高三一轮总复习高效讲义第二章第6节 对数函数 学案(Word版含答案)

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高三一轮总复习高效讲义第二章第6节 对数函数 学案(Word版含答案)

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第6节 对数函数 
[课标要求] ①理解对数的概念及运算性质,知道用换底公式能将一般对数转化成自然对数或常用对数.②通过实例,了解对数函数的概念.能用描点法或借助计算工具画出具体对数函数的图象,探索并了解对数函数的单调性与特殊点.③知道对数函数y=logax与指数函数y=ax互为反函数(a>0,且a≠1).
 备考第1步——梳理教材基础,落实必备知识
1.对数的概念
(1)如果ax=N(a>0且a≠1),那么数x叫做以a为底N的对数,记作x=logaN,其中a叫做对数的底数,N叫做真数.
(2)常用对数与自然对数
常用对数 将以10为底的对数叫做常用对数 把log10N记为lg N
自然对数 将以无理数e=2.718_28…为底的对数叫做自然对数 把logeN记为ln_N
2.对数的性质与运算法则
(1)对数的运算法则
如果a>0且a≠1,M >0,N >0,那么
①loga(MN)=logaM+logaN;
②loga=logaM-logaN;
③logaMn=nlogaM (n∈R);
④logamMn=logaM.
(2)对数的性质
①alogaN=N;②logaaN=N(a>0且a≠1).
(3)对数的重要公式
①换底公式:logbN= (a,b均大于零且不等于1);
②logab=,推广logab·logbc·logcd=logad.
3.对数函数的图象与性质
y=logax a>1 0图象
定义域 (0,+∞)
值域 R
性质 过定点(1,0)
当x>1时,y>0;当01时,y<0;当00
在(0,+∞)上是增函数 在(0,+∞)上是减函数
4.反函数
指数函数y=ax与对数函数y=logax互为反函数,它们的图象关于直线y=x对称.
(一)必背常用结论
换底公式的三个重要结论:
(1)logab=;
(2)logambn=logab;
(3)logab·logbc·logcd=logad.
(二)盘点易错易混
1.对数的底数含字母时易忽视对底数的讨论;
2.涉及对数的运算及对数函数问题,一定要确保真数大于0,树立定义域优先的思想.
【小题热身】
1.计算log29×log34+2log510+log50.25=(   )
A.0 B.2 
C.4 D.6
解析:原式=2log23×(2log32)+log5(102×0.25)=4+log525=4+2=6.
答案:D
2.函数f(x)=的定义域是(   )
A.(-∞,1)∪(3,+∞) B.(1,3)
C.(-∞,2)∪(2,+∞) D.(1,2)∪(2,3)
解析:由题意知即故函数f(x)的定义域为(1,2)∪(2,3).故选D.
答案:D
3.(2021·内蒙古呼和浩特一模)函数f=ln 的单调递增区间为(   )
A. B.
C. D.
解析:由题得3x2-6x-24>0,得x>4或x<-2,
即函数的定义域为{x|x>4或x<-2}.
设u=3x2-6x-24,x∈(-∞,-2)∪(4,+∞), y=ln u,
要求函数f=ln 的单调递增区间,
即求函数u=3x2-6x-24,x∈(-∞,-2)∪(4,+∞)的增区间,
因为函数u=3x2-6x-24,x∈(-∞,-2)∪(4,+∞)的增区间为,故选D.
答案:D
4.函数y=loga(4-x)+1(a>0,且a≠1)的图象恒过点________.
解析:当4-x=1,即x=3时,y=loga1+1=1.
所以函数的图象恒过点(3,1).
答案:(3,1)
5.[易错题]函数y=logax(a>0,a≠1)在[2,4]上的最大值与最小值的差是1,则a=________.
解析:分两种情况讨论:①当a>1时,有loga4-loga2=1,解得a=2;②当0答案:2或
 备考第2步——突破核心考点,提升关键能力
考点1__对数式的运算[自主演练]
1.(2021·北京二中月考)在标准温度和大气压下,人体血液中氢离子的物质的量的浓度(单位mol/L,记作[H+])和氢氧根离子的物质的量的浓度(单位mol/L,记作[OH-])的乘积等于常数10-14.已知pH值的定义为pH=-lg [H+],健康人体血液的pH值保持在7.35~7.45之间,那么健康人体血液中的可以为(参考数据: lg 2≈0.30,lg 3≈0.48)(   )
A. B.
C. D.
解析:由题设有==1014[H+]2.又10-7.45≤[H+]≤10-7.35 ,所以10-0.9≤1014[H+]2≤10-0.7.所以-0.9≤lg 1014[H+]2≤-0.7.又lg ≈-0.3,lg ≈-0.48,lg ≈-0.78,lg =-1,只有lg 在范围之中.故选C.
答案:C
2.计算(lg 2)2+lg 2·lg 50+lg 25的结果为________.
解析:原式=lg 2(lg 2+lg 50)+lg 25=2lg 2+lg 25=lg 4+lg 25=2.
答案:2
3.已知log23=a,3b=7,则log 32的值为________.
解析:由题意3b=7,所以log37=b.
所以log32=log eq \o\al(\s\up1(),\s\do1()) =
===.
答案:
[思维升华] 对数运算的一般思路
(1)拆:首先利用幂的运算把底数或真数进行变形,化成分数指数幂的形式,使幂的底数最简,然后利用对数运算性质化简合并.
(2)合:将对数式化为同底数对数的和、差、倍数运算,然后逆用对数的运算性质,转化为同底对数真数的积、商、幂的运算.
考点2__对数函数的图象及应用[典例引领]
【例1】 (1)(2021·湖南岳阳模拟)在同一直角坐标系中,函数f(x)=xa(x>0)与g(x)=logax的图象可能是(   )
(2)当0A. B.
C.(1,) D.(,2)
解析:(1)易知g(x)的图象过点(1,0).若00)单调递增,且递增趋势越来越慢,函数g(x)=logax单调递减.显然四个选项不满足条件.
若a>1,则函数g(x)=logax单调递增,函数f(x)=xa(x>0)单调递增且递增趋势越来越快,显然只有选项A满足条件.故选A.
(2)
构造函数f(x)=4x和g(x)=logax,当a>1时不满足条件,当0,所以a的取值范围为.
答案:(1)A (2)B
[思维引申] (1)(变条件)将本例(2)中“4x<logax”变为“4x=logax有解”,则实数a的取值范围为________.
解析:若方程4x=logax在上有解,则函数y=4x与函数y=logax的图象在上有交点.
由图象可知解得0<a≤,即a的取值范围为.
答案:
(2)(变条件)若将本例(2)变为:当0<x≤时,<logax,则实数a的取值范围为________.
解析:若<logax在x∈上恒成立,则0<a<1,且y=的图象在y=logax图象的下方,如图所示,由图象知<loga,
所以,解得<a<1.
即实数a的取值范围是.
答案:
[思维升华] 对数函数图象的识别及应用方法
(1)在识别函数图象时,要善于利用已知函数的性质、函数图象上的特殊点(与坐标轴的交点、最高点、最低点等)排除不符合要求的选项.
(2)一些对数型方程、不等式问题常转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解.
[对点练] 1.已知函数f(x)=且关于x的方程f(x)+x-a=0有且只有一个实根,则实数a的取值范围是________.
解析:如图,在同一坐标系中分别作出y=f(x)与y=-x+a的图象,其中a表示直线在y轴上的截距.
由图可知,当a>1时,直线y=-x+a与y=f(x)只有一个交点.
答案:(1,+∞)
2.当x∈(1,2)时,不等式(x-1)2<logax恒成立,则a的取值范围是________.
解析:由题意,易知a>1.
如图,在同一坐标系内作出y=(x-1)2,x∈(1,2)及y=logax,x∈(1,2)的图象.
若y=logax过点(2,1),得loga2=1,所以a=2.
根据题意,函数y=logax,x∈(1,2)的图象恒在y=(x-1)2,x∈(1,2)的上方.
结合图象,a的取值范围是(1,2].
答案:(1,2]
考点3__对数函数的性质及应用[多维讲练]
高考对对数函数考查重点是对数函数的图象及其单调性的应用,考查比较大小、方程、不等式等知识,一般以客观题出现,难度中低档,常利用数形结合思想解决问题,考查逻辑推理及数学运算素养.
角度1  比较对数式的大小
【例2】 (1)(多选)若实数a,b满足loga2A.0C.a>b>1 D.0解析:当0当00,loga2<0,故loga2当a>b>1时,log2a>log2b>0,即>>0,故loga2当00,故loga2>logb2,D错误.
答案:ABC
(2)(2020·全国卷Ⅲ)已知55<84,134<85.设a=log53,b=log85,c=log138,则(  )
A.a<b<c B.b<a<c
C.b<c<a D.c<a<b
解析:a-b=log53-log85=-
=,
由lg 3·lg 8<=<=(lg 5)2,可知a-b<0,则a∵55<84,∴5lg 5<4lg 8,∴<.
∵134<85,∴4lg 13<5lg 8,∴>,
∴<,即log85<log138,∴b综上可得,a答案:A
[思维升华] 对数函数值大小比较的方法
单调性法 在同底的情况下直接得到大小关系,若不同底,先化为同底
中间量过渡法 寻找中间数联系要比较的两个数,一般是用“0”,“1”或其他特殊值进行“比较传递”
图象法 根据图象观察得出大小关系
角度2  解对数方程或不等式
【例3】 (1)方程log2(x-1)=2-log2(x+1)的解为________.
(2)已知不等式logx(2x2+1)解析:(1)原方程变形为log2(x-1)+log2(x+1)=log2(x2-1)=2,即x2-1=4,解得x=±,又x>1,所以x=.
(2)原不等式 ①
或②
解不等式组①得所以实数x的取值范围为.
答案:(1)x= (2)
[思维升华] 简单对数不等式问题的求解策略
(1)解决简单的对数不等式,应先利用对数的运算性质化为同底数的对数值,再利用对数函数的单调性转化为一般不等式求解.
(2)对数函数的单调性和底数a的值有关,在研究对数函数的单调性时,要按01进行分类讨论.
(3)某些对数不等式可转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解.
[对点练] 1.设函数f(x)=若f(a)>f(-a),则实数a的取值范围是(   )
A.(-1,0)∪(0,1)
B.(-∞,-1)∪(1,+∞)
C.(-1,0)∪(1,+∞)
D.(-∞,-1)∪(0,1)
解析:由题意得

解得a>1或-1<a<0.故选C.
答案:C
2.(2021·江西南昌二模)已知f(x)=,若f(x)=有两解,则a的取值范围是(   )
A. B.
C.(1,2] D.(1,2)
解析:由条件可知a>0且a≠1,当x∈时,ax2=,解得:x=,成立,
当x∈时,若00,logax≠,
∴logax=有解,则a>1,
如图所示,
当loga2>时,有交点,a越大,loga2越小,越大,当a=2时,loga2=,
∴a∈.
答案:D
角度3  对数函数性质的综合应用
【例4】 (1)(2021·吉林长春模拟)已知函数f(x)=log2在[-2,2]上单调递减,则m的取值范围是(   )
A.[4,+∞) B.(-6,6)
C.(-6,4] D.[4,6)
解析:令g(x)=-x2-mx+16,因为y=log2x是增函数,所以,要使f(x)在[-2,2]上单调递减,只需g(x)在[-2,2]上单调递减,且g(x)>0恒成立.
故解得4≤m<6.
答案:D
(2)已知函数f(x)=loga(x+2)+loga(4-x)(a>0且a≠1).
①求函数f(x)的定义域;
②若函数f(x)在区间[0,3]上的最小值为-2,求实数a的值.
解:①依题意得解得-2∴f(x)的定义域为(-2,4).
②f(x)=loga(x+2)+loga(4-x)
=loga[(x+2)(4-x)],
令t=(x+2)(4-x),则变形得t=-(x-1)2+9,
∵0≤x≤3,∴5≤t≤9.
若a>1,则loga5≤logat≤loga9,
∴f(x)min=loga5=-2,则a2=<1(舍去),
若0∴f(x)min=loga9=-2,
则a2=,又0综上,a=.
[思维升华] 解决对数函数性质的综合问题的注意点
(1)要分清函数的底数a∈(0,1),还是a∈(1,+∞).
(2)确定函数的定义域,无论研究函数的什么性质或利用函数的某个性质,都要在其定义域上进行.
(3)转化时一定要注意对数问题转化的等价性.
[对点练] 3.(2021·天津和平一模)设a=8,b=log32,c=log23,则a,b,c的大小关系为(   )
A.aC.b解析:因为b=log32log22=1,故c>b.
因为a=8>4=2=log24>log23=c,故a>c>b.
答案:C
4.已知x1、x2分别是函数f=ex+x-2、g=ln x+x-2的零点,则ex1+ln x2的值为(   )
A.e2+ln 2 B.e+ln 2
C.2 D.4
解析:根据题意,已知x1、x2分别是函数f=ex+x-2、g=ln x+x-2的零点,
函数f=ex+x-2的零点为函数y=ex与y=2-x的交点的横坐标,
则两个函数图象的交点为,
函数g=ln x+x-2的零点为函数y=ln x与y=2-x的交点的横坐标,
则两个函数图象的交点为,
又由函数y=ex与函数y=ln x互为反函数,其图象关于直线y=x对称,
而直线y=2-x也关于直线y=x对称,则点和也关于直线y=x对称,则有x1=ln x2,则有ex1+ln x2=ex1+x1=2,
答案:C
5.已知函数f(x)=loga(8-ax)(a>0,且a≠1),若f(x)>1在区间[1,2]上恒成立,则实数a的取值范围是__________.
解析:当a>1时,f(x)=loga(8-ax)在[1,2]上单调递减,由f(x)>1在区间[1,2]上恒成立,
则f(x)min=f(2)=loga(8-2a)>1,即8-2a>a,且8-2a>0,解得1当0由f(x)>1在区间[1,2]上恒成立,
知f(x)min=f(1)=loga(8-a)>1,即8-a0.解得a∈ ,
综上可知,实数a的取值范围是.
答案:
 备考第3步——拓展创新应用,培优学科素养
与对数有关的复合函数问题
与对数函数有关的复合函数问题高考常考,主要涉及y=f(logax)与y=logaf(x)两种类型,考查函数的定义域、值域(最值)、单调性、奇偶性等等.处理方法主要是换元法,将函数转化为基本初等函数解决,考查直观想象、逻辑推理和数学运算素养.
【例1】 (2021·四川泸县一模)已知函数f=ln 是奇函数,则a=________.
解析:∵函数f=ln 是奇函数,
∴f=-f,
∴ln =-ln ,
即ln+ln =0,
ln =0,
∴=1,
∴a=1.
答案:1
[思维升华] 函数f(x)=loga(bx±)或f(x)=loga(±bx)、f(x)=loga为奇函数,函数y=loga(amx+1)-x为偶函数.
【例2】 (2021·上海华师大二附中三模)已知f(x)=log.
(1)解不等式:f(x)≤-1;
(2)若y=f(x)在区间[a,a+1]上的最小值为-2,求实数a的值.
解:(1)log≤-1=log2 x2-6x+10>0,x2-6x+10≥2 x≥4或x≤2;
(2)令t=x2-6x+10=(x-3)2+1,则
y=f(x)在区间[a,a+1]上的最小值为-2 t=(x-3)2+1,在x∈[a,a+1]上的最大值为4,
当a+≥3,a≥时,tmax=(a+1-3)2+1=4 a=2+;
当a+<3,a<,tmax=(a-3)2+1=4 a=3-.
综上,a=2+或3-.
【例3】 设函数f=log3·log3,且≤x≤9.
(1)求f(3)的值;
(2)求函数y=f的最大值与最小值及与之对应的x的值.
[思维点拨] (1)代入x=3计算函数值;
(2)先利用对数的运算性质将解析式整理成关于log3x的函数,然后利用换元法,将函数转化为二次函数,借助二次函数的单调性求出函数取最大值,最小值,接着再求取最值时对应的x的值.
解:(1)f(3)=log327·log39=3×2=6;
(2)令t=log3x,又∵≤x≤9,∴-2≤log3x≤2,∴-2≤t≤2,
由f==(log3x)2+3log3x+2=t2+3t+2,
令g=t2+3t+2=(t+)2-,t∈,
①当t=-时,g(t)min=-,即log3x=-,解得x=,
所以f(x)min=-,此时x=;
②当t=2时,g(t)max=g(2)=12,即log3x=2 x=9,
∴f(x)max=12,此时x=9.
[思维升华] 对于y=f(logax)与y=logaf(x)两种类型的函数,主要是利用换元法将函数转化为基本初等函数,然后结合基本初等函数的图象,利用单调性求解,注意换元后新元的取值范围.
[对点练] 1.若函数f (x)=loga(x2-x+2)在区间[0,2]上的最大值为2,则实数a=__________.
解析:令u(x)=x2-x+2,则u(x)在[0,2]上的最大值u(x)max=4,最小值u(x)min=. 当a>1时,y=logau是增函数,f (x)max=loga4=2,得a=2;当0答案:2
2.(2021·重庆杨家坪中学模拟)已知函数f(x)=loga+bx(a>0且a≠1,b∈R)是偶函数,函数g(x)=ax(a>0且a≠1) .
(1)求b的值;
(2)若函数h(x)=f(x)-x-a有零点,求a的取值范围;
解:(1)∵f(x)为偶函数,∴ x∈R,有f=f(x),
loga-bx=loga+bx对x∈R恒成立.
∴loga-loga=2bx对x∈R恒成立.
∴2bx=-x,x∈R恒成立,∴b=-.
(2)若函数h(x)=f(x)-x-a有零点,
即loga-x=a,即loga=a有解.
令p(x)=loga,则函数y=p(x)图象与直线y=a有交点.
当01,p(x)=loga<0,loga=a无解.
当a>1时,∵1+>1,p(x)=loga>0,由loga=a有解可知a>0,所以a>1,
∴a的取值范围是.
课下巩固培优卷(十)
【A/基础巩固题组】
1.log29·log32+loga+loga(a>0,且a≠1)的值为(   )
A.2 B.3
C.4 D.5
解析:原式=2log23×log32+loga=2×1+1=3.
答案:B
2.若函数y=f(x)是函数y=ax(a>0,且a≠1)的反函数且f(2)=1,则f(x)等于(   )
A.log2x B.
C.logx D.2x-2
解析:函数y=ax(a>0,且a≠1)的反函数是f(x)=logax,又f(2)=1,即loga2=1,所以a=2.故f(x)=log2x.
答案:A
3.已知函数f(x)=则函数y=f(1-x)的大致图象是(   )
解析:因为函数f=所以函数f=
当x=0时,y=f(1)=3,即y=f(1-x)的图象过点(0,3),排除A;
当x=-2时,y=f(3)=-1,即y=f(1-x)的图象过点(-2,-1),排除B;
当x<0时,1-x>1,f(1-x)=log<0,排除C.
答案:D
4.5G技术的数学原理之一是著名的香农公式:C=Wlog2.它表示:在受噪声干扰的信道中,最大信息传递速度C取决于信道带宽W,信道内信号的平均功率S,信道内部的高斯噪声功率N的大小,其中叫做信噪比.当信噪比较大时,公式中真数中的1可以忽略不计.假设目前信噪比为1 600,若不改变带宽W,而将最大信息传播速度C提升50%,那么信噪比要扩大到原来的约(   )
A.10倍 B.20倍
C.30倍 D.40倍
解析:由条件可知C=Wlog21 600,
设将最大信息传播速度C提升50%,那么信噪比要扩大到原来的t倍,则C=Wlog2,所以log21 600=log2,
即log21 600=log2,所以1 600t=1 600,解得t=40.
答案:D
5.(多选)已知函数f(x)=log2(1-|x|),则关于函数f(x)有下列说法,其中正确的说法为(   )
A.f(x)的图象关于原点对称
B.f(x)的图象关于y轴对称
C.f(x)的最大值为0
D.f(x)在区间(-1,1)上单调递增
解析:f(x)=log2(1-|x|)为偶函数,不是奇函数,
∴A错误,B正确;
根据f(x)的图象(图略)可知D错误;
∵1-|x|≤1,∴f(x)≤log21=0,故C正确.
答案:BC
6.已知a>0,且a≠1,函数y=loga(2x-3)+的图象恒过点P.若点P也在幂函数f(x)的图象上,则f(x)=________.
解析:设幂函数为f(x)=xx,因为函数y=loga(2x-3)+的图象恒过点P(2,),则2x=,所以x=,故幂函数为f(x)=x.
答案:x
7.函数f(x)=log2·log(2x)的最小值为__________.
解析:依题意得f(x)=log2x·(2+2log2x)=(log2x)2+log2x=-≥-,当log2x=-,即x=时等号成立,所以函数f(x)的最小值为-.
答案:-
8.已知函数f(x)=log(x2-2ax+3).
(1)若f(-1)=-3,求f(x)的单调区间;
(2)是否存在实数a,使f(x)在(-∞,2)上为增函数?若存在,求出a的范围;若不存在,说明理由.
解:(1)由f(-1)=-3,得log(4+2a)=-3.
所以4+2a=8,所以a=2.
则f(x)=log(x2-4x+3),
由x2-4x+3>0,得x>3或x<1.
故函数f(x)的定义域为(-∞,1)∪(3,+∞).
令μ=x2-4x+3,
则μ在(-∞,1)上单调递减,在(3,+∞)上单调递增.
又y=logμ在(0,+∞)上单调递减,
所以f(x)的单调递增区间是(-∞,1),单调递减区间是(3,+∞).
(2)令g(x)=x2-2ax+3,要使f(x)在(-∞,2)上为增函数,应使g(x)在(-∞,2)上单调递减,且恒大于0.
因此即a无解.
所以不存在实数a,使f(x)在(-∞,2)上为增函数.
【B/能力提升题组】
9.已知函数f(x)=loga(2x-a)在区间上恒有f(x)>0,则实数a的取值范围是(   )
A. B.
C. D.
解析:当00,即0<-a<1,解得1时,函数f(x)在区间上是增函数,所以loga(1-a)>0,即1-a>1,解得a<0,此时无解.综上所述,实数a的取值范围是.
答案:A
10.(2020·全国卷Ⅰ)若2a+log2a=4b+2log4b,则(   )
A.a>2b B.a<2b
C.a>b2 D.a解析:由题设知,2a+log2a=4b+2log4b=22b+log4b2.
又log4b2=log2b=log2(2b)-1,
所以2a+log2a=22b+log2(2b)-1,
从而2a+log2a<22b+log2(2b).
令函数f(x)=2x+log2x,x∈(0,+∞),
则有f(a)所以a<2b, 故选B.
答案:B
11.已知函数f(x)=|log 3x|,实数m,n满足0<m<n,且f(m)=f(n),若f(x)在[m2,n]上的最大值为2,则=________.
解析:因为f(x)=|log3x|=
所以f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
由0<m<n且f(m)=f(n),可得
则所以0<m2<m<1,
则f(x)在[m2,1)上单调递减,在(1,n]上单调递增,
所以f(m2)>f(m)=f(n),
则f(x)在[m2,n]上的最大值为f(m2)=-log3m2=2,
解得m=,则n=3,所以=9.
答案:9
12.已知函数f=若存在实数x1、x2、x3、x4满足x1解析:函数f(x)的图象如下图所示:
若满足f(x1)=f(x2)=f(x3)=f(x4),其中x1则log4x1=-log4x2,即log4x1+log4x2=log4x1x2=0,则x1x2=1,
同时x3∈(4,5),x4∈(7,8),
∵x3,x4关于x=6对称,∴=6,
则x3+x4=12,则x4=12-x3,
则x1x2x3x4=x3x4=x3(12-x3)=-x+12x3=-(x3-6)2+36,
∵x3∈(4,5),
∴x3x4∈(32,35),
即x1x2x3x4∈(32,35).
答案:
13.已知函数g=ax2-2ax+1+b在区间上有最大值4和最小值1.设f=.
(1)求a,b的值;
(2)若不等式f-2klog2x≥0在x∈上有解,求实数k的取值范围.
解:(1)函数g=a+1+b-a,
∵a>0,∴g为开口向上的抛物线,且对称轴为x=1,
∴g在区间上是增函数,
∴解得a=1,b=0.
(2)由(1)可得g=x2-2x+1,则f=x+-2.
∴f-2klog2x≥0在x∈上有解等价于log2x+-2≥2klog2x在x∈上有解.即2k≤-+1在x∈上有解.
令t=,∵x∈,∴t∈,∴2k≤t2-2t+1在t∈上有解,
记φ=t2-2t+1=(t-1)2∴t∈,则φ在t∈为减函数,φ(t)max=φ=,∴2k≤,则k≤∴k的取值范围为.

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