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第2章函数概念与基本初等函数Ⅰ第4节 幂函数与二次函数_2.2025数学总复习_赠品通用版(老高考)复习资料_一轮复习_2023年高考数学(文科)一轮复习(老高考通用版)

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文档文本内容

第 4 节 幂函数与二次函数
考试要求 1.了解幂函数的概念;结合函数y=x,y=x2,y=x3,y=x,y=的图
象,了解它们的变化情况;2.理解二次函数的图象和性质,能用二次函数、方程、
不等式之间的关系解决简单问题.
1.幂函数
(1)幂函数的定义
一般地,形如 y = x α 的函数称为幂函数,其中x是自变量,α为常数.
(2)常见的五种幂函数的图象
(3)幂函数的性质
①幂函数在(0,+∞)上都有定义;
②当α>0时,幂函数的图象都过点(1,1)和(0,0),且在(0,+∞)上单调递增;
③当α<0时,幂函数的图象都过点(1,1),且在(0,+∞)上单调递减.
2.二次函数
(1)二次函数解析式的三种形式
一般式:f(x)= ax 2 + bx + c ( a ≠ 0) .
顶点式:f(x)=a(x-m)2+n(a≠0),顶点坐标为 ( m , n ) .
零点式:f(x)=a(x-x )(x-x )(a≠0),x ,x 为f(x)的零点.
1 2 1 2
(2)二次函数的图象和性质
函数 y=ax2+bx+c(a>0) y=ax2+bx+c(a<0)图象(抛物
线)
定义域 R
值域
对称轴 x=-
顶点坐标
奇偶性 当b=0时是偶函数,当b≠0时是非奇非偶函数
在上是减函数; 在上是增函数;
单调性
在上是增函数 在上是减函数
1.二次函数的单调性、最值与抛物线的开口方向和对称轴及给定区间的范围有关.
2.若f(x)=ax2+bx+c(a≠0),则当时,恒有f(x)>0;当时,恒有f(x)<0.
3.(1)幂函数的图象一定会出现在第一象限内,一定不会出现在第四象限;
(2)幂函数的图象过定点(1,1),如果幂函数的图象与坐标轴相交,则交点一定是
原点.
1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)
(1)函数y=2x是幂函数.( )
(2)当α>0时,幂函数y=xα在(0,+∞)上是增函数.( )
(3)二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的两个零点可以确定函数的解析式.( )
(4)二次函数y=ax2+bx+c(x∈[a,b])的最值一定是.( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×
解析 (1)由于幂函数的解析式为f(x)=xα,故y=2x不是幂函数,(1)错误.
(3)确定二次函数的解析式需要三个独立的条件,两个零点不能确定函数的解析
式.
(4)对称轴x=-,当-不在给定定义域内时,最值不是,故(4)错误.
2.(2021·全国甲卷)下列函数中是增函数的为( )
A.f(x)=-x B.f(x)=
C.f(x)=x2 D.f(x)=
答案 D解析 取x =-1,x =0,对于A项有f(x )=1,f(x )=0,所以A项不符合题意;
1 2 1 2
对于B项有f(x )=,f(x )=1,所以B项不符合题意;对于 C项有f(x )=1,f(x )
1 2 1 2
=0,所以C项不符合题意.故选D.
3.(易错题)若函数 y=mx2+x+2 在[3,+∞)上是减函数,则 m 的取值范围是
________.
答案
解析 当m=0时,函数在给定区间上是增函数;当 m≠0时,二次函数的对称
轴为直线x=-,
依题意知∴m≤-.
4.(易错题)已知幂函数 f(x)=x-,若 f(a+1)<f(10-2a),则 a 的取值范围是
________.
答案 (3,5)
解析 ∵幂函数f(x)=x-在定义域(0,+∞)上单调递减,
∴由f(a+1)<f(10-2a),
得∴3<a<5.
5.(2018·上海卷)已知α∈,.若幂函数f(x)=xα为奇函数,且在(0,+∞)上递减,
则α=______.
答案 -1
解析 由y=xα为奇函数,知α取-1,1,3.
又y=xα在(0,+∞)上递减,
∴α<0,取α=-1.
6.已知函数 f(x)=-2x2+mx+3(0≤m≤4,0≤x≤1)的最大值为 4,则m的值为
________.
答案 2
解析 f(x)=-2x2+mx+3=-2++3,
∵0≤m≤4,∴0≤≤1,
∴当x=时,f(x)取得最大值,
∴+3=4,解得m=2.
考点一 幂函数的图象和性质1.若幂函数y=f(x)的图象过点(4,2),则幂函数y=f(x)的大致图象是( )
答案 C
解析 设幂函数的解析式为y=xα,
因为幂函数y=f(x)的图象过点(4,2),
所以2=4α,解得α=.
所以y=,其定义域为[0,+∞),且是增函数,当0<x<1时,其图象在直线y=x
的上方,对照选项,C正确.
2.若幂函数f(x)=(2b-1)xa
2-10a+23(a,b∈Z)为偶函数,且f(x)在(0,+∞)上是减
函数,则a,b的值分别为( )
A.2,1 B.4,1
C.5,1 D.6,1
答案 C
解析 由幂函数的定义得2b-1=1,∴b=1.
又∵a2-10a+23=(a-5)2-2,函数f(x)为偶函数且在(0,+∞)上为减函数,
∴(a-5)2-2<0,故a=4,5,6.
又(a-5)2-2为偶数,∴a=5.
3.如图是①y=xa;②y=xb;③y=xc在第一象限的图象,则a,b,c的大小关系
为( )
A.c<b<a B.a<b<c
C.b<c<a D.a<c<b
答案 D
解析 由幂函数的图象和单调性可知a<0,b>1,0<c<1,∴a<c<b.
4.(2021·郑州质检)幂函数f(x)=(m2-3m+3)xm的图象关于y轴对称,则实数m=________.
答案 2
解析 由幂函数定义,知m2-3m+3=1,解得m=1或m=2,
当m=1时,f(x)=x的图象不关于y轴对称,舍去,
当m=2时,f(x)=x2的图象关于y轴对称,
因此m=2.
5.若(a+1)-<(3-2a)-,则实数a的取值范围是________.
答案 (-∞,-1)∪
解析 不等式(a+1)-<(3-2a)-等价于a+1>3-2a>0 或 3-2a<a+1<0 或a+
1<0<3-2a,解得a<-1或<a<.
感悟提升 1.对于幂函数图象的掌握,需记住在第一象限内三条线分第一象限为
六个区域,即x=1,y=1,y=x所分区域.根据α<0,0<α<1,α=1,α>1的取值
确定位置后,其余象限部分由奇偶性决定.
2.在比较幂值的大小时,必须结合幂值的特点,选择适当的函数,借助其单调性
进行比较.
3.在区间(0,1)上,幂函数中指数越大,函数图象越靠近 x轴(简记为“指大图
低”),在区间(1,+∞)上,幂函数中指数越大,函数图象越远离x轴.
考点二 二次函数的解析式
例1 已知二次函数f(x)满足f(2)=-1,f(-1)=-1,且f(x)的最大值是8,试确定
该二次函数的解析式.
解 法一 (利用“一般式”)
设f(x)=ax2+bx+c(a≠0).
由题意得解得
∴所求二次函数的解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
法二 (利用“顶点式”)
设f(x)=a(x-m)2+n(a≠0).
因为f(2)=f(-1),
所以抛物线的对称轴为x==,所以m=.
又根据题意,函数有最大值8,所以n=8,
所以y=f(x)=a+8.因为f(2)=-1,所以a+8=-1,解得a=-4,
所以f(x)=-4+8=-4x2+4x+7.
法三 (利用“零点式”)
由已知f(x)+1=0的两根为x =2,x =-1,
1 2
故可设f(x)+1=a(x-2)(x+1)(a≠0),
即f(x)=ax2-ax-2a-1.
又函数有最大值8,即=8.
解得a=-4或a=0(舍).
故所求函数的解析式为f(x)=-4x2+4x+7.
感悟提升 求二次函数的解析式,一般用待定系数法,其关键是根据已知条件恰
当选择二次函数解析式的形式,一般选择规律如下:
训练1 (1)已知二次函数f(x)=ax2+bx+1(a,b∈R),x∈R,若函数f(x)的最小值
为f(-1)=0,则f(x)=________.
(2)已知二次函数f(x)的图象经过点(4,3),在x轴上截得的线段长为2,并且对任
意x∈R,都有f(2-x)=f(2+x),则f(x)=________.
答案 (1)x2+2x+1 (2)x2-4x+3
解析 (1)设函数f(x)的解析式为f(x)=a(x+1)2=ax2+2ax+a,
由已知f(x)=ax2+bx+1,
所以a=1,b=2a=2,故f(x)=x2+2x+1.
(2)因为f(2-x)=f(2+x)对x∈R恒成立,
所以y=f(x)的图象关于x=2对称.
又y=f(x)的图象在x轴上截得的线段长为2,
所以f(x)=0的两根为2-=1或2+=3.
所以二次函数f(x)与x轴的两交点坐标为(1,0)和(3,0).
因此设f(x)=a(x-1)(x-3).又点(4,3)在y=f(x)的图象上,
所以3a=3,则a=1.
故f(x)=(x-1)(x-3)=x2-4x+3.
考点三 二次函数的图象和性质
角度1 二次函数的图象
例2 (1)二次函数y=ax2+bx+c的图象如图所示.则下列结论正确的是______(填
序号).
①b2>4ac;②c>0;③ac>0;④b<0;⑤a-b+c<0.
(2)设函数f(x)=x2+x+a(a>0),若f(m)<0,则( )
A.f(m+1)≥0 B.f(m+1)≤0
C.f(m+1)>0 D.f(m+1)<0
答案 (1)①②⑤ (2)C
解析 (1)由题图知,a<0,->0,c>0,
∴b>0,ac<0,
故②正确,③④错误.
又函数图象与x轴有两交点,
∴Δ=b2-4ac>0,故①正确;
又由题图知f(-1)<0,即a-b+c<0,故⑤正确.
(2)因为f(x)的对称轴为x=-,f(0)=a>0,
所以f(x)的大致图象如图所示.
由f(m)<0,得-1<m<0,
所以m+1>0>-,
所以f(m+1)>f(0)>0.
角度2 二次函数的单调性与最值例3 (1)函数f(x)=ax2+(a-3)x+1在区间[-1,+∞)上单调递减,则实数a的取
值范围是( )
A.[-3,0) B.(-∞,-3]
C.[-2,0] D.[-3,0]
答案 D
解析 当a=0时,f(x)=-3x+1在[-1,+∞)上单调递减,满足题意.
当a≠0时,f(x)的对称轴为直线x=,
由f(x)在[-1,+∞)上单调递减,知解得-3≤a<0.
综上,a的取值范围为[-3,0].
(2)(2021·西安模拟)已知f(x)=ax2-2x(0≤x≤1),求f(x)的最小值.
解 ①当a=0时,f(x)=-2x在[0,1]上递减,
∴f(x) =f(1)=-2.
min
②当a>0时,f(x)=ax2-2x图象开口方向向上,且对称轴为x=.
(ⅰ)当≤1,即a≥1时,f(x)=ax2-2x图象的对称轴在[0,1]内,
∴f(x)在上递减,在上递增.
∴f(x) =f=-=-.
min
(ⅱ)当>1,即0<a<1时,f(x)=ax2-2x图象的对称轴在[0,1]的右侧,
∴f(x)在[0,1]上递减.
∴f(x) =f(1)=a-2.
min
③当a<0时,f(x)=ax2-2x的图象的开口方向向下,且对称轴 x=<0,在y轴的
左侧,
∴f(x)=ax2-2x在[0,1]上递减.
∴f(x) =f(1)=a-2.
min
综上所述,f(x) =
min
感悟提升 1.闭区间上二次函数最值问题的解法:抓住“三点一轴”数形结合,
三点是指区间两个端点和中点,一轴指的是对称轴,结合图象,根据函数的单调
性及分类讨论的思想求解.
2.二次函数在闭区间上的最值主要有三种类型:轴定区间定、轴动区间定、轴定
区间动.无论哪种类型,解题的关键都是图象的对称轴与区间的位置关系,当含
有参数时,要依据图象的对称轴与区间的位置关系进行分类讨论.角度3 二次函数中的恒成立问题
例4 (1)已知a是实数,函数f(x)=2ax2+2x-3在x∈[-1,1]上恒小于零,则实
数a的取值范围是________.
(2)函数f(x)=a2x+3ax-2(a>1),若在区间[-1,1]上f(x)≤8恒成立,则实数a的
最大值为________.
答案 (1) (2)2
解析 (1)由题意知2ax2+2x-3<0在[-1,1]上恒成立,
当x=0时,-3<0,符合题意,a∈R;
当x≠0时,a<-,
因为∈(-∞,-1]∪[1,+∞),
所以当x=1时,不等号右边式子取最小值,
所以a<.
综上, 实数a的取值范围是.
(2)令ax=t,因为a>1,x∈[-1,1],
所以≤t≤a,
原函数化为g(t)=t2+3t-2,t∈,
显然g(t)在上单调递增,
所以f(x)≤8恒成立,即g(t) =g(a)≤8成立,
max
所以有a2+3a-2≤8,解得-5≤a≤2,
又a>1,所以1<a≤2,所以a的最大值为2.
感悟提升 由不等式恒成立求参数取值范围的思路及关键
(1)一般有两个解题思路:一是分离参数;二是不分离参数.
(2)两种思路都是将问题归结为求函数的最值,至于用哪种方法,关键是看参数
是否易分离.其中分离参数的依据是:a≥f(x)恒成立⇔a≥f(x) ,a≤f(x)恒成立
max
⇔a≤f(x) .
min
训练2 (1)(2021·长春五校联考)已知二次函数f(x)满足f(3+x)=f(3-x),若f(x)在
区间[3,+∞)上单调递减,且f(m)≥f(0)恒成立,则实数m的取值范围是( )
A.(-∞,0] B.[0,6]
C.[6,+∞) D.(-∞,0]∪[6,+∞)
(2)(2022·泰安调研)当x∈(0,+∞)时,ax2-3x+a≥0恒成立,则实数a的取值范围是________.
答案 (1)B (2)
解析 (1)设f(x)=ax2+bx+c(a,b,c∈R,且a≠0),
∵f(3+x)=f(3-x),
∴a(3+x)2+b(3+x)+c=a(3-x)2+b(3-x)+c,
∴x(6a+b)=0,∴6a+b=0,
∴f(x)=ax2-6ax+c=a(x-3)2-9a+c.
又∵f(x)在区间[3,+∞)上单调递减,
∴a<0,∴f(x)的图象是以直线x=3为对称轴,开口向下的抛物线,
∴由f(m)≥f(0)恒成立,得0≤m≤6,
∴实数m的取值范围是[0,6].
(2)由ax2-3x+a≥0,得a≥=,x∈(0,+∞),
故x+≥2,当x=1时等号成立,
∴y=≤,故a≥.
(3)设函数f(x)=x2-2x+2,x∈[t,t+1],t∈R,求函数f(x)的最小值.
解 f(x)=x2-2x+2=(x-1)2+1,x∈[t,t+1],t∈R,函数图象的对称轴为x=
1.
当t+1≤1,即t≤0时,函数图象如图(1)所示,函数f(x)在区间[t,t+1]上为减
函数,
所以最小值为f(t+1)=t2+1;
当t<1<t+1,即0<t<1时,函数图象如图(2)所示,在对称轴x=1处取得最小值,
最小值为f(1)=1;
当t≥1时,函数图象如图(3)所示,函数f(x)在区间[t,t+1]上为增函数,
所以最小值为f(t)=t2-2t+2.
综上可知,当t≤0时,f(x) =t2+1,
min
当0<t<1时,f(x) =1,
min当t≥1时,f(x) =t2-2t+2.
min
1.若f(x)是幂函数,且满足=3,则f=( )
A.3 B.-3 C. D.-
答案 C
解析 设f(x)=xα,则=2α=3,
∴f==.
2.若函数f(x)=(m2-m-1)xm是幂函数,且其图象与坐标轴无交点,则f(x)( )
A.是偶函数
B.是定义域内的减函数
C.是定义域内的增函数
D.在定义域内没有最小值
答案 D
解析 幂函数f(x)=(m2-m-1)xm的图象与坐标轴无交点,可得 m2-m-1=1,
且m≤0,解得m=-1,则函数f(x)=x-1是奇函数,在定义域上不是减函数,且
无最值.
3.(2021·河南名校联考)函数y=1-|x-x2|的图象大致是( )
答案 C
解析 ∵当0≤x≤1时,y=x2-x+1=+,
又当x>1或x<0时,y=-x2+x+1=-+,因此,结合图象,选项C正确.
4.(2021·西安检测)已知函数f(x)=x-3,若a=f(0.60.6),b=f(0.60.4),c=f(0.40.6),则a,b,c的大小关系是( )
A.a<c<b B.b<a<c
C.b<c<a D.c<a<b
答案 B
解析 ∵0.40.6<0.60.6<0.60.4,又y=f(x)=x-3在(0,+∞)上是减函数,∴b<a<c.
5.若二次函数y=kx2-4x+2在区间[1,2]上是单调递增函数,则实数k的取值范
围是( )
A.[2,+∞) B.(2,+∞)
C.(-∞,0) D.(-∞,2)
答案 A
解析 二次函数y=kx2-4x+2图象的对称轴为直线x=,当k>0时,要使函数y
=kx2-4x+2在区间[1,2]上是增函数,只需≤1,解得k≥2;当k<0时,<0,
此时抛物线的对称轴在区间[1,2]的左侧,则函数y=kx2-4x+2在区间[1,2]上
是减函数,不符合要求.综上可得实数k的取值范围是[2,+∞).
6.幂函数y=xα,当α取不同的正数时,在区间[0,1]上它们的图象是一组美丽的
曲线(如图),设点A(1,0),B(0,1),连接AB,线段AB恰好被其中的两个幂函
数y=xa,y=xb的图象三等分,即有BM=MN=NA,那么a-=( )
A.0 B.1 C. D.2
答案 A
解析 BM=MN=NA,点A(1,0),B(0,1),
所以M,N,
将两点坐标分别代入y=xa,y=xb,
得a=log,b=log,
∴a-=log-=0.
7.已知函数f(x)=x2+mx-1,若对于任意x∈[m,m+1],都有f(x)<0成立,则实
数m的取值范围是________.答案
解析 因为函数图象开口向上,
所以根据题意只需满足
解得-<m<0.
8.(2021·青岛联考)已知函数f(x)=x2-2ax+b(a>1)的定义域和值域都为[1,a],则
b=________.
答案 5
解析 f(x)=x2-2ax+b的图象关于x=a对称,
所以f(x)在[1,a]上为减函数,
又f(x)的值域为[1,a],
所以
消去b,得a2-3a+2=0,解得a=2(a>1),
从而得b=3a-1=5.
9.设函数f(x)=ax2-2x+2,对于满足1<x<4的一切x的值都有f(x)>0,则实数
a的取值范围为________.
答案
解析 由题意得a>-对1<x<4恒成立,
又-=-2+,<<1,
∴=,∴a>.
10.已知函数f(x)=ax2+bx+1(a,b为实数,a≠0,x∈R).
(1)若函数f(x)的图象过点(-2,1),且方程f(x)=0有且只有一个根,求f(x)的表
达式;
(2)在(1)的条件下,当x∈[3,5]时,g(x)=f(x)-kx是单调函数,求实数k的取值
范围.
解 (1)因为f(-2)=1,
即4a-2b+1=1,所以b=2a.
因为方程f(x)=0有且只有一个根,
所以Δ=b2-4a=0.
所以4a2-4a=0,所以a=1,b=2.
所以f(x)=x2+2x+1.(2)g(x)=f(x)-kx=x2+2x+1-kx=x2-(k-2)x+1=+1-.
由g(x)的图象知,要满足题意,
则≥5或≤3,即k≥12或k≤8,
所以所求实数k的取值范围为(-∞,8]∪[12,+∞).
11.已知二次函数f(x)满足f(x+1)-f(x)=2x,且f(0)=1.
(1)求f(x)的解析式;
(2)当x∈[-1,1]时,函数y=f(x)的图象恒在函数y=2x+m的图象的上方,求实
数m的取值范围.
解 (1)设f(x)=ax2+bx+c(a≠0),
由f(x+1)-f(x)=2x,得2ax+a+b=2x.
所以,2a=2且a+b=0,解得a=1,b=-1,
又f(0)=1,所以c=1.
因此f(x)的解析式为f(x)=x2-x+1.
(2)因为当x∈[-1,1]时,y=f(x)的图象恒在y=2x+m的图象上方,
所以在[-1,1]上,x2-x+1>2x+m恒成立;
即x2-3x+1>m在区间[-1,1]上恒成立.
所以令g(x)=x2-3x+1=-,
因为g(x)在[-1,1]上的最小值为g(1)=-1,所以m<-1.
故实数m的取值范围为(-∞,-1).
12.已知在(-∞,1]上递减的函数f(x)=x2-2tx+1,且对任意的x ,x ∈[0,t+
1 2
1],总有|f(x )-f(x )|≤2,则实数t的取值范围是( )
1 2
A.[-,] B.[1,]
C.[2,3] D.[1,2]
答案 B
解析 由于f(x)=x2-2tx+1的图象的对称轴为x=t,
又y=f(x)在(-∞,1]上是减函数,
所以t≥1.
则在区间[0,t+1]上,f(x) =f(0)=1,
max
f(x) =f(t)=t2-2t2+1=-t2+1,
min要使对任意的x ,x ∈[0,t+1],都有|f(x )-f(x )|≤2,
1 2 1 2
只需1-(-t2+1)≤2,解得-≤t≤.
又t≥1,∴1≤t≤.
13.(2022·太原调研)对于问题:当x>0时,均有[(a-1)x-1](x2-ax-1)≥0,求实
数a的所有可能值.几位同学提供了自己的想法.
甲:解含参不等式,其解集包含正实数集;
乙:研究函数y=[(a-1)x-1](x2-ax-1);
丙:分别研究两个函数y =(a-1)x-1与y =x2-ax-1;
1 2
丁:尝试能否参变量分离研究最值问题.
你可以选择其中某位同学的想法,也可以用自己的想法,可以得出的正确答案为
______.
答案
解析 选丙.画出y =x2-ax-1的草图,y =x2-ax-1过定点C(0,-1).
2 2
∴y =x2-ax-1与x轴有两个交点,且两交点在原点两侧,
2
又y =(a-1)x-1也过定点C(0,-1),
1
故直线y =(a-1)x-1只有过点A,C才满足题意,
1
∴a-1>0,即a>1,
令y =0得x=,
1
将点代入y =x2-ax-1,
2
即--1=0,
解得a=0(舍)或a=.
14.已知函数f(x)=x2+(2a-1)x-3.
(1)当a=2,x∈[-2,3]时,求函数f(x)的值域;
(2)若函数f(x)在[-1,3]上的最大值为1,求实数a的值.
解 (1)当a=2时,f(x)=x2+3x-3,x∈[-2,3],
函数图象的对称轴为直线x=-∈[-2,3],
∴f(x) =f=--3=-,
minf(x) =f(3)=15,
max
∴f(x)的值域为.
(2)函数图象的对称轴为直线x=-.
①当-≤1,即a≥-时,f(x) =f(3)=6a+3,
max
∴6a+3=1,即a=-,满足题意;
②当->1,即a<-时,
f(x) =f(-1)=-2a-1,
max
∴-2a-1=1,即a=-1,满足题意.
综上可知,a=-或-1.