高中数学讲义微专题04《函数值域的求法》讲义.doc
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1、 微专题 04 求函数的值域 作为函数三要素之一,函数的值域也是高考中的一个重要考点,并且值域问题通常会渗透 在各类题目之中,成为解题过程的一部分。所以掌握一些求值域的基本方法,当需要求函数 的取值范围时便可抓住解析式的特点,寻找对应的方法从容解决。 一、基础知识: 1、求值域的步骤: (1)确定函数的定义域 (2)分析解析式的特点,并寻找相对应的方法(此为关键步骤) (3)计算出函数的值域 2、求值域的常用工具:尽管在有些时候,求值域就像神仙施法念口诀一样,一种解析式特点 对应一个求值域的方法,只要掌握每种方法并将所求函数归好类即可操作,但也要掌握一些 常用的思路与工具。 (1)函数的单调性
2、:决定函数图像的形状,同时对函数的值域起到决定性作用。若 f x为 单调函数,则在边界处取得最值(临界值) 。 (2)函数的图像(数形结合) :如果能作出函数的图像,那么值域便一目了然 (3)换元法: f x的解析式中可将关于x的表达式视为一个整体,通过换元可将函数解析 式化归为可求值域的形式。 (4)最值法:如果函数 f x在, a b连续,且可求出 f x的最大最小值,M m,则 f x的 值域为,m M 注:一定在 f x连续的前提下,才可用最值来解得值域 3、常见函数的值域:在处理常见函数的值域时,通常可以通过数形结合,利用函数图像将值 域解出,熟练处理常见函数的值域也便于将复杂的解析
3、式通过变形与换元向常见函数进行化 归。 (1)一次函数(ykxb) :一次函数为单调函数,图像为一条直线,所以可利用边界点来 确定值域 (2)二次函数( 2 yaxbxc) :二次函数的图像为抛物线,通常可进行配方确定函数的 对称轴,然后利用图像进行求解。 (关键点:抛物线开口方向,顶点是否在区间内) 例: 2 23,1,4f xxxx 解: 2 14f xx 对称轴为:1x 4,5f x (3)反比例函数: 1 y x (1)图像关于原点中心对称 (2)当,0 xy 当,0 xy (4)对勾函数:0 a yxa x 解析式特点:x的系数为 1;0a 注: 因为此类函数的值域与a相关, 求a的
4、值时要先保证x的 系数为1,再去确定a的值 例: 4 2yx x ,并不能直接确定4a ,而是先要变形为 2 2yx x ,再求得2a 极值点:,xa xa 极值点坐标: ,2, 2aaaa 定义域:,00, 自然定义域下的值域: , 22,aa (5)函数:0 a yxa x 注意与对勾函数进行对比 解析式特点:x的系数为 1;0a 函数的零点:xa 值域:R (5) 指数函数 ( x ya) : 其函数图像分为1a 与01a两 种情况,可根据图像求得值域,在自然定义域下的值域为 0, (6)对数函数(logayx)其函数图像分为1a 与 01a两种情况,可根据图像求得值域,在自然定义域 下
5、的值域为0, (7)分式函数:分式函数的形式较多,所以在本节最后会对分式函数值域的求法进行详细说 明(见附) 二、典型例题:将介绍求值域的几种方法,并通过例题进行体现 1、换元法:将函数解析式中关于x的部分表达式视为一个整体,并用新元t代替,将解析式 化归为熟悉的函数,进而解出值域 (1)在换元的过程中,因为最后是要用新元解决值域,所以一旦换元,后面紧跟新元的取值 范围 (2)换元的作用有两个: 通过换元可将函数解析式简化,例如当解析式中含有根式时,通过将根式视为一个整体, 换元后即可“消灭”根式,达到简化解析式的目的 化归:可将不熟悉的函数转化为会求值域的函数进行处理 (3)换元的过程本质上
6、是对研究对象进行重新选择的过程,在有些函数解析式中明显每一项 都是与x的某个表达式有关,那么自然将这个表达式视为研究对象。 (4)换元也是将函数拆为两个函数复合的过程。在高中阶段,与指对数,三角函数相关的常 见的复合函数分为两种 ,log,sin f x a yayf xyf x :此类问题通常以指对,三角作为主要结构, 在求值域时可先确定 f x的范围,再求出函数的范围 ,log,sin x a yf ayfxyfx:此类函数的解析式会充斥的大量括号里的项, 所以可利用换元将解析式转为 yf t的形式,然后求值域即可。当然要注意有些解析式中 的项不是直接给出,而是可作转化:例如 1 428
7、xx y 可转化为 2 22 28 xx y , 从而可确定研究对象为2xt 例 1:函数 21f xxx的值域是( ) A. 0, B. 17 , 8 C. 5 , 4 D. 15 , 8 思路:解析式中只含一个根式,所以可将其视为一个整体换元,从而将解析式转为二次函数, 求得值域即可。 解: f x的定义域为1, 令1tx 0t ,则 2 1xt 2 2 115 212 48 yttt 0,t f x的值域为 15 , 8 例 2(1)函数 1 1 3xy 的值域为( ) A. 0, B. 0,11, C. |1x x D. 1, (2)函数 1 428,2,2 xx f xx 的值域为_
8、 (3)函数 1 ln 1 x x e y e 的值域为_ 思路: (1)本题可视为 3 f x y 的形式,所以可将指数进行换元,从而转化为指数函数值域 问题:令 1 1 t x ,则,00,t ,所以可得30,11, t y (2)如前文所说, 2 1 42822 28 xxxx f x ,将2x视为一个整体令2xt , 则可将其转化为二次函数求得值域 解: 2 1 42822 28 xxxx f x 令2xt 2, 2x 1 ,4 4 t 2 2 2819yttt f x的值域为9,0 (3)所求函数为 ln f x 的形式,所以求得 1 1 x x e e 的范围,再取对数即可。对 1
9、 1 x x e e 进行 变形可得: 12 1 11 x xx e ee ,从而将1 x e 视为一个整体,即可转为反比例函数,从而求 得范围 解:定义域:100, x ex 12 1 11 x xx e ee 令1 x te 0,t 2 11, t 1 ln0, 1 x x e y e 答案: (1)B (2)9,0 (3)0, 例 3:已知函数 2 3log,1,4f xx x,则 2 2 g xf xf x 的值域为( ) A. 18, 2 B. 11, 6 C. 18,6 D. 11, 2 思路:依题意可知 22 2 2222 3log3loglog4log6g xxxxx ,所以可
10、将 2 log x视为一个整体换元,从而将问题转化为求二次函数值域,但本题要注意的是 g x的定 义域, 由已知 f x的定义域为1,4, 则 2 2 g xf xf x 的定义域为: 2 14 14 x x , 解得:1,2x,而不是1,4 解: 2 2 22 3log3logg xxx 2 222 32loglog6log9xxx 2 22 log4log6xx f x的定义域为1,4,且 2 2 g xf xf x 2 14 14 x x ,解得:1,2x 令 2 logtx,则0,1t 2 2 4622yttt 11, 6y ,即 g x的值域为11, 6 答案:C 2、数形结合:即作
11、出函数的图像,通过观察曲线所覆盖函数值的区域确定值域,以下函数常 会考虑进行数形结合 (1)分段函数:尽管分段函数可以通过求出每段解析式的范围再取并集的方式解得值域,但 对于一些便于作图的分段函数,数形结合也可很方便的计算值域。 (2) f x的函数值为多个函数中函数值的最大值或最小值,此时需将多个函数作于同一坐 标系中,然后确定靠下(或靠上)的部分为该 f x 函数的图像,从而利用图像求得函数的 值域 (3)函数的解析式具备一定的几何含义,需作图并与解析几何中的相关知识进行联系,数形 结合求得值域,如:分式直线的斜率;被开方数为平方和的根式两点间距离公式 例4 :( 1 ) 设 函 数 yf
12、 x定 义 域 为R, 对 给 定 正 数M, 定 义 函 数 , , M fxfxM fx M f xM 则 称 函 数 M fx为 f x的 “ 孪 生 函 数 ” , 若 给 定 函 数 2 2,20 ,1 21,0 x xx f xM x ,则 M yfx的值域为( ) A. 2,1 B. 1,2 C. ,2 D. , 1 (2) 定义min, ,a b c为, ,a b c中的最小值, 设 2 min 23,1,53f xxxx, 则 f x 的最大值是_ 思路: (1)根据“孪生函数”定义不难发现其图像特点,即以yM为 分界线, f x图像在yM下方的图像不变,在M上方的图像则变
13、为yM,通过作图即可得到 M fx的值域为2,1 (2)本题若利用min, ,a b c的定义将 f x转为分段函数, 则需要对 三个式子两两比较,比较繁琐,故考虑进行数形结合,将三个解析式 的图像作在同一坐标系下,则 f x为三段函数图像中靠下的部分,从 而通过数形结合可得 f x的最大值点为 2 1yx与53yx在 第一象限的交点,即 2 11 253 xyx yyx ,所以 max2f x 答案: (1)A (2) 2 例5 : 已 知 函 数 2222 22,228f xxaxa g xxaxa , 设 12 max,min,Hxf xg xHxf xg x,(其中max, p q表示
14、, p q中的较 大值,min,p q表示, p q中的较小值)记 1 Hx的值 域为A, 2 Hx的值域为B,则AB _ 思路:由 12 ,HxHx的定义可想到其图像特点,即若将 ,f xg x的图像作在同一坐标 系中,那么 1 Hx为 ,f xg x图像中位于上方的部分,而 2 Hx为 ,f xg x图像中位 于下方的部分。对 ,f xg x配方可得: 2 2 244 2412 f xxaa g xxaa ,其中 44412aa ,故 g x的顶点在 f x顶点的上方。由图像可得:褐色部分为 1 Hx 的图像,红色部分为 2 Hx的图像,其值域与 ,fxg x的交点有关,即各自的顶点 2,
15、 412 ,2, 44aaaa,所以 1 Hx的值域44,Aa , 2 Hx的值域 , 412Ba 。从而44, 412ABaa 答案:44, 412aa 例 6: (1)函数 ln3, 2,4 1 xx yx x 的值域为_ (2)函数 22 4210yxxx的值域为_ 思路: (1)函数为分式,但无法用“变形+换元”的方式进行处理,虽然可以用导数,但求导后 需对分子的符号进行进一步研究。那么换一个视角,从分式的特点可联想到直线的斜率,即y 是, lnx xx与定点1, 3连线的斜率,那么只需在坐标系 中作出 lnf xxx在2,4的图像与定点1, 3, 观察曲 线上的点与定点连线斜率的取值
16、范围即可 解:所求函数y是, lnx xx与定点1, 3连线的斜率 设 lnf xxx 1lnfxx ,当2,4x时, 0fx 恒成立 f x为增函数 22ln2,44ln48ln2ff 设曲线上两点2,2ln2 ,4,8ln2AB 定点1, 3C 8ln23 2ln23, 3 ACBC kk 8ln2 ,2ln23,1 3 BCAC ykk (2)思路: 2 22222 4210213yxxxxx,所以y可视为点 ,0 x到点 0,2 , 1,3距离和的取值范围。 结合图形可利用对称性 求出其最小值, 且当动点向x轴两侧运动时, 其距离和趋向无穷大, 进而得到值域。 解: 222 222 4
17、21002103yxxxxx y为动点,0P x到点0,2 ,1,3AB距离和,即yPAPB 作A点关于x轴的对称点 0, 2A 26PAPBPAPBAB (等号成立条件: ,P A B共线) 当x 或x 时,PAPB 函数的值域为 26, 小炼有话说:本题在选择点时要尽量让更少的点参与进来简化问题,所以要抓住两个距离共 同的特点(例如本题中都抓住含根式中的,0 x,所以找到了一个共同的动点,0 x) 答案: (1) 8ln2 2ln23,1 3 (2) 26, 3、函数单调性:如果一个函数为单调函数,则由定义域结合单调性(增、减)即可快速求出 函数的值域 (1)判断函数单调性的方法与结论:
18、增增增 减减减 1增减 若函数的符号恒正或恒负,则 1 增 减 复 合 函 数 单 调 性 : 复 合 函 数 yfg x 可 拆 成 ,yf ttg x, 则 若 ,yfttg x的单调性相同, 则 yfg x 单调递增; 若 ,yf ttg x的单调 性相反,则 yfg x 单调递减 利用导数:设图像不含水平线的函数 f x的导数 fx,则 0fxf x单增; 0fxf x单减 (2)在利用单调性求值域时,若定义域有一侧趋近于或,则要估计当+x 或 x 时,函数值是向一个常数无限接近还是也趋近于或(即函数图象是否有水平 渐近线) , ;同样若 f x的定义域抠去了某点或有一侧取不到边界,如
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