【学霸笔记:同步精讲】第4章 4.2 4.2.1 4.2.2 第1课时 指数函数的概念、图象与性质 讲义----2026版高中数学湘教版必修第一册

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【学霸笔记:同步精讲】第4章 4.2 4.2.1 4.2.2 第1课时 指数函数的概念、图象与性质 讲义----2026版高中数学湘教版必修第一册

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4.2 指数函数
4.2.1 指数爆炸和指数衰减
4.2.2 指数函数的图象与性质
第1课时 指数函数的概念、图象与性质
学习任务 核心素养
1.理解指数函数的概念与意义,掌握指数函数的定义域、值域的求法.(重点、难点) 2.能画出具体指数函数的图象,并能根据指数函数的图象说明指数函数的性质.(重点) 1.通过指数函数图象的绘制,培养直观想象素养. 2.借助指数函数的定义域、值域的求法,培养逻辑推理素养.
将一张报纸连续对折,折叠次数x与对应的层数y之间存在什么关系?对折后的面积S(设原面积为1)与折叠的次数有怎样的关系?
折叠次数 对应层数 对折后的面积S
x=1 y=2=21 S=
x=2 y=4=22 S==
x=3 y=8=23 S==
……  ……    ……
知识点1 指数函数的概念
如果让底数为常数而使指数为自变量x,则得到一类新的函数__________(x∈R),叫作指数函数,其中a>0且a≠1.
1.为什么指数函数的底数a>0,且a≠1.
                                    
                                    
1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)y=x2是指数函数. (  )
(2)函数y=2-x不是指数函数. (  )
知识点2 指数爆炸和指数衰减
(1)指数爆炸:当底数a>1时,指数函数值随自变量的增长而__________,底数a较大时指数函数值增长速度惊人,被称为指数爆炸.
(2)指数增长:在经济学或其他学科中,当某个量在一个既定的时间周期中,其增长__________是一个常量时,这个量就被描述为指数式增长,也称指数增长.
(3)指数衰减:当底数a满足02.某市现有人口总数为100万人,如果年平均增长率为1.2%.则x年后该城市人口总数y(万人)与年份x(年)之间的函数关系式为________.
分别求出指数函数y=2x在自变量取-2,-1,-,0,,1,2时所对应的函数值(填写下表),并由此猜测指数函数y=2x的定义域、值域、奇偶性、单调性,尝试说明理由.
x -2 -1 - 0 1 2
y=2x
知识点3 指数函数的图象与性质
a的范围 a>1 0<a<1
图象
性质 定义域 (-∞,+∞)
值域 __________
过定点 __________,即当x=0时,y=__________
单调性 在R上是__________ 在R上是__________
奇偶性 非奇非偶函数
对称性 函数y=ax与y=a-x的图象关于__________对称
2.指数函数y=ax(a>0且a≠1)的图象“升”“降”主要取决于什么?
                                    
                                    
指数函数图象的特征
同一坐标系中,画出不同底数的指数函数的图象如图所示.
直线x=1与四个指数函数y=ax,y=bx,y=cx,y=dx的交点依次为(1,a),(1,b),(1,c),(1,d),所以有03.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)指数函数y=mx(m>0且m≠1)是R上的增函数. (  )
(2)指数函数y=ax(a>0且a≠1)既不是奇函数,也不是偶函数. (  )
(3)所有的指数函数图象过定点(0,1). (  )
(4)函数y=a|x|与函数y=|ax|的图象是相同的. (  )
4.函数y=3-x的图象是(  )
A        B
C        D
类型1 指数函数的概念
【例1】 下列函数中,指数函数的个数是(  )
①y=(-8)x;②y=2x2-1;③y=ax;④y=2·3x.
A.1 B.2    
C.3     D.0
[尝试解答]                                     
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
 判断一个函数是否为指数函数,要牢牢抓住3点
(1)底数是大于0且不等于1的常数;
(2)指数函数的自变量必须位于指数的位置上;
(3)ax的系数必须为1.
[跟进训练]
1.已知函数f (x)=(2a-1)x是指数函数,则实数a的取值范围是________.
                                    
                                    
                                    
                                    
类型2 指数函数的实际应用
【例2】 【链接教材P107例1】
某林区2022年木材蓄积量为200万立方米,由于采取了封山育林、严禁采伐等措施,使木材蓄积量的年平均递增率能达到5%.
(1)若经过x年后,该林区的木材蓄积量为y万立方米,求y=f (x)的表达式,并求此函数的定义域;
(2)求经过多少年后,林区的木材蓄积量能达到300万立方米.
[尝试解答]                                     
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
 实际应用问题中指数函数模型的类型
(1)指数增长模型
设原有量为N,每次的增长率为p,则经过x次增长,该量增长到y,则y=N(1+p)x(x∈N).
(2)指数减少模型
设原有量为N,每次的减少率为p,则经过x次减少,该量减少到y,则y=N(1-p)x(x∈N).
(3)指数型函数
把形如y=kax(k≠0,a>0且a≠1)的函数称为指数型函数,这是非常有用的函数模型.
[跟进训练]
2.若镭经过100年后剩留量为原来的95.76%,设质量为1的镭经过x年后剩留量为y,则x,y的函数关系是(  )
A.y= B.y=(0.957 6)100x
C.y= D.y=1-
类型3 指数函数的图象的应用
【例3】 (1)函数f (x)=ax-b的图象如图所示,其中a,b为常数,则下列结论正确的是(  )
A.a>1,b<0 B.a>1,b>0
C.00 D.0(2)函数y=ax-3+3(a>0且a≠1)的图象过定点________.
[尝试解答]                                     
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
 指数函数图象问题的处理技巧
(1)抓住图象上的特殊点,如指数函数的图象过定点.
(2)利用图象变换,如函数图象的平移变换(左右平移、上下平移).
(3)利用函数的奇偶性与单调性.奇偶性确定函数的对称情况,单调性决定函数图象的走势.
[跟进训练]
3.已知f (x)=2x,指出下列函数的图象是由y=f (x)的图象通过怎样的变化得到:
(1)y=2x+1;(2)y=2x-1;(3)y=2x+1;(4)y=2-x;(5)y=2|x|.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
1.下列函数一定是指数函数的是(  )
A.y=2x+1   B.y=x3
C.y=3·2x D.y=3-x
2.若指数函数f (x)的图象过点(3,8),则f (x)的解析式为(  )
A.f (x)=x3  B.f (x)=2x
C.f (x)= D.f (x)=
3.(教材P113习题4.2 T7改编)如图是指数函数①y=ax,②y=bx,③y=cx,④y=dx的图象,则a,b,c,d与1的大小关系是(  )
A.a<b<1<c<d B.b<a<1<d<c
C.1<a<b<c<d D.a<b<1<d<c
5.若函数f (x)=(4-3a)x是指数函数,则实数a的取值范围是________.
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.函数f (x)=ax是指数函数吗?
2.指数型函数的形式是什么样的?
3.指数函数的图象主要由谁决定?
7/74.2 指数函数
4.2.1 指数爆炸和指数衰减
4.2.2 指数函数的图象与性质
第1课时 指数函数的概念、图象与性质
学习任务 核心素养
1.理解指数函数的概念与意义,掌握指数函数的定义域、值域的求法.(重点、难点) 2.能画出具体指数函数的图象,并能根据指数函数的图象说明指数函数的性质.(重点) 1.通过指数函数图象的绘制,培养直观想象素养. 2.借助指数函数的定义域、值域的求法,培养逻辑推理素养.
将一张报纸连续对折,折叠次数x与对应的层数y之间存在什么关系?对折后的面积S(设原面积为1)与折叠的次数有怎样的关系?
折叠次数 对应层数 对折后的面积S
x=1 y=2=21 S=
x=2 y=4=22 S==
x=3 y=8=23 S==
……  ……    ……
知识点1 指数函数的概念
如果让底数为常数而使指数为自变量x,则得到一类新的函数y=ax(x∈R),叫作指数函数,其中a>0且a≠1.
1.为什么指数函数的底数a>0,且a≠1.
[提示] ①当a≤0时,ax可能无意义;②当a>0时,x可以取任何实数;③当a=1时,ax=1(x∈R),无研究价值.因此规定y=ax中a>0,且a≠1.
1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)y=x2是指数函数. (  )
(2)函数y=2-x不是指数函数. (  )
[答案] (1)× (2)×
知识点2 指数爆炸和指数衰减
(1)指数爆炸:当底数a>1时,指数函数值随自变量的增长而增大,底数a较大时指数函数值增长速度惊人,被称为指数爆炸.
(2)指数增长:在经济学或其他学科中,当某个量在一个既定的时间周期中,其增长百分比是一个常量时,这个量就被描述为指数式增长,也称指数增长.
(3)指数衰减:当底数a满足02.某市现有人口总数为100万人,如果年平均增长率为1.2%.则x年后该城市人口总数y(万人)与年份x(年)之间的函数关系式为________.
y=100(1+1.2%)x [1年后城市人口总数为:y=100+100×1.2%=100(1+1.2%);
2年后城市人口总数为:y=100×(1+1.2%)+100×(1+1.2%)×1.2%=100(1+1.2%)2;
同理3年后城市人口总数为y=100(1+1.2%)3,
……
故x年后的城市人口总数为y=100(1+1.2%)x.]
分别求出指数函数y=2x在自变量取-2,-1,-,0,,1,2时所对应的函数值(填写下表),并由此猜测指数函数y=2x的定义域、值域、奇偶性、单调性,尝试说明理由.
x -2 -1 - 0 1 2
y=2x
知识点3 指数函数的图象与性质
a的范围 a>1 0<a<1
图象
性质 定义域 (-∞,+∞)
值域 (0,+∞)
过定点 (0,1),即当x=0时,y=1
单调性 在R上是增函数 在R上是减函数
奇偶性 非奇非偶函数
对称性 函数y=ax与y=a-x的图象关于y轴对称
2.指数函数y=ax(a>0且a≠1)的图象“升”“降”主要取决于什么?
[提示] 指数函数y=ax(a>0且a≠1)的图象“升”“降”主要取决于字母a.当a>1时,图象具有上升趋势;当0指数函数图象的特征
同一坐标系中,画出不同底数的指数函数的图象如图所示.
直线x=1与四个指数函数y=ax,y=bx,y=cx,y=dx的交点依次为(1,a),(1,b),(1,c),(1,d),所以有03.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)指数函数y=mx(m>0且m≠1)是R上的增函数. (  )
(2)指数函数y=ax(a>0且a≠1)既不是奇函数,也不是偶函数. (  )
(3)所有的指数函数图象过定点(0,1). (  )
(4)函数y=a|x|与函数y=|ax|的图象是相同的. (  )
[答案] (1)× (2)√ (3)√ (4)×
4.函数y=3-x的图象是(  )
A        B
C        D
B [∵y=3-x=,∴B选项正确.]
类型1 指数函数的概念
【例1】 下列函数中,指数函数的个数是(  )
①y=(-8)x;②y=;③y=ax;④y=2·3x.
A.1 B.2    
C.3     D.0
D [①中底数-8<0,所以不是指数函数;
②中指数不是自变量x,所以不是指数函数;
③中,只有规定a>0且a≠1时,才是指数函数;
④中3x前的系数是2,而不是1,所以不是指数函数,故选D.]
 判断一个函数是否为指数函数,要牢牢抓住3点
(1)底数是大于0且不等于1的常数;
(2)指数函数的自变量必须位于指数的位置上;
(3)ax的系数必须为1.
[跟进训练]
1.已知函数f (x)=(2a-1)x是指数函数,则实数a的取值范围是________.
∪(1,+∞) [由题意可知
解得a>,且a≠1,
所以实数a的取值范围是∪(1,+∞).]
类型2 指数函数的实际应用
【例2】 【链接教材P107例1】
某林区2022年木材蓄积量为200万立方米,由于采取了封山育林、严禁采伐等措施,使木材蓄积量的年平均递增率能达到5%.
(1)若经过x年后,该林区的木材蓄积量为y万立方米,求y=f (x)的表达式,并求此函数的定义域;
(2)求经过多少年后,林区的木材蓄积量能达到300万立方米.
[解] (1)现有木材蓄积量为200万立方米,经过1年后木材蓄积量为200+200×5%=200(1+5%).
经过2年后木材蓄积量为:200(1+5%)+200(1+5%)×5%=200×(1+5%)2.
∴经过x年后木材蓄积量为200(1+5%)x.
∴y=f (x)=200(1+5%)x,函数的定义域为{x|x∈N}.
(2)作函数y=f (x)=200(1+5%)x(x≥0)图象如图所示.
x 0 1 2 3 …
y 200 210 220.5 231.5 …
作直线y=300与函数y=200(1+5%)x的图象交于A点,则A(x0,300),A点的横坐标x0的值就是函数值y=300时(木材蓄积量为300万立方米时)所经过的时间x年的值.
∵8即经过9年后,林区的木材蓄积量能达到300万立方米.
【教材原题·P107例1】
例1 某公司为大力提升创新水平,计划逐年加大研发资金投入.若该公司当年投入的研发资金为3 500万元,预计下一年(将为计划执行的第一年)投入的研发资金为4 200万元;如果假定增速a不变,该公司第x年投入的研发资金用函数G(x)=C·ax来近似地表示,写出此函数的解析式,并以此估计计划执行的第8年该公司投入研发资金为多少万元(结果精确到1万元).
[解] 按假设条件和数据,有
G(0)=C·a0=3 500,
G(1)=C·a1=4 200.
解得C=3 500,
于是a===.
因此,该函数解析式为G(x)=3 500×.
以此估计出该公司第8年投入的研发资金为G(8)=C·a8=3 500×≈15 049(万元).
 实际应用问题中指数函数模型的类型
(1)指数增长模型
设原有量为N,每次的增长率为p,则经过x次增长,该量增长到y,则y=N(1+p)x(x∈N).
(2)指数减少模型
设原有量为N,每次的减少率为p,则经过x次减少,该量减少到y,则y=N(1-p)x(x∈N).
(3)指数型函数
把形如y=kax(k≠0,a>0且a≠1)的函数称为指数型函数,这是非常有用的函数模型.
[跟进训练]
2.若镭经过100年后剩留量为原来的95.76%,设质量为1的镭经过x年后剩留量为y,则x,y的函数关系是(  )
A.y= B.y=(0.957 6)100x
C.y= D.y=1-
A [由100年后剩留量为原来的95.76%,故x年后的剩留量y=.]
类型3 指数函数的图象的应用
【例3】 (1)函数f (x)=ax-b的图象如图所示,其中a,b为常数,则下列结论正确的是(  )
A.a>1,b<0 B.a>1,b>0
C.00 D.0(2)函数y=ax-3+3(a>0且a≠1)的图象过定点________.
(1)D (2)(3,4) [(1)由于f (x)单调递减,所以00,所以b<0,故选D.
(2)令x-3=0得x=3,此时y=4.故函数y=ax-3+3(a>0且a≠1)的图象过定点(3,4).]
 指数函数图象问题的处理技巧
(1)抓住图象上的特殊点,如指数函数的图象过定点.
(2)利用图象变换,如函数图象的平移变换(左右平移、上下平移).
(3)利用函数的奇偶性与单调性.奇偶性确定函数的对称情况,单调性决定函数图象的走势.
[跟进训练]
3.已知f (x)=2x,指出下列函数的图象是由y=f (x)的图象通过怎样的变化得到:
(1)y=2x+1;(2)y=2x-1;(3)y=2x+1;(4)y=2-x;(5)y=2|x|.
[解] (1)y=2x+1的图象是由y=2x的图象向左平移1个单位长度得到.
(2)y=2x-1的图象是由y=2x的图象向右平移1个单位长度得到.
(3)y=2x+1的图象是由y=2x的图象向上平移1个单位长度得到.
(4)∵y=2-x与y=2x的图象关于y轴对称,∴作y=2x的图象关于y轴的对称图形便可得到y=2-x的图象.
(5)∵y=2|x|为偶函数,故其图象关于y轴对称,故先作出当x≥0时,y=2x的图象,再作关于y轴的对称图形,即可得到y=2|x|的图象.
1.下列函数一定是指数函数的是(  )
A.y=2x+1   B.y=x3
C.y=3·2x D.y=3-x
D [结合指数函数的定义可知D正确,故选D.]
2.若指数函数f (x)的图象过点(3,8),则f (x)的解析式为(  )
A.f (x)=x3  B.f (x)=2x
C.f (x)= D.f (x)=
B [设f (x)=ax(a>0且a≠1),则由f (3)=8得
a3=8,
∴a=2,
∴f (x)=2x,故选B.]
3.(教材P113习题4.2 T7改编)如图是指数函数①y=ax,②y=bx,③y=cx,④y=dx的图象,则a,b,c,d与1的大小关系是(  )
A.a<b<1<c<d B.b<a<1<d<c
C.1<a<b<c<d D.a<b<1<d<c
B [作直线x=1,与四个图象分别交于A,B,C,D四点,则A(1,a),B(1,b),C(1,c),D(1,d),由图可知b]
4.碳14的半衰期为5 730年,那么碳14的年衰变率为________.
 [设原物质的量为1,则经过一年后该物质剩余量为,即年衰变率为.]
5.若函数f (x)=(4-3a)x是指数函数,则实数a的取值范围是________.
 [由题意可知故a<且a≠1.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.函数f (x)=ax是指数函数吗?
[提示] 不一定,当a>0且a≠1时,f (x)=ax是指数函数.
2.指数型函数的形式是什么样的?
[提示] 形如y=kax(k≠0,a>0且a≠1).
3.指数函数的图象主要由谁决定?
[提示] 指数函数的底数决定图象的变化趋势.
课时分层作业(二十八) 指数函数的概念、图象与性质
一、选择题
1.若函数y=(a2-4a+4)ax是指数函数,则a的值是(  )
A.4 B.1或3   
C.3     D.1
C [由题意得解得a=3,故选C.]
2.函数y=-1的定义域是(  )
A.R B.{x|x≠1}
C.{x|x≠0} D.{x|x≠0且x≠1}
C [只需有意义,即x≠0.]
3.指数函数y=f (x)的图象经过点,那么f (4)·f (2)等于(  )
A.8 B.16
C.32 D.64
D [由指数函数y=f (x)=ax(a>0且a≠1)的图象经过点,可得a-2=,解得a=2,函数的解析式为y=2x,f (4)·f (2)=24×22=64.]
4.已知函数f (x)=若f (f (-1))=4,则a=(  )
A.
C.1 D.2
D [由题意得f (f (-1))=f (2-(-1))=f (2)=a2=4,又a>0,且a≠1,所以a=2,故选D.]
5.我国2020年底的人口总数为M,人口的年平均自然增长率为p,到2030年底我国人口总数是(  )
A.M(1+p)8 B.M(1+p)9
C.M(1+p)10 D.M(1+p)11
C [从2020到2030年一共增长了10次.]
二、填空题
6.函数f (x)=2·ax-1+1的图象恒过定点________.
(1,3) [令x-1=0,得x=1,f (1)=2×1+1=3,
所以f (x)的图象恒过定点(1,3).]
7.某农场今年计划种甘蔗100 hm2,以后每年比前一年多种20%,那么从今年算起,第四年应种甘蔗________hm2.
172.8 [因为今年计划种甘蔗100 hm2,以后每年比前一年多种20%,所以第二年种100(1+20%) hm2,
第三年种100(1+20%)2 hm2,
第四年种100(1+20%)3=172.8 hm2.]
8.某品牌笔记本电脑的成本不断降低,若每隔4年价格就降低,则现在价格为8 100元的笔记本电脑,12年后的价格将降为________元.
2 400 [12年后的价格将降为8 100×=2 400(元).]
三、解答题
9.人工放射性核素碘-131可发射β射线治疗甲亢,已知该物质的半衰期为8天,即一定质量的碘-131经过8天之后剩留原来质量的一半.设质量为a的碘-131经过x天后剩留的质量为y,试写出y关于x的函数解析式.
[解] 根据题意,物质的半衰期为8天,则每隔8天质量变为原来的一半,
则y=a,x∈N+.
10.设f (x)=3x,g(x)=.
(1)在同一坐标系中作出f (x),g(x)的图象;
(2)计算f (1)与g(-1),f (π)与g(-π),f (m)与g(-m)的值,从中你能得到什么结论?
[解] (1)函数f (x),g(x)的图象如图所示:
(2)f (1)=31=3,g(-1)==3,
f (π)=3π,g(-π)==3π,
f (m)=3m,g(-m)==3m.
从以上计算的结果看,两个函数当自变量取值互为相反数时,其函数值相等,即当指数函数的底数互为倒数时,它们的图象关于y轴对称.
11.函数y=a-|x|(0A    B     C    D
A [y=a-|x|=,易知函数为偶函数,∵01,故当x>0时,函数为增函数,当x<0时,函数为减函数,当x=0时,函数有最小值,最小值为1,且指数函数为凹函数,故选A.]
12.(多选题)若a>1,-1A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
ABC [∵a>1,且-1故函数y=ax+b的图象一定过第一、二、三象限.]
13.若方程|2x-1|=a有唯一实数解,则a的取值范围是________.
 [作出y=|2x-1|的图象,如图,要使直线y=a与图象的交点只有一个,所以a≥1或a=0.
]
14.已知实数a,b满足等式=,给出下列五个关系式:①0①②⑤ [作y=与y=的图象(图略).
当a=b=0时,==1;
当a当a>b>0时,也可以使=.
故①②⑤都可能成立,不可能成立的关系式是③④.]
15.已知函数f (x)=ax+b(a>0且a≠1).
(1)若f (x)的图象如图①所示,求a,b的取值范围;
(2)若f (x)的图象如图②所示,|f (x)|=m有且仅有一个实数解,求m的范围.
[解] (1)由f (x)为减函数可知a的取值范围为(0,1),
又f (0)=1+b<0,所以b的取值范围为(-∞,-1).
(2)由题图②可知,y=|f (x)|的图象如图所示.
由图象可知使|f (x)|=m有且仅有一解的m的取值范围为m=0或m≥3.
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