高一数学 第8讲 幂函数与二次函数 学案 (pdf版,学生版+教师版)

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高一数学 第8讲 幂函数与二次函数 学案 (pdf版,学生版+教师版)

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第八讲 幂函数与二次函数
【知识梳理】
1.幂函数
(1)幂函数的定义
一般地,函数 叫做幂函数,其中 x是自变量,α是常数.
(2)五个幂函数的图象
(3)五个幂函数的性质
1
y -=x y=x2 y=x3 y x 2 y=x
1
定义域
值域
奇偶性
单调性
公共点
(4)一般幂函数的图象特征
①所有的幂函数在(0,+∞)上都有定义,并且图象都过点 .
②当α>0时,幂函数的图象通过 ,并且在区间[0,+∞)上是增函数.特别地,当α>1
时,幂函数的图象 ;当 0<α<1时,幂函数的图象 .
③当 时,幂函数的图象在区间(0,+∞)上是减函数.
④幂指数互为倒数的幂函数在第一象限内的图象关于直线 y=x对称.
⑤在第一象限,作直线 x=a(a>1),它同各幂函数图象相交,按交点从下到上的顺序,幂指数
按从 到 的顺序排列.
2.二次函数的图象和性质
解析式 f(x)=ax2+bx+c(a>0) f(x)=ax2+bx+c(a<0)
图象
定义域
值域
单调性
对称性
【基础自测】
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
1

(1)函数 y 3x 3 是幂函数.( )
(2)如果幂函数的图象与坐标轴相交,则交点一定是原点.( )
2
(3)二次函数 y=ax2+bx+c(a≠0),x∈[m,n] 4ac-b的最值一定是 .( )
4a
(4)二次函数 y=x2+mx+1在[1,+∞)上单调递增的充要条件是 m≥-2.( )
2 1 2.已知幂函数 f(x)=k xα的图象过点 ( , ),则 k+α等于( )
2 2
A.1 B.1 C.3 D.2
2 2
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.c4.函数 g(x)=x2-2x(x∈[0,3])的值域为________.
2
5 f (x) xa 10a 23.幂函数 (a∈Z)为偶函数,且 f(x)在(0,+∞)上是减函数,则 a等于( )
A.3 B.4 C.5 D.6
6.函数 y=x2-ax+1在区间[-1,2]内单调,则实数 a的取值范围是________.
【典型例题】
题型一 幂函数的图象与性质
1 1.若幂函数的图象经过点 (2, ),则它的单调递增区间是( )
4
A.(0,+∞) B.[0,+∞) C.(-∞,+∞) D.(-∞,0)
2
2.已知幂函数 f (x)=(n2+2n-2)xn -3n (n∈Z)的图象关于 y轴对称,且在(0,+∞)上单调
递减,则 n的值为( )
A.-3 B.1 C.2 D.1或 2
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.-12 2
1 1

4.若 (a+1) 3 (3 2a) 3 ,则实数 a的取值范围是____________.
题型二 二次函数的图象和性质
5.二次函数 y=ax2+bx+c的图象如图所示.则下列结论正确的是________.
①b2>4ac;②c>0;③ac>0;④b<0;⑤a-b+c<0.
6.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]
7.已知函数 f(x)=ax2+2ax+1在区间[-1,2]上有最大值 4,求实数 a的值.
练习 1
8.一次函数 y=ax+b(a≠0)与二次函数 y=ax2+bx+c在同一坐标系中的图象大致是( )
9.二次函数 f(x)=ax2+bx+c(x∈R)的最小值为 f(1),则 f( 2),f ( 3 ),f( 3)的大小关系是
2
( )
A.f( 2)2 2
C.f( 3)2 2
10.设函数 f(x)=x2-2x+2,x∈[t,t+1],t∈R,求函数 f(x)的最小值.
题型三 二次函数的恒成立问题
11.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________.
练习 2
12.已知定义在 R上的奇函数 f(x)满足:当 x≥0 时,f(x)=x3,若不等式 f(-4t)>f(2m+mt2)
对任意实数 t恒成立,则实数 m的取值范围是________.
【课堂小测】
1
1.函数 y x3的图象是( )
2 22.若幂函数 f (x) (m 4m 4) xm 6m 8在(0,+∞)上为增函数,则 m的值为( )
A.1或 3 B.1 C.3 D.2
3.(多选)已知函数 f(x)=3x2-2(m+3)x+m+3的值域为[0,+∞),则实数 m的取值范围为
( )
A.0 B.[-3,0] C.3 D.-3
4 1 1.已知α∈{ 2, 1, , ,1,2,3},若幂函数 f(x)=xα为奇函数,且在(0,+∞)上单调递减,则
2 2
α=________.
5.已知函数 f(x)=x2+ax+b的图象过坐标原点,且满足 f(-x)=f(-1+x),则函数 f(x)
在[-1,3]上的值域为________.
6.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.
【课后作业】
1.若 f(x) f 4 1是幂函数,且满足 =3,则 f ( )等于( )
f 2 2
A.3 B.-3 C.1 D 1.-
3 3
2.已知 a,b,c∈R,函数 f(x)=ax2+bx+c.若 f(0)=f(4)>f(1),则( )
A.a>0,4a+b=0 B.a<0,4a+b=0 C.a>0,2a+b=0 D.a<0,2a+b=0
3.(多选)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的取值可以是
( )
A.0 B.1 C.2 D.3
4.已知函数 f(x)=4x2+kx-8在[-1,2]上不单调,则实数 k的取值范围是________.
5.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___________.
6.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.第八讲 幂函数与二次函数
【考试要求】
1.了解幂函数的概念.
1
2.结合函数 y=x,y=x2,y=x3 y 1, = , y x2 的图象,了解它们的变化情况.
x
3.理解并掌握二次函数的定义、图象及性质.
4.能用二次函数、方程、不等式之间的关系解决简单问题.
【知识梳理】
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)五个幂函数的图象
(3)五个幂函数的性质
1
y=x y=x2 y=x3 -y x 2 y=x
1
定义域 R R R [0,+∞) {x|x≠0}
值域 R [0,+∞) R [0,+∞) {y|y≠0}
奇偶性 奇 偶 奇 非奇非偶 奇
在[0,+∞) 上增, 在(0,+∞)上减,
单调性 增 增 增
在(-∞,0] 上减 在(-∞,0)上减
公共点 (1,1)
(4)一般幂函数的图象特征
①所有的幂函数在(0,+∞)上都有定义,并且图象都过点(1,1).
②当α>0时,幂函数的图象通过原点,并且在区间[0,+∞)上是增函数.特别地,当α>1时,
幂函数的图象下凸;当 0<α<1时,幂函数的图象上凸.
③当α<0时,幂函数的图象在区间(0,+∞)上是减函数.
④幂指数互为倒数的幂函数在第一象限内的图象关于直线 y=x对称.
⑤在第一象限,作直线 x=a(a>1),它同各幂函数图象相交,按交点从下到上的顺序,幂指数
按从小到大的顺序排列.
2.二次函数的图象和性质
解析式 f(x)=ax2+bx+c(a>0) f(x)=ax2+bx+c(a<0)
图象
定义域 R R
4ac-b2 4ac-b2
值域 ,+∞ -∞,
4a 4a
b b
-∞,- -∞,-
在 x∈ 2a 上单调递减; 在 x∈ 2a 上单调递增;
单调性
b b
- ,+∞ - ,+∞
在 x∈ 2a 上单调递增 在 x∈ 2a 上单调递减
b
对称性 函数的图象关于直线 x=- 对称
2a
【基础自测】
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
1

(1)函数 y 3x 3是幂函数.( × )
(2)如果幂函数的图象与坐标轴相交,则交点一定是原点.( √ )
2
(3)二次函数 y=ax2+bx+c(a≠0),x∈[m n] 4ac-b, 的最值一定是 .( × )
4a
(4)二次函数 y=x2+mx+1在[1,+∞)上单调递增的充要条件是 m≥-2.( √ )
1 2

2.已知幂函数 f(x)=k·xα的图象过点 2 2 ,则 k+α等于( )
A.1 B.1 C.3 D.2
2 2
答案 C
k=1,
1
解析 由幂函数的定义,知 2
=k· 2 α.
2
k 1 α 1∴ = , = . 3∴k+α= .
2 2
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答案 D
4.函数 g(x)=x2-2x(x∈[0,3])的值域为________.
答案 [-1,3]
解析 由 g(x)=x2-2x=(x-1)2-1,x∈[0,3],
得 g(x)在[0,1]上是减函数,
在[1,3]上是增函数,
所以 g(x)min=g(1)=-1,
因为 g(0)=0,g(3)=3,
所以 g(x)在 x∈[0,3]上的值域为[-1,3].
2
5.幂函数 f (x) xa 10a 23 (a∈Z)为偶函数,且 f(x)在区间(0,+∞)上是减函数,则 a等于
( )
A.3 B.4 C.5 D.6
答案 C
解析 因为 a2-10a+23=(a-5)2-2,
2
f (x) x (a 5) 2 (a∈Z)为偶函数,
且在区间(0,+∞)上是减函数,
所以(a-5)2-2<0,从而 a=4,5,6,
又(a-5)2-2为偶数,所以只能是 a=5,故选 C.
6.函数 y=x2-ax+1在区间[-1,2]内单调,则实数 a的取值范围是________.
答案 (-∞,-2]∪[4,+∞)
解析 函数 y=x2-ax+1 a的对称轴为 x= ,
2
a a
则 ≤-1或 ≥2,解得 a≤-2或 a≥4.
2 2
【典型例题】
题型一 幂函数的图象与性质
1.若幂函数的图象经过点 (2, 1),则它的单调递增区间是( )
4
A.(0,+∞) B.[0,+∞) C.(-∞,+∞) D.(-∞,0)
答案 D
1
解析 设 f(x)=xα,则 2α= ,α=-2,即 f(x)=x-2,它是偶函数,单调递增区间是(-∞,0).故
4
选 D.
2 f (x)=(n2
2
.已知幂函数 +2n-2)x n -3n (n∈Z)的图象关于 y轴对称,且在(0,+∞)上单调
递减,则 n的值为( )
A.-3 B.1 C.2 D.1或 2
答案 B
解析 由于 f(x)为幂函数,所以 n2+2n-2=1,解得 n=1或 n=-3,经检验只有 n=1符合
题意,故选 B.
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 1 1.-12 2
答案 D
解析 幂函数 y=xα,当α>0时,y=xα在(0,+∞)上单调递增,且 0<α<1时,图象上凸,∴0当α<0时,y=xα在(0,+∞)上单调递减.
不妨令 x=2,由图象得 2-1<2n,则-1综上可知,-11 1

4.若 (a+1) 3 (3 2a) 3 ,则实数 a的取值范围是____________.
2 3

答案 (-∞,-1)∪ 3 2
1 1

解析 不等式 (a+1) 3 (3 2a) 3 等价于a+1>3-2a>0或3-2a2 3
解得 a<-1或 3 2
题型二 二次函数的图象和性质
命题点 1 二次函数的图象
5.二次函数 y=ax2+bx+c的图象如图所示.则下列结论正确的是________.
①b2>4ac;②c>0;③ac>0;④b<0;⑤a-b+c<0.
答案 ①②⑤
b
解析 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
2a
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.
命题点 2 二次函数的单调性
6.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) 3-a的对称轴为直线 x= ,
2a
a<0,
由 f(x)在[-1,+∞)上单调递减,知 3-a
≤-1,
2a
解得-3≤a<0.
综上,a的取值范围为[-3,0].
若函数 f(x)=ax2+(a-3)x+1的单调递减区间是[-1,+∞),则 a=________.
答案 -3
解析 由题意知 f(x)必为二次函数且 a<0,
3-a
又 =-1,∴a=-3.
2a
命题点 3 二次函数的值域、最值
7.已知函数 f(x)=ax2+2ax+1在区间[-1,2]上有最大值 4,求实数 a的值.
解 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 3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= ;
8
(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 3的值为 或-3.
8
思维升华 解决二次函数图象与性质问题时要注意:
(1)抛物线的开口方向,对称轴位置,定义区间三者相互制约,要注意分类讨论.
(2)要注意数形结合思想的应用,尤其是给定区间上的二次函数最值问题,先“定性”(作草图),
再“定量”(看图求解).
(3)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.
练习 1
8.一次函数 y=ax+b(a≠0)与二次函数 y=ax2+bx+c在同一坐标系中的图象大致是( )
答案 C
解析 若 a>0,则一次函数 y=ax+b为增函数,二次函数 y=ax2+bx+c的图象开口向上,
故可排除 A;若 a<0,一次函数 y=ax+b为减函数,二次函数 y=ax2+bx+c的图象开口向
b
下,故可排除 D;对于选项 B,看直线可知 a>0,b>0,从而- <0,而二次函数的对称轴在
2a
y轴的右侧,故应排除 B,选 C.
3
9.二次函数 f(x)=ax2

+bx+c(x∈R)的最小值为 f(1),则 f( 2),f 2 ,f( 3)的大小关系是
( )
3

A.f( 2)3

B.f 2 3

C.f( 3)3

D.f( 2)答案 D
解析 由已知可得二次函数 f(x)图象的开口向上,对称轴为直线 x=1,
| 3- -1∵ 2 |>| 3-1|>| 2-1|,
3

∴f( 2)10.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=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题型三 二次函数的恒成立问题
11.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________.
1
-∞,
答案 2
解析 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;
1 1
x 0 a<3
- 1
当 ≠ 时, x 3 2- ,
2 6
1
因为 ∈(-∞,-1]∪[1,+∞),
x
所以当 x=1 1时,不等号右边式子取最小值 ,
2
所以 a<1.
2
1
-∞,
综上,实数 a的取值范围是 2 .
练习 2
12.已知定义在 R 上的奇函数 f(x)满足:当 x≥0 时,f(x)=x3,若不等式 f(-4t)>f(2m+mt2)
对任意实数 t恒成立,则实数 m的取值范围是________.
答案 (-∞,- 2)
解析 由题意知 f(x)在 R 上是增函数,结合 f(-4t)>f(2m+mt2)对任意实数 t恒成立,知-4t>2m
+mt2对任意实数 t恒成立,
m<0,
∴mt2+4t+2m<0对任意实数 t恒成立 m∈(-∞,- 2).
Δ=16-8m2<0
【课堂小测】
1
1.函数 y x3的图象是( )
答案 B
1 1

解析 由函数图象上的特殊点(1,1),可排除A,D;由特殊点(8,2),8 2 ,可排除 C,故选 B.
2
2 f (x) (m2 4m 4) xm 6m 8.若幂函数 在(0,+∞)上为增函数,则 m的值为( )
A.1或 3 B.1 C.3 D.2
答案 B
解析 由题意得 m2-4m+4=1,m2-6m+8>0,
解得 m=1.
3.(多选)已知函数 f(x)=3x2-2(m+3)x+m+3 的值域为[0,+∞),则实数 m的取值范围为
( )
A.0 B.[-3,0] C.3 D.-3
答案 AD
解析 依题意,得Δ=4(m+3)2-4×3(m+3)=0,
则 m=0或 m=-3.∴实数 m的取值范围是{0,-3}.
1 1
4.已知α∈{ 2, 1, , ,1,2,3},若幂函数 f(x)=xα为奇函数,且在(0,+∞)上单调递减,则
2 2
α=________.
答案 -1
解析 ∵α∈{ 2, 1 1 1, , ,1,2,3},
2 2
幂函数 f(x)=xα为奇函数,且在(0,+∞)上单调递减,
∴α是奇数,且α<0,∴α=-1.
5.已知函数 f(x)=x2+ax+b 的图象过坐标原点,且满足 f(-x)=f(-1+x),则函数 f(x)
在[-1,3]上的值域为________.
1
- ,12
答案 4
解析 因为函数 f(x)=x2+ax+b的图象过坐标原点,
所以 f(0)=0,所以 b=0.
因为 f(-x)=f(-1+x),
所以函数 f(x)的图象的对称轴为直线 x 1=- ,
2
x 1+ 1
所以 a=1,所以 f(x)=x2+x= 2 2- ,
4
1
- 1
由 f(x)的图象知,x∈[-1,3]时,f(x)min=f 2 =- ,f(x)max=f(3)=12.
4
1
- ,12
故 f(x)的值域为 4 .
6.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 3=- ∈[-2,3],
2
3

∴f(x) 9 9 21min=f 2 = - -3=- ,
4 2 4
f(x)max=f(3)=15,
21
- ,15
∴f(x)的值域为 4 .
(2) 2a-1函数图象的对称轴为直线 x=- .
2
2a-1 1
①当- ≤1,即 a≥- 时,f(x)max=f(3)=6a+3,
2 2
∴6a+3 1=1,即 a=- ,满足题意;
3
2a-1
②当- >1,
2
a< 1即 - 时,
2
f(x)max=f(-1)=-2a-1,
∴-2a-1=1,即 a=-1,满足题意.
综上可知,a 1=- 或-1.
3
【课后作业】
1 f 4 1.若 f(x)是幂函数,且满足 =3,则 f ( )等于( )
f 2 2
A.3 B.-3 C.1 D 1.-
3 3
答案 C
α
解析 设 f(x)=xα 4,则 =2α=3,

1 1
∴f 2 2 α 1= = .
3
2.已知 a,b,c∈R,函数 f(x)=ax2+bx+c.若 f(0)=f(4)>f(1),则( )
A.a>0,4a+b=0 B.a<0,4a+b=0 C.a>0,2a+b=0 D.a<0,2a+b=0
答案 A
解析 由 f(0)=f(4),得 f(x)=ax2+bx b+c图象的对称轴为直线 x=- =2,∴4a+b=0,
2a
又 f(0)>f(1),f(4)>f(1),
∴f(x)先减后增,于是 a>0,故选 A.
3.(多选)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的取值可以是
( )
A.0 B.1
C.2 D.3
答案 CD
解析 二次函数 y=kx2-4x+2 2图象的对称轴为直线 x= ,当 k>0 时,要使函数 y=kx2-4x
k
+2在区间[1,2] 2 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
k k
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,+∞).
4.已知函数 f(x)=4x2+kx-8在[-1,2]上不单调,则实数 k的取值范围是________.
答案 (-16,8)
解析 函数 f(x)=4x2+kx-8 k k的对称轴为直线 x=- ,则-1<- <2,
8 8
解得-165.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_____________________________________________________________.
2
- ,0
答案 2
解析 因为函数图象开口向上,
f m =m2+m2-1<0,
所以根据题意只需满足
f m+1 = m+1 2+m m+1 -1<0,
2
解得- 2
6.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
x k-2 k-2-
=x2-(k-2)x+1= 2 2+1- 2 2.
由 g(x)的图象知,要满足题意,
k-2 5 k-2则 ≥ 或 ≤3,即 k≥12或 k≤8,
2 2
所以所求实数 k的取值范围为(-∞,8]∪[12,+∞).

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