎2．已知实数a≠1，函数f(x)＝若f(1－a)＝f(a－1)，则a的值为________．‎ 　[当a＜1时，41－a＝21，所以a＝；当a＞1时，代入可知不成立，所以a的值为.]‎ ‎3．设函数f(x)＝若f(a)＜1，则实数a的取值范围是________．‎ ‎(－3,1)　[当a＜0时，不等式f(a)＜1可化为－7＜1，即＜8，即＜，‎ ‎∴a＞－3.又a＜0，∴－3＜a＜0.‎ 当a≥0时，不等式f(a)＜1可化为＜1.‎ ‎∴0≤a＜1，综上，a的取值范围为(－3,1)．]‎ - 9 -‎