2023年高考一轮复习第四节 二次函数与幂函数 学案

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2023年高考一轮复习第四节 二次函数与幂函数 学案

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第四节 二次函数与幂函数
教学目标:
1.通过具体实例,结合y=x,y=,y=x2,y=,y=x3的图象,理解它们的变化规律,了解幂函数.
2.掌握二次函数的图象和性质.能利用二次函数、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,函数y=xα叫做幂函数,其中x是自变量,α是常数.
(2)5个常见幂函数的图象与性质
函数 y=x y=x2 y=x3 y=x y=x-1
定义域 R R R {x|x≥0} {x|x≠0}
值域 R {y|y≥0} R {y|y≥0} {y|y≠0}
奇偶性 奇函数 奇函数 非奇非偶函数 奇函数
单调性 在R上单调递增 在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增 在R上单调递增 在(0,+∞) 上单调递增 在(-∞,0)和(0,+∞)上单调递减
过定点 (0,0),(1,1) (1,1)
2.二次函数
(1)二次函数解析式的三种形式
一般式 f(x)=ax2+bx+c(a≠0),图象的对称轴是x=-,顶点坐标是
顶点式 f(x)=a(x-m)2+n(a≠0),图象的对称轴是x=m,顶点坐标是(m,n)
零点式 f(x)=a(x-x1)(x-x2)(a≠0),其中x1,x2是方程ax2+bx+c=0的两根,图象的对称轴是x=
(2)二次函数的图象与性质
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
单调性 在上是减函数,在eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(-,+∞))上是增函数 在上是增函数,在eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(-,+∞))上是减函数
幂函数的图象和性质
1.(人教A版必修第一册P91·T1改编)已知幂函数f(x)的图象过点,则f(4)的值是(  )
A.64 B.4 C. D.
答案:D
2.若一次函数y=ax+b的图象经过二、三、四象限,则二次函数y=ax2+bx的图象可能是(  )
解析:选C 因为一次函数y=ax+b的图象经过二、三、四象限,所以a<0,b<0,所以二次函数y=ax2+bx的图象开口向下,对称轴x=-<0,且过原点,所以A、B、D不正确.
3.已知函数f(x)=x2-6x+8,x∈[1,a]的最小值为f(a),则实数a的取值范围是________.
解析:x∈[1,a],根据区间的定义可知a>1.∵函数f(x)=x2-6x+8=(x-3)2-1,x∈[1,a],并且函数f(x)的最小值为f(a),又函数f(x)在对称轴x=3左侧单调递减,右侧单调递增,∴1答案:(1,3]
4.(人教A版必修第一册P91·T2改编)已知a=0.40.3,b=0.30.3,c=0.30.4,则a,b,c的大小关系是______.(用“<”连接)
解析:由指数函数,幂函数的单调性可知0.30.4<0.30.3,0.40.3>0.30.3,即c答案:c层级一/ 基础点——自练通关(省时间)
基础点(一) 幂函数的图象与性质 
[题点全训]
1.已知幂函数f(x)=mxn的图象过点(,2),设a=f(m),b=f(n),c=f(ln 2),则(  )
A.cC.b解析:选B 因为函数f(x)=mxn为幂函数,故m=1.因为函数f(x)=mxn的图象过点(,2),所以()n=2,解得n=3.故函数f(x)=x3,则函数f(x)为增函数,因为n>m>ln 2,故c2.幂函数y=x(m∈Z)的图象如图所示,则m的值为(  )
A.-1 B.0
C.1 D.2
解析:选C 从图象上看,由于图象不过原点,且在第一象限下降,故m2-2m-3<0,即-1<m<3.又从图象看,函数是偶函数,故m2-2m-3为负偶数,将m=0,1,2分别代入,可知当m=1时,m2-2m-3=-4,满足要求.
3.若幂函数y=x-1,y=xm与y=xn在第一象限内的图象如图所示,则m与n的取值情况为(  )
A.-1B.-1C.-1D.-1解析:选D 幂函数y=xα,当α>0时,y=xα在(0,+∞)上为增函数,且0<α<1时,图象上凸,所以04.若(a+1)<(3-2a),则实数a的取值范围是________.
解析:易知函数y=x的定义域为[0,+∞),在定义域内为增函数,所以解得-1≤a<.
答案:
[一“点”就过]
(1)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.
(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,准确掌握各个幂函数的图象和性质是解题的关键.
基础点(二) 求二次函数的解析式 
[题点全训]
1.已知y=f(x)为二次函数,若y=f(x)在x=2处取得最小值-4,且y=f(x)的图象经过原点,则函数解析式为________.
解析:因为y=f(x)在x=2处取得最小值-4,所以可设f(x)=a(x-2)2-4(a>0),又图象过原点,所以f(0)=4a-4=0,a=1,所以f(x)=(x-2)2-4=x2-4x.
答案:f(x)=x2-4x
2.已知抛物线y=ax2+bx+c满足以下条件:图象与x轴交于(-2,0),(4,0)两点,且过点,则函数解析式为________.
解析:设函数解析式为y=a(x+2)(x-4),则-=a(1+2)(1-4),解得a=.故所求函数的解析式为y=(x+2)(x-4),即y=x2-x-4.
答案:y=x2-x-4
3.已知二次函数f(x)的图象经过点(4,3),它在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),求函数f(x)的解析式.
解:∵f(2-x)=f(2+x)对x∈R恒成立,∴f(x)的对称轴为x=2.又∵f(x)的图象被x轴截得的线段长为2,∴f(x)=0的两根为1和3.设f(x)的解析式为f(x)=a(x-1)(x-3)(a≠0).又∵f(x)的图象经过点(4,3),∴3a=3,a=1.∴所求f(x)的解析式为f(x)=(x-1)(x-3),即f(x)=x2-4x+3.
[一“点”就过]
求二次函数解析式的方法
根据已知条件确定二次函数解析式,一般用待定系数法,选择规律如下:
层级二/ 重难点——逐一精研(补欠缺)
重难点(一) 二次函数的图象及应用 
[典例] (1)(2022·临沂模拟)(多选)二次函数y=ax2+bx+c的图象如图所示,则下列结论正确的是(  )
A.b=-2a
B.a+b+c<0
C.a-b+c>0
D.abc<0
(2)(多选)设函数f(x)=x2+x+a(a>0),若f(m)<0,则下列不等式正确的是(  )
A.f(m+1)>0 B.f(m+1)<0
C.f(-2-m)>0 D.f(-2-m)<0
[解析] (1)根据对称轴x=-=1得到b=-2a,A正确;当x=1时,y=a+b+c>0,B错误;当x=-1时,y=a-b+c<0,C错误;函数图象开口向下,所以a<0,b=-2a>0,当x=0时,y=c>0,故abc<0,D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,f(-2-m)=f(m+1)>0,故选A、C.
[答案] (1)AD (2)AC
[方法技巧] 识别二次函数图象应学会“三看”
[针对训练]
1.(多选)函数f(x)=ax2+2x+1与g(x)=xa在同一坐标系中的图象可能为(  )
解析:选ACD 当a<0时,g(x)=xa为奇函数,定义域为{x|x≠0},且在(0,+∞)上递减,而f(x)=ax2+2x+1的图象开口向下,对称轴为x=->0,f(0)=1,故A符合;当a=2n(n∈N*)时,g(x)=xa为偶函数,且在(0,+∞)上递增,f(x)=ax2+2x+1的图象开口向上,且对称轴为x=-<0,Δ=4-4a<0,其图象和x轴没有交点,故D符合;当a=(n∈N*)时,函数g(x)=xa的定义域为[0,+∞),且在[0,+∞)上递增,f(x)=ax2+2x+1的图象开口向上,且对称轴为x=-<0,Δ=4-4a>0,图象和x轴有两个交点,故C符合.B明显不符合题意,故选A、C、D.
2.已知函数f(x)=-x2+4x,x∈[m,5]的值域是[-5,4],则实数m的取值范围是(  )
A.(-∞,-1) B.(-1,2]
C.[-1,2] D.[2,5]
解析:选C 二次函数f(x)=-x2+4x的图象是开口向下的抛物线.最大值为4,且在x=2处取得,而当x=5或x=-1时,f(x)=-5.结合函数f(x)图象可知m的取值范围是[-1,2].
重难点(二) 二次函数的性质及应用 
[典例] 已知函数f(x)=x2+2ax+3,x∈[-4,6].
(1)求使y=f(x)在区间[-4,6]上是单调函数的实数a的取值范围;
(2)当a=-1时,求f(|x|)的单调区间.
[解] (1)函数f(x)=x2+2ax+3的图象的对称轴为直线x=-=-a,要使f(x)在[-4,6]上为单调函数,只需-a≤-4或-a≥6,解得a≥4或a≤-6.故a的取值范围是(-∞,-6]∪[4,+∞).
(2)当a=-1时,f(|x|)=x2-2|x|+3
=结合f(|x|)的图象(图略)易知f(|x|)的单调递减区间是[-4,-1)和(0,1),单调递增区间是[-1,0]和[1,6].
解决二次函数图象与性质问题的2个注意点
(1)抛物线的开口方向、对称轴位置、定义区间三者相互制约,常见的题型中这三者有两定一不定,要注意分类讨论.
(2)要注意数形结合思想的应用,尤其是结合二次函数在该区间上的单调性或图象求解.  
[针对训练]
1.如果函数f(x)=x2+px+q对任意的x均有f(1+x)=f(1-x),那么f(0),f(-1),f(1)的大小关系是(  )
A.f(1)B.f(1)C.f(0)D.f(-1)解析:选B ∵函数f(x)=x2+px+q对任意的x均有f(1+x)=f(1-x),∴函数f(x)=x2+px+q的图象开口向上,且以直线x=1为对称轴,∴函数f(x)在(-∞,1]上为减函数,∴f(1)2.已知f(x)=x2+2(a-2)x+4,如果对x∈[-3,1],f(x)>0恒成立,则实数a的取值范围为________.
解析:因为f(x)=x2+2(a-2)x+4的对称轴为x=-(a-2),且对x∈[-3,1],f(x)>0恒成立,所以讨论对称轴与区间[-3,1]的位置关系,得或或解得a∈ 或1≤a<4或-<a<1,所以a的取值范围为.
答案:
求含参二次函数的最值时不能忽视对称轴
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[典例] 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)min=f(1)=-2.
(2)当a>0时,f(x)=ax2-2x图象开口向上,且对称轴为直线x=.
①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)min=f=-=-.
②当>1,即0(3)当a<0时,f(x)=ax2-2x的图象开口向下,且对称轴x=<0,∴f(x)在[0,1]上递减.∴f(x)min=f(1)=a-2.综上所述,f(x)min=
(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.  
[针对训练]
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直线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)min=t2+1;当0层级三/ 细微点——优化完善(扫盲点)
一、全面清查易错易误点
1.(忽视对二次项系数的讨论)若函数f(x)=ax2+2ax+1在[-1,2]上有最大值4,则a的值为(  )
A. B.-3 C.或-3 D.4
解析:选C 由题意得f(x)=a(x+1)2+1-a.①当a=0时,函数f(x)在区间[-1,2]上的值为常数1,不符合题意,舍去;②当a>0时,函数f(x)在区间[-1,2]上是增函数,最大值为f(2)=8a+1=4,解得a=;③当a<0时,函数f(x)在区间[-1,2]上是减函数,最大值为f(-1)=1-a=4,解得a=-3.综上可知,a的值为或-3.
2.(忽视幂函数的定义域)已知幂函数f(x)=x,若f(a+1)解析:∵f(x)=x=(x>0),且在(0,+∞)上是减函数,∴解得3<a<5.
答案:(3,5)
二、融会贯通应用创新题
3.(体现数学应用)某公司在甲、乙两地销售同一种农产品,利润(单位:万元)分别为y1=5x-x2,y2=3x,其中x为销售量(单位:吨).若该公司在这两地共销售10吨农产品,则能获得的最大利润为________万元.
解析:设在甲地销售t吨,则在乙地销售(10-t)吨,利润为y=5t-t2+3(10-t)=-t2+2t+30=-(t-4)2+34≤34,又 0≤t≤10且t∈Z,故当t=4时,能获得的最大利润为34万元.
答案:34
4.(结合新定义问题)定义:如果函数f(x)在[a,b]上存在x1,x2(a解析:由题意,知f′(x)=x2-x在[0,m]上存在x1,x2(0答案:
5.(创新考查方式)如图,正方形OABC的边长为a(a>1),函数y=3x2的图象交AB于点Q,函数y=x的图象交BC于点P,则当|AQ|+|CP|最小时,a的值为________.
解析:依题意得Q,P,则|AQ|+|CP|=+=+,记=t(t>1),f(t)=|AQ|+|CP|,则f(t)=+≥2,当且仅当=,即t2=时取等号,此时a=.
答案:
6.(强化开放思维)已知二次函数f(x),能说明“若f(0)答案:f(x)=(x-1)2(答案不唯一)
[课时验收评价]
一、点全面广强基训练
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(  )
解析:选C 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02.(多选)已知点在幂函数f(x)=(a-1)xb的图象上,则函数f(x)是(  )
A.奇函数 B.(0,+∞)上的增函数
C.偶函数 D.(0,+∞)上的减函数
解析:选AD 由题意得a-1=1,且=ab,因此a=2,且b=-1,故f(x)=x-1是奇函数,且在(0,+∞)上是减函数.
3.若幂函数f(x)=(m2-2m-2)x在(0,+∞)上是减函数,则实数m的值是(  )
A.-1或3 B.3 C.-1 D.0
解析:选B 因为幂函数f(x)=(m2-2m-2)·x在(0,+∞)上是减函数,所以由m2-2m-2=1,得m=-1或m=3.当m=-1时,-m2+m+3=-1-1+3=1>0,所以m=-1舍去;当m=3时,-m2+m+3=-9+3+3=-3<0,所以m=3,故选B.
4.(多选)在同一平面直角坐标系中,函数f(x)=ax2+x+1和函数g(x)=ax+1的图象可能是(  )
解析:ABD 若a=0,则f(x)=x+1,g(x)=1,A符合;若a<0,则f(x)的图象开口向下,过点(0,1),对称轴的方程为x=-,g(x)的图象过点(0,1)和,且-<-,B符合;若0-,C不符合;若a>,则f(x)的图象开口向上,与x轴没有交点,过点(0,1),对称轴的方程为x=-,g(x)的图象过点(0,1)和,且->-,D符合.
5.(多选)已知函数f(x)=x2-2(a-1)x+a,若对于区间[-1,2]上的任意两个不相等的实数x1,x2,都有f(x1)≠f(x2),则实数a的取值范围可以是(  )
A.(-∞,0] B.[0,3]
C.[-1,2] D.[3,+∞)
解析:选AD 二次函数f(x)=x2-2(a-1)x+a图象的对称轴为直线x=a-1,∵对于任意x1,x2∈[-1,2]且x1≠x2,都有f(x1)≠f(x2),即f(x)在区间[-1,2]上是单调函数,∴a-1≤-1或a-1≥2,解得a≤0或a≥3,即实数a的取值范围为(-∞,0]∪[3,+∞).
6.已知f(x)是二次函数且f(0)=2,f(x+1)-f(x)=x-1,则f(x)=________.
解析:因为f(x)是二次函数且f(0)=2,所以设f(x)=ax2+bx+2(a≠0).又因为f(x+1)-f(x)=x-1,所以a(x+1)2+b(x+1)+2-(ax2+bx+2)=x-1,整理得(2a-1)x+a+b+1=0,所以解得a=,b=-,所以f(x)=x2-x+2.
答案:x2-x+2
7.给出下列结论:
①(-2)=(-2);
②y=x2+1,x∈[-1,2],y的值域是[2,5];
③幂函数的图象一定不过第四象限;
④函数y=ax+1-2(a>0,a≠1)的图象过定点(-1,-1).
其中正确结论的序号是________.
解析:对于①,(-2)===2,(-2)==-=-2,故①不正确;对于②,y=x2+1,x∈[-1,2],y的值域是[1,5],故②不正确;③显然正确;对于④,由x+1=0得x=-1,y=1-2=-1,所以函数y=ax+1-2(a>0,a≠1)的图象过定点(-1,-1),故④正确.
答案:③④
8.(2021·浙江金华东阳中学模拟)已知函数f(x)=ax2+(a-3)x+1.若f(x)在[-1,+∞)上单调递减,则实数a的取值范围是________;若函数f(x)在[1,2]上的最小值为2,则a的值为________.
解析:函数f(x)=ax2+(a-3)x+1在区间[-1,+∞)上单调递减,当a=0时,f(x)=-3x+1在R上单调递减,所以满足条件;当a<0时,函数f(x)图象开口向下,若f(x)在区间[-1,+∞)上单调递减,只需满足-≤-1,解得-3≤a<0;当a>0时,函数图象开口向上,可知不满足条件.综上可知实数a的取值范围是[-3,0].当a=0时,f(x)=-3x+1在R上单调递减,故函数f(x)在[1,2]上的最小值为f(2)=-5≠2,所以不满足条件;当a<0时,函数f(x)的对称轴为x=-<0,所以函数f(x)在区间[1,2]上单调递减,故最小值为f(2)=4a+2a-6+1=2,解得a=,不满足条件;当a>0时,分三种情况进行讨论:①当x=-≤1,即a≥1时,函数f(x)在[1,2]上单调递增,函数f(x)的最小值为f(1)=a+a-3+1=2,解得a=2,成立.②当x=-≥2,即0答案:[-3,0] 2
9.若(2m+1)>(m2+m-1),则实数m的取值范围是________.
解析:因为函数y=x的定义域为[0,+∞),且在定义域内为增函数,所以不等式等价于
解得即≤m<2.
答案:
10.已知a∈R,函数f(x)=x2-2ax+5.
(1)若a>1,且函数f(x)的定义域和值域均为[1,a],求实数a的值;
(2)若不等式x|f(x)-x2|≤1对x∈恒成立,求实数a的取值范围.
解:(1)因为f(x)=x2-2ax+5的图象的对称轴为x=a(a>1),所以f(x)在[1,a]上为减函数,所以f(x)的值域为[f(a),f(1)].又已知值域为[1,a],所以解得a=2.
(2)由x|f(x)-x2|≤1,得-+≤a≤+ (*).令=t,t∈[2,3],则(*)可化为-t2+t≤a≤t2+t.记g(t)=-t2+t=-2+,则g(t)max=g=,所以a≥;记h(t)=t2+t=2-,则h(t)min=h(2)=7,所以a≤7,综上所述,≤a≤7.所以实数a的取值范围是.
二、重点难点培优训练
1.已知点在幂函数f(x)=xn的图象上,设a=f,b=f(ln π),c=f,则a,b,c的大小关系为(  )
A.bC.b解析:选C 因为点在函数f(x)的图象上,所以=2n,解得n=-3,所以f(x)=x-3,易知当x>0时,f(x)单调递减.因为<<1,ln π>ln e=1,所以f>f>f(ln π),即a>c>b,故选C.
2.(多选)已知f(x)=x2-2kx+3k2-3k+1(k∈R),则下列命题中正确的是(  )
A.对任意实数x,存在k,使得f(x)>0
B.对任意k,存在实数x,使得f(x)>0
C.对任意实数k,x,均有f(x)>0成立
D.对任意实数k,x,均有f(x)<0成立
解析:选AB 令f(x)=x2-2kx+3k2-3k+1=0,记Δ=(-2k)2-4(3k2-3k+1)=-4(2k-1)(k-1),因为f(x)为开口向上的二次函数,所以对任意k,总存在x使得f(x)>0,故B正确,D错误;因为当k∈∪(1,+∞)时,Δ=-4(2k-1)(k-1)<0,所以方程x2-2kx+3k2-3k+1=0无解,所以f(x)>0恒成立,故A正确;因为当k∈时,Δ=-4(2k-1)(k-1)≥0,所以方程x2-2kx+3k2-3k+1=0有一根或两根,所以对任意x,f(x)>0不恒成立,故C错误.
3.设函数f(x)的定义域为R,满足3f(x)=f(x+1),且当x∈(0,1]时,f(x)=x2-x,若对任意x∈(-∞,a],都有f(x)≥-,则实数a的取值范围是(  )
A. B.
C.(-∞,2] D.(-∞,3]
解析:选A 因为f(x)=x2-x对称轴为直线x=,所以当x∈(0,1]时,f(x)=x2-x的最小值为-;当x∈(-1,0]时,x+1∈(0,1],f(x+1)=(x+1)2-(x+1),由3f(x)=f(x+1)知,f(x)=f(x+1)=[(x+1)2-(x+1)],其最小值为-;同理,当x∈(1,2]时,f(x)=3[(x-1)2-(x-1)],其最小值为-;当x∈(2,3]时,f(x)=9[(x-2)2-(x-2)],其最小值为-.作出函数f(x)的简图,
因为-<-<-,所以要使f(x)≥-,则有9[(x-2)2-(x-2)]≥-,解得x≤或x≥.要使对任意x∈(-∞,a],都有f(x)≥-,则实数a的取值范围是.

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