3.5 指数与指数函数--2025年高考数学一轮讲练复习

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3.5 指数与指数函数--2025年高考数学一轮讲练复习

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第五节 指数与指数函数
课标解读 考向预测
1.了解指数幂的拓展过程,掌握指数幂的运算性质. 2.了解指数函数的实际意义,理解指数函数的概念. 3.会画指数函数的图象,探索并理解指数函数的单调性与特殊点. 指数函数是高考考查的重点内容之一,应当熟练掌握指数函数的概念、图象和单调性等常考知识点.在近三年的高考中,考查了指数型函数的图象和性质,或与分段函数结合,以选择题或填空题的形式出现. 预计2025年高考可能会考查利用指数函数的性质比较大小、指数型函数图象的识别与应用以及指数型函数单调性的应用,题型为选择题或填空题,难度中档;也可能会以指数或指数函数为载体,结合新定义、初等数论等以创新型题目出现在第19题,难度较大.
【知识梳理】
1.根式
(1)如果xn=a,那么x叫做a的n次方根,其中n>1,且n∈N*.
(2)式子叫做根式,其中n叫做根指数,a叫做被开方数.
(3)()n=a.
当n为奇数时,=a;
当n为偶数时,=|a|=
2.分数指数幂
正数的正分数指数幂,a=(a>0,m,n∈N*,n>1).
正数的负分数指数幂,a-==(a>0,m,n∈N*,n>1).
0的正分数指数幂等于0,0的负分数指数幂没有意义.
3.指数幂的运算性质
aras=ar+s;(ar)s=ars;(ab)r=arbr(a>0,b>0,r,s∈R).
4.指数函数及其性质
(1)概念:函数y=ax(a>0,且a≠1)叫做指数函数,其中指数x是自变量,定义域是R,a是底数.
(2)指数函数的图象与性质
a>1 0图象
定义域 R
值域 (0,+∞)
性质 图象过定点(0,1),即当x=0时,y=1
当x>0时,y>1; 当x<0时,01;当x>0时,0在(-∞,+∞)上是增函数 在(-∞,+∞)上是减函数
【常用结论】
(1)任意实数的奇次方根只有一个,正数的偶次方根有两个且互为相反数.
(2)画指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象,应抓住三个关键点:(1,a),(0,1),.
(3)如图是指数函数①y=ax,②y=bx,③y=cx,④y=dx的图象,底数a,b,c,d与1之间的大小关系为c>d>1>a>b>0.由此我们可得到以下规律:在第一象限内,指数函数y=ax(a>0,a≠1)的图象越高,底数越大.
(4)指数函数y=ax与y=(a>0,且a≠1)的图象关于y轴对称.
【诊断自测】
1.概念辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)=-4.(  )
(2)2a·2b=2ab.(  )
(3)=()n=a.(  )
(4)=(-3).(  )
(5)函数y=2x-1是指数函数.(  )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2.小题热身
(1)(人教A必修第一册习题4.1 T1改编)下列运算中正确的是(  )
A.=2-π B.a=
C.(mn)8= D.(x3-)3+=x9
答案 C
解析 对于A,因为2-π<0,所以=π-2,故A错误;对于B,因为->0,所以a<0,则a=-(-a)·=-,故B错误;对于C,因为(mn)8=(m)8·(n)8=,故C正确;对于D,因为(x3-)3+=x9-2=x7,故D错误.
(2)已知指数函数y=f(x)的图象经过点(-1,2),那么这个函数也必定经过点(  )
A. B.
C.(1,2) D.
答案 D
(3)函数y=2x+1的图象是(  )
答案 A
(4)若函数y=ax(a>0,且a≠1)在区间[0,1]上的最大值与最小值之和为3,则a的值为________.
答案 2
【考点探究】
考点一 指数幂的运算
例1(1)(2024·湖北宜昌高三模拟)已知x,y>0,化简=__________.
答案 -10y
解析 原式==-10y.
(2)计算:-0.752+6-2×=________.
答案 1
解析 原式=-+×=-+×=-+×=1.
【通性通法】
【巩固迁移】
1.·(a>0,b>0)=________.
答案 
解析 原式==.
2.若x+x=3,则x2+x-2=________.
答案 47
解析 由x+x=3,得x+x-1=7,再平方得x2+x-2=47.
考点二 指数函数的图象及其应用
例2(1)(2024·安徽合肥八中月考)函数①y=ax;②y=bx;③y=cx;④y=dx的图象如图所示,a,b,c,d分别是下列四个数:,,,中的一个,则a,b,c,d的值分别是(  )
A.,,, B.,,,
C.,,, D.,,,
答案 C
解析 由题图,直线x=1与函数图象的交点的纵坐标从上到下依次为c,d,a,b,而>>>,故选C.
(2)(2024·江苏南京金陵高三期末)若直线y=3a与函数y=|ax-1|(a>0,且a≠1)的图象有两个公共点,则a的取值范围为________.
答案 
解析 当01时,y=|ax-1|的图象如图2所示,由已知可得0<3a<1,∴01可得a无解.综上可知,a的取值范围为.
【通性通法】
(1)根据指数函数图象判断底数大小的问题,可以通过直线x=1与图象的交点进行判断.
(2)对于有关指数型函数的图象可从指数函数的图象通过平移、伸缩、对称变换而得到.特别地,当底数a与1的大小关系不确定时应注意分类讨论.
(3)已知函数解析式判断其图象一般是取特殊点,判断选项中的图象是否过这些点,若不满足则排除.
【巩固迁移】
3.(2024·广东深圳中学高三摸底)函数y=e-|x|(e是自然对数的底数)的大致图象是(  )
答案 C
解析 y=e-|x|=易得函数y=e-|x|为偶函数,且图象过(0,1),y=e-|x|>0,函数在(-∞,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,故C符合题意.故选C.
4.(多选)若实数x,y满足4x+5x=5y+4y,则下列关系式中可能成立的是(  )
A.1C.0答案 BCD
解析 设f(x)=4x+5x,g(x)=5x+4x,则f(x),g(x)都是增函数,画出函数f(x),g(x)的图象,如图所示,根据图象可知,当x=0时,f(0)=g(0)=1;当x=1时,f(1)=g(1)=9,依题意,不妨设f(x)=g(y)=t,则x,y分别是直线y=t与函数y=f(x),y=g(x)图象的交点的横坐标.当t>9时,若f(x)=g(y),则x>y>1,故A不正确;当t=9或t=1时,若f(x)=g(y),则x=y=1或x=y=0,故B正确;当1考点三 指数函数的性质及其应用(多考向探究)
考向1比较指数式的大小
例3 (2023·天津高考)若a=1.010.5,b=1.010.6,c=0.60.5,则a,b,c的大小关系为(  )
A.c>a>b B.c>b>a
C.a>b>c D.b>a>c
答案 D
解析 解法一:因为函数f(x)=1.01x是增函数,且0.6>0.5>0,所以1.010.6>1.010.5>1,即b>a>1.因为函数φ(x)=0.6x是减函数,且0.5>0,所以0.60.5<0.60=1,即c<1.综上,b>a>c.故选D.
解法二:因为函数f(x)=1.01x是增函数,且0.6>0.5,所以1.010.6>1.010.5,即b>a.因为函数h(x)=x0.5在(0,+∞)上单调递增,且1.01>0.6>0,所以1.010.5>0.60.5,即a>c.综上,b>a>c.故选D.
【通性通法】
比较两个指数式的大小时,尽量化成同底或同指.
(1)当底数相同,指数不同时,构造同一指数函数,然后利用指数函数的性质比较大小.
(2)当指数相同,底数不同时,构造两个指数函数,利用图象比较大小;或构造同一幂函数,然后利用幂函数的性质比较大小.
(3)当底数不同,指数也不同时,常借助1,0等中间量进行比较.
【巩固迁移】
5.(2023·福建泉州高三质检)已知a=,b=,c=,则(  )
A.a>b>c B.c>b>a
C.c>a>b D.b>a>c
答案 C
解析 因为=>1,=<1,>1,y=在R上是增函数,所以>,所以>>,即c>a>b.
考向2 解简单的指数方程或不等式
例4 (1)(多选)若4x-4y<5-x-5-y,则下列关系式正确的是(  )
A.xx-3
C.> D.<3-x
答案 AD
解析 由4x-4y<5-x-5-y,得4x-5-x<4y-5-y,令f(x)=4x-5-x,则f(x)y-3,故B错误;当x<0,y<0时,,无意义,故C错误;因为y=在R上是减函数,且x(2)已知实数a≠1,函数f(x)=若f(1-a)=f(a-1),则a的值为________.
答案 
解析 当a<1时,41-a=21,解得a=;当a>1时,2a-(1-a)=4a-1,无解.故a的值为.
【通性通法】
(1)解指数方程的依据:af(x)=ag(x)(a>0,且a≠1) f(x)=g(x).
(2)解指数不等式的思路方法:对于形如ax>ab(a>0,且a≠1)的不等式,需借助函数y=ax的单调性求解,如果a的取值不确定,则需分a>1与0b的不等式,需先将b转化为以a为底的指数幂的形式,再借助函数y=ax的单调性求解.
【巩固迁移】
6.函数y=(0.5x-8)的定义域为________.
答案 (-∞,-3)
解析 因为y=(0.5x-8)=,所以0.5x-8>0,则2-x>23,即-x>3,解得x<-3,故函数y=(0.5x-8)的定义域为(-∞,-3).
7.当00,且a≠1)有解,则实数a的取值范围是________.
答案 (4,+∞)
解析 依题意,当x∈时,y=ax与y=的图象有交点,作出y=的部分图象,如图所示,所以解得a>4.
考向3与指数函数有关的复合函数问题
例5 (1)函数f(x)=3-x2+1的值域为________.
答案 (0,3]
解析 设t=-x2+1,则t≤1,所以0<3t≤3,故函数f(x)的值域为(0,3].
(2)函数y=-8·+17的单调递增区间为________.
答案 [-2,+∞)
解析 设t=>0,又y=t2-8t+17=(t-4)2+1在(0,4]上单调递减,在(4,+∞)上单调递增.由≤4,得x≥-2,由>4,得x<-2,而函数t=在R上单调递减,所以函数y=-8·+17的单调递增区间为[-2,+∞).
【通性通法】
涉及指数函数的综合问题,首先要掌握指数函数的相关性质,其次要明确复合函数的构成,涉及值域、单调区间、最值等问题时,都要借助“同增异减”这一性质分析判断.
【巩固迁移】
8.(多选)已知定义在[-1,1]上的函数f(x)=-2·9x+4·3x,则下列结论中正确的是(  )
A.f(x)的单调递减区间是[0,1]
B.f(x)的单调递增区间是[-1,1]
C.f(x)的最大值是f(0)=2
D.f(x)的最小值是f(1)=-6
答案 ACD
解析 设t=3x,x∈[-1,1],则t=3x是增函数,且t∈,又函数y=-2t2+4t=-2(t-1)2+2在上单调递增,在[1,3]上单调递减,因此f(x)在[-1,0]上单调递增,在[0,1]上单调递减,故A正确,B错误;f(x)max=f(0)=2,故C正确;f(-1)=,f(1)=-6,因此f(x)的最小值是f(1)=-6,故D正确.故选ACD.
9.若函数f(x)=的值域是,则f(x)的单调递增区间是________.
答案 (-∞,-1]
解析 ∵y=是减函数,且f(x)的值域是,∴t=ax2+2x+3有最小值2,则a>0且=2,解得a=1,因此t=x2+2x+3的单调递减区间是(-∞,-1],故f(x)的单调递增区间是(-∞,-1].
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第五节 指数与指数函数
课标解读 考向预测
1.了解指数幂的拓展过程,掌握指数幂的运算性质. 2.了解指数函数的实际意义,理解指数函数的概念. 3.会画指数函数的图象,探索并理解指数函数的单调性与特殊点. 指数函数是高考考查的重点内容之一,应当熟练掌握指数函数的概念、图象和单调性等常考知识点.在近三年的高考中,考查了指数型函数的图象和性质,或与分段函数结合,以选择题或填空题的形式出现. 预计2025年高考可能会考查利用指数函数的性质比较大小、指数型函数图象的识别与应用以及指数型函数单调性的应用,题型为选择题或填空题,难度中档;也可能会以指数或指数函数为载体,结合新定义、初等数论等以创新型题目出现在第19题,难度较大.
【知识梳理】
1.根式
(1)如果xn=a,那么x叫做a的n次方根,其中n>1,且n∈N*.
(2)式子叫做根式,其中n叫做根指数,a叫做被开方数.
(3)()n=a.
当n为奇数时,=a;
当n为偶数时,=|a|=
2.分数指数幂
正数的正分数指数幂,a=(a>0,m,n∈N*,n>1).
正数的负分数指数幂,a-==(a>0,m,n∈N*,n>1).
0的正分数指数幂等于0,0的负分数指数幂没有意义.
3.指数幂的运算性质
aras=ar+s;(ar)s=ars;(ab)r=arbr(a>0,b>0,r,s∈R).
4.指数函数及其性质
(1)概念:函数y=ax(a>0,且a≠1)叫做指数函数,其中指数x是自变量,定义域是R,a是底数.
(2)指数函数的图象与性质
a>1 0图象
定义域 R
值域 (0,+∞)
性质 图象过定点(0,1),即当x=0时,y=1
当x>0时,y>1; 当x<0时,01;当x>0时,0在(-∞,+∞)上是增函数 在(-∞,+∞)上是减函数
【常用结论】
(1)任意实数的奇次方根只有一个,正数的偶次方根有两个且互为相反数.
(2)画指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象,应抓住三个关键点:(1,a),(0,1),.
(3)如图是指数函数①y=ax,②y=bx,③y=cx,④y=dx的图象,底数a,b,c,d与1之间的大小关系为c>d>1>a>b>0.由此我们可得到以下规律:在第一象限内,指数函数y=ax(a>0,a≠1)的图象越高,底数越大.
(4)指数函数y=ax与y=(a>0,且a≠1)的图象关于y轴对称.
【诊断自测】
1.概念辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)=-4.(  )
(2)2a·2b=2ab.(  )
(3)=()n=a.(  )
(4)=(-3).(  )
(5)函数y=2x-1是指数函数.(  )
2.小题热身
(1)(人教A必修第一册习题4.1 T1改编)下列运算中正确的是(  )
A.=2-π B.a=
C.(mn)8= D.(x3-)3+=x9
(2)已知指数函数y=f(x)的图象经过点(-1,2),那么这个函数也必定经过点(  )
A. B.
C.(1,2) D.
(3)函数y=2x+1的图象是(  )
(4)若函数y=ax(a>0,且a≠1)在区间[0,1]上的最大值与最小值之和为3,则a的值为________.
【考点探究】
考点一 指数幂的运算
例1(1)(2024·湖北宜昌高三模拟)已知x,y>0,化简=__________.
(2)计算:-0.752+6-2×=________.
【通性通法】
【巩固迁移】
1.·(a>0,b>0)=________.
2.若x+x=3,则x2+x-2=________.
考点二 指数函数的图象及其应用
例2(1)(2024·安徽合肥八中月考)函数①y=ax;②y=bx;③y=cx;④y=dx的图象如图所示,a,b,c,d分别是下列四个数:,,,中的一个,则a,b,c,d的值分别是(  )
A.,,, B.,,,
C.,,, D.,,,
(2)(2024·江苏南京金陵高三期末)若直线y=3a与函数y=|ax-1|(a>0,且a≠1)的图象有两个公共点,则a的取值范围为________.
【通性通法】
(1)根据指数函数图象判断底数大小的问题,可以通过直线x=1与图象的交点进行判断.
(2)对于有关指数型函数的图象可从指数函数的图象通过平移、伸缩、对称变换而得到.特别地,当底数a与1的大小关系不确定时应注意分类讨论.
(3)已知函数解析式判断其图象一般是取特殊点,判断选项中的图象是否过这些点,若不满足则排除.
【巩固迁移】
3.(2024·广东深圳中学高三摸底)函数y=e-|x|(e是自然对数的底数)的大致图象是(  )
4.(多选)若实数x,y满足4x+5x=5y+4y,则下列关系式中可能成立的是(  )
A.1C.0考点三 指数函数的性质及其应用(多考向探究)
考向1比较指数式的大小
例3 (2023·天津高考)若a=1.010.5,b=1.010.6,c=0.60.5,则a,b,c的大小关系为(  )
A.c>a>b B.c>b>a
C.a>b>c D.b>a>c
【通性通法】
比较两个指数式的大小时,尽量化成同底或同指.
(1)当底数相同,指数不同时,构造同一指数函数,然后利用指数函数的性质比较大小.
(2)当指数相同,底数不同时,构造两个指数函数,利用图象比较大小;或构造同一幂函数,然后利用幂函数的性质比较大小.
(3)当底数不同,指数也不同时,常借助1,0等中间量进行比较.
【巩固迁移】
5.(2023·福建泉州高三质检)已知a=,b=,c=,则(  )
A.a>b>c B.c>b>a
C.c>a>b D.b>a>c
考向2 解简单的指数方程或不等式
例4 (1)(多选)若4x-4y<5-x-5-y,则下列关系式正确的是(  )
A.xx-3
C.> D.<3-x
(2)已知实数a≠1,函数f(x)=若f(1-a)=f(a-1),则a的值为________.
【通性通法】
(1)解指数方程的依据:af(x)=ag(x)(a>0,且a≠1) f(x)=g(x).
(2)解指数不等式的思路方法:对于形如ax>ab(a>0,且a≠1)的不等式,需借助函数y=ax的单调性求解,如果a的取值不确定,则需分a>1与0b的不等式,需先将b转化为以a为底的指数幂的形式,再借助函数y=ax的单调性求解.
【巩固迁移】
6.函数y=(0.5x-8)的定义域为________.
7.当00,且a≠1)有解,则实数a的取值范围是________.
考向3与指数函数有关的复合函数问题
例5 (1)函数f(x)=3-x2+1的值域为________.
(2)函数y=-8·+17的单调递增区间为________.
【通性通法】
涉及指数函数的综合问题,首先要掌握指数函数的相关性质,其次要明确复合函数的构成,涉及值域、单调区间、最值等问题时,都要借助“同增异减”这一性质分析判断.
【巩固迁移】
8.(多选)已知定义在[-1,1]上的函数f(x)=-2·9x+4·3x,则下列结论中正确的是(  )
A.f(x)的单调递减区间是[0,1]
B.f(x)的单调递增区间是[-1,1]
C.f(x)的最大值是f(0)=2
D.f(x)的最小值是f(1)=-6
9.若函数f(x)=的值域是,则f(x)的单调递增区间是________.
课时作业
【A组 基础练习】
一、单项选择题
1.(2024·内蒙古阿拉善盟第一中学高三期末)已知集合A={x|32x-1≥1},B={x|6x2-x-2<0},则A∪B=(  )
A. B.
C. D.
2.(2024·山东枣庄高三模拟)已知指数函数y=ax的图象如图所示,则y=ax2+x的图象顶点横坐标的取值范围是(  )
A. B.
C. D.
3.已知函数f(x)=,则对任意实数x,有(  )
A.f(-x)+f(x)=0 B.f(-x)-f(x)=0
C.f(-x)+f(x)=1 D.f(-x)-f(x)=
4.已知a=2,b=4,c=5,则(  )
A.cC.b5.(2024·江苏连云港海滨中学高三学情检测)若函数f(x)=ax(a>0,且a≠1)在[-1,2]上的最大值为4,最小值为m,则实数m的值为(  )
A. B.
C. D.或
6.(2023·新课标Ⅰ卷)设函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)上单调递减,则a的取值范围是(  )
A.(-∞,-2] B.[-2,0)
C.(0,2] D.[2,+∞)
7.(2023·辽宁名校联盟联考)已知函数f(x)满足f(x)=若f(a)>f(-a),则实数a的取值范围是(  )
A.(-1,0)∪(0,1)
B.(-1,0)∪(1,+∞)
C.(-∞,-1)∪(1,+∞)
D.(-∞,-1)∪(0,1)
8.(2024·福建漳州四校期末)已知正数a,b,c满足2a+=4,3b+=6,4c+=8,则下列判断正确的是(  )
A.aC.c二、多项选择题
9.下列各式中成立的是(  )
A.=n7m(n>0,m>0)
B.-=
C.=
D.[(a3)2(b2)3]-=a-2b-2(a>0,b>0)
10.已知函数f(x)=,下列说法正确的是(  )
A.f(x)的图象关于原点对称
B.f(x)的图象关于直线x=1对称
C.f(x)的值域为(-1,1)
D. x1,x2∈R,且x1≠x2,<0
三、填空题
11.0.25-(-2×160)2×(2)3+×(4)-1=________.
12.不等式10x-6x-3x≥1的解集为________.
13.若函数f(x)=|2x-a|-1的值域为[-1,+∞),则实数a的取值范围为________.
14.已知函数f(x)=关于x的不等式f(x)≤f(2)的解集为I,若I?(-∞,2],则实数a的取值范围是________.
四、解答题
15.(2024·辽宁沈阳东北育才学校高三月考)已知函数f(x)是定义在R上的奇函数,且函数g(x)=f(x)+ex是定义在R上的偶函数.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求不等式f(x)≥的解集.
解 (1)∵g(x)=f(x)+ex是定义在R上的偶函数,
∴g(-x)=g(x),即f(-x)+e-x=f(x)+ex,
∵f(x)是定义在R上的奇函数,
∴f(-x)=-f(x),
∴-f(x)+e-x=f(x)+ex,
∴f(x)=.
(2)由(1),知≥,得2e-x-2ex-3≥0,
即2(ex)2+3ex-2≤0,
令t=ex,t>0,则2t2+3t-2≤0,
解得0∴0∴x≤-ln 2,
∴不等式f(x)≥的解集为(-∞,-ln 2].
16.(2024·山东菏泽高三期中)已知函数f(x)=.
(1)解关于x的不等式f(x)>,a∈R;
(2)若 x∈(1,3), m∈(1,2),f(2mnx-4)-f(x2+nx)+x2+nx-2mnx+4≤0,求实数n的取值范围.
解 (1)由>,得x3+x当1-a=0,即a=1时,不等式恒成立,
则f(x)>的解集为R;
当1-a>0,即a<1时,x<,
则f(x)>的解集为;
当1-a<0,即a>1时,x>,
则f(x)>的解集为.
综上所述,当a=1时,不等式的解集是R;
当a<1时,不等式的解集是;
当a>1时,不等式的解集是.
(2)因为y=x3和y=x均为增函数,
所以y=x3+x是增函数,
因为y=是减函数,
所以f(x)是减函数,则g(x)=f(x)-x是减函数.
由f(2mnx-4)-f(x2+nx)+x2+nx-2mnx+4≤0可得,
g(2mnx-4)=f(2mnx-4)-(2mnx-4)≤f(x2+nx)-(x2+nx)=g(x2+nx),
所以2mnx-4≥x2+nx,
所以2mn-n≥x+能成立,
又x+≥2=4,当且仅当x=,
即x=2时,不等式取等号,即 m∈(1,2),2mn-n≥4恒成立,
由一次函数性质可知,解得n≥4,
所以实数n的取值范围是[4,+∞).
【B组 素养提升】
17.(多选)已知函数f(x)=a·+b的图象经过原点,且无限接近直线y=2,但又不与该直线相交,则下列说法正确的是(  )
A.a+b=0
B.若f(x)=f(y),且x≠y,则x+y=0
C.若xD.f(x)的值域为[0,2)
18.(多选)已知实数a,b满足3a=6b,则下列关系式可能成立的是(  )
A.a=b B.0C.a19.(2023·广东珠海一中阶段考试)对于函数f(x),若其定义域内存在实数x满足f(-x)=-f(x),则称f(x)为“准奇函数”.若函数f(x)=,则f(x)________(是,不是)“准
奇函数”;若g(x)=2x+m为定义在[-1,1]上的“准奇函数”,则实数m的取值范围为________.
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