第12讲 指数函数--2027高考数学一轮复习学案(答案版)

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第12讲 指数函数--2027高考数学一轮复习学案(答案版)

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第12讲 指数函数
【课程标准】 1.通过具体实例,了解指数函数的实际意义,理解指数函数的概念. 2.能用描点法或借助计算工具画出具体指数函数的图象,探索并理解指数函数的单调性与特殊点.
1.指数函数的概念
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.
2.指数函数的图象和性质
a>1 0<a<1
图象
定义域 R
值域 (0,+∞)
性质 过定点(0,1),即x=0时,y=1
当x>0时,y>1;当x<0时,0<y<1 当x<0时,y>1;当x>0时,0<y<1
在(-∞,+∞)上是增函数 在(-∞,+∞)上是减函数
[微提醒] 指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象与性质跟a的取值有关,要特别注意分a>1和0<a<1两种情况.
【常用结论】
指数函数图象的特点
(1)指数函数的图象恒过点(0,1),(1,a),(-1,),依据这三点的坐标可得到指数函数的大致图象.
(2)函数y=ax与y=()x(a>0,且a≠1)的图象关于y轴对称.
(3)在第一象限内,指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象越高,底数越大.
(4)指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象以x轴为渐近线;y=ax+b恒过定点(0,1+b),且以y=b为渐近线.
【自测诊断】
1.(链接人教A必修一P114例1)若函数f(x)=ax(a>0,且a≠1)的图象经过点,则f(-1)=(   )
A.1 B.2
C. D.3
答案:C
解析:依题意可知a2=,解得a=,所以f(x)=,所以f(-1)==.故选C.
2.(链接人教A必修一P119T6)已知a=0.750.1,b=1.012.7,c=1.013.5,则(   )
A.a>b>c B.a>c>b
C.c>b>a D.c>a>b
答案:C
解析:因为函数y=1.01x在(-∞,+∞)上是增函数,且3.5>2.7,故1.013.5>1.012.7>1>0.750.1,即c>b>a.故选C.
3.函数y=ax-1+2 026(a>0,且a≠1)的图象恒过点    .
答案:(1,2 027)
解析:在函数y=ax-1+2 026中,当x=1时,恒有y=2 027,即函数y=ax-1+2 026的图象恒过点(1,2 027).
4.(链接人教A必修一P119T3)已知2x-1<23-x,则x的取值范围是    .
答案:(-∞,2)
解析:由指数函数的性质,得x-1<3-x,解得x<2,所以x的取值范围是(-∞,2).
考点一 指数函数的图象及应用 师生共研
(1)已知0<a<1,b<-1,则函数y=ax+b的图象必定不经过(  )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
(2)(一题多变,教材典题再练)(人教A必修一P120T9)已知函数y=a+b的图象过原点,且无限接近直线y=2但又不与该直线相交.
①求该函数的解析式,并画出图象;
②判断该函数的奇偶性和单调性.
答案:(1)A
解析:(1)因为0<a<1,所以y=ax的图象经过第一、第二象限,且当x越来越大时,图象与x轴无限接近.又b<-1,所以y=ax的图象向下平移超过一个单位长度得到y=ax+b的图象,故y=ax+b的图象不过第一象限.故选A.
(2)①由题意知,a+b=0,b=2,所以a=-2,
所以f=-2+2,所以f=图象如图:
s
②因为f(x)=-2+2,
所以f(-x)=-2+2=-2+2=f(x),所以f(x)为偶函数.
又f=
所以f(x)在(-∞,0]上为减函数,在[0,+∞)上为增函数.
学生用书 第49页
[变式探究](数智赋能辅助)
1.(变条件,变设问)若本例(2)的条件变为“函数y=|3x-1|在(-∞,k]上单调递减”,则实数k的取值范围是    .
答案:(-∞,0]
解析:函数y=|3x-1|的图象是由函数y=3x的图象向下平移一个单位长度后,再把位于x轴下方的图象沿x轴翻折到x轴上方得到的,函数图象如图所示.由图象知,其在(-∞,0]上单调递减,所以实数k的取值范围是(-∞,0].
2.(变条件,变设问)若本例(2)的条件变为“函数y=|3x-1|的图象与直线y=m有两个不同交点”,则实数m的取值范围是    .
答案:(0,1)
解析:曲线y=|3x-1|的图象是由函数y=3x的图象向下平移一个单位长度后,再把位于x轴下方的图象沿x轴翻折到x轴上方得到的,而直线y=m的图象是平行于x轴的一条直线,图象如图所示,由图象可得,如果曲线y=|3x-1|与直线y=m有两个交点,则实数m的取值范围是(0,1).
3.(变条件,变设问)若本例(2)的条件变为“函数y=|3x-1|+m的图象不经过第二象限”,则实数m的取值范围是    .
答案:(-∞,-1]
解析:作出函数y=|3x-1|+m的图象如图所示.要使函数图象不经过第二象限,则m+1≤0,m≤-1,即m∈(-∞,-1].
指数函数的图象及其应用策略 1.已知函数解析式判断其图象时,可通过图象经过的定点和特殊点来进行分析判断. 2.进行图象识别与应用时,可从最基本的指数函数图象入手,通过平移、伸缩、对称等变换得到相关函数的图象. 3.根据指数函数图象判断底数的大小问题,可通过直线x=1与图象的交点进行判断.
对点练1.(多选)已知实数a,b满足等式2 025a=2 026b,则下列关系式可能成立的是(  )
A.0<b<a B.a<b<0
C.0<a<b D.a=b=0
答案:ABD
解析:如图,观察易知,a<b<0或0<b<a或a=b=0,故选ABD.
对点练2.若曲线|y|=2x+1与直线y=b没有公共点,则实数b的取值范围是    .
答案:[-1,1]
解析:作出曲线|y|=2x+1与直线y=b,如图所示,由图象可得,要想曲线|y|=2x+1与直线y=b没有公共点,则实数b应满足的条件是b∈[-1,1].
考点二 指数函数的性质及应用 多维探究
角度1 比较指数式的大小
(1)若a=1.50.8,b=1.50.7,c=0.90.7,则a,b,c的大小关系为(  )
A.b>a>c B.a>b>c
C.c>b>a D.a>c>b
(2)若ea+πb≥e-b+π-a,下列结论一定成立的是(  )
A.a+b≤0 B.a-b≥0
C.a-b≤0 D.a+b≥0
答案:(1)B (2)D
解析:(1)由y=1.5x在R上单调递增,则a=1.50.8>1.50.7=b,由y=x0.7在[0,+∞)上单调递增,则b=1.50.7>0.90.7=c,所以a>b>c,故选B.
(2)因为ea+πb≥e-b+π-a,所以ea-π-a≥e-b-πb①,令f(x)=ex-π-x,则f(x)是R上的增函数,①式即为f(a)≥f(-b),所以a≥-b,即a+b≥0.故选D.
角度2 解简单的指数方程或不等式
(1)已知实数a≠1,函数f(x)=若f(1-a)=f(a-1),则a的值为    .
(2)(一题多变,教材典题再练)(人教A必修一P120T10节选)已知f(x)=ax,g(x)=(a>0,且a≠1).
如果f(x)<g(x),那么x的取值范围是多少?
答案:(1)
解析:(1)当a<1时,=21,解得a=;当a>1时,代入不成立.故a的值为.
(2)f(x)<g(x) ax< ax<a-x,
当a>1时,则x<-x,即x<0;当0<a<1时,则x>-x,即x>0.
所以当a>1时,x的取值范围是(-∞,0);
当0<a<1时,x的取值范围是(0,+∞).
[变式探究](数智赋能辅助)
(变条件,变设问)若将本例(2)中的条件改为“≤”,则函数y=2x的值域为    .
答案:
解析:=(2-2)x-2=2-2x+4,所以≤2-2x+4,即x2+1≤-2x+4,即x2+2x-3≤0,所以-3≤x≤1,此时y=2x的值域为[2-3,21],即为.
1.比较指数式大小的方法
(1)能化成同底数的先化成同底数幂,再利用单调性比较大小.
(2)不能化成同底数的,一般引入“1”等中间量比较大小.
学生用书 第50页
2.指数方程或不等式的解法 (1)解指数方程或不等式的依据: ①af(x)=ag(x) f(x)=g(x); ②af(x)>ag(x),当a>1时,等价于f(x)>g(x);当0<a<1时,等价于f(x)<g(x). (2)解指数方程或不等式的方法:先利用幂的运算性质化为同底数幂,再利用函数单调性转化为一般方程或不等式求解.
对点练3.(多选)下列各式正确的是(  )
A.1.72.5>1.73 B.(>
C.1.70.3>0.93.1 D.(<(
答案:BCD
解析:因为y=1.7x为增函数,所以1.72.5<1.73,故A不正确;(=,y=2x为增函数,所以>,故B正确;因为1.70.3>1,0.93.1∈(0,1),所以1.70.3>0.93.1,故C正确;因为y=为减函数,所以(<(.又y=在(0,+∞)上单调递增,所以(<(,所以(<(<(,故D正确.故选BCD.
对点练4.已知y=4x-3·2x+3的值域为[1,7],则x的取值范围是(  )
A.[2,4] B.(-∞,0)
C.(0,1)∪[2,4] D.(-∞,0]∪[1,2]
答案:D
解析:因为y=4x-3·2x+3的值域为[1,7],所以1≤4x-3·2x+3≤7,且2x>0,所以0<2x≤1或2≤2x≤4,所以x≤0或1≤x≤2.故选D.
考点三 指数型函数的综合应用师生共研
(一题多问)设a∈R,函数f(x)=.
(1)求a的值,使得y=f(x)为奇函数;
(2)若f(x)关于点(0,2)中心对称,求a的值;
(3)若f(2)=a,求满足f(x)>a的实数x的取值范围.
解:(1)由f为奇函数,可知f(-1)=-f(1),
即-(1+2a)=-(2+a),解得a=1,
当a=1时,f(x)=(x≠0),f(-x)===-f(x)对一切非零实数x恒成立,
故a=1时,y=f(x)为奇函数.
(2)由f关于点(0,2)中心对称,
得f(x)+f(-x)=4,
所以+=4,即=4,
解得a=-3.
(3)由f(2)=a,可得=a,解得a=2,
所以f(x)>a >2 <0 1<2x<4,
解得0<x<2,所以满足f(x)>a的实数x的取值范围是(0,2).
  求解与指数函数有关的复合函数问题,首先要熟知指数函数的定义域、值域、单调性等相关性质,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,要借助“同增异减”这一性质分析判断. 注意:在研究指数型函数的单调性时,当底数a与“1”的大小关系不确定时,要分类讨论.
对点练5.(多选)已知函数f(x)=+a(a∈R),则(  )
A.f(x)的定义域是(-∞,0)∪(0,+∞)
B.f(x)的值域为R
C.当a=1时,f(x)为奇函数
D.当a=2时,f(-x)+f(x)=2
答案:ACD
解析:对于函数f(x)=+a(a∈R),令2x-1≠0,解得x≠0,所以f(x)的定义域是(-∞,0)∪(0,+∞),故A正确;当x>0时,2x>1,2x-1>0,>0,所以+a>a;当x<0时,0<2x<1,-1<2x-1<0,<-2,所以+a<-2+a,综上可得,f(x)的值域为(-∞,-2+a)∪(a,+∞),故B错误;当a=1时,f(x)=+1=,定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),f(-x)==-=-f(x),所以f(x)=+1为奇函数,故C正确;当a=2时,f(x)=+2=+1,则f(x)+f(-x)=+1++1=2,故D正确.故选ACD.
【教师备选】(多选)已知函数y=,则下列说法正确的是(  )
A.定义域是R
B.值域为(0,2]
C.在[-2,+∞)上单调递增
D.在[-2,+∞)上单调递减
答案:ABD
解析:函数y=的定义域是R,故A正确;因为x2+4x+3=(x+2)2-1≥-1,所以0<≤2,故函数y=的值域为(0,2],故B正确;因为y=在R上是减函数,u=x2+4x+3在(-∞,-2]上是减函数,在[-2,+∞)上是增函数,所以函数y=在[-2,+∞)上单调递减,故C错误,D正确.故选ABD.
对点练6.已知函数f(x)=(x∈R).
(1)求证:函数f(x)是R上的减函数;
(2)已知函数f(x)的图象存在对称中心(a,b)的充要条件是g(x)=f(x+a)-b的图象关于原点中心对称,判断函数f(x)的图象是否存在对称中心?若存在,求出该对称中心的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)证明:设任意的x1,x2∈R,x1<x2,
则f(x1)-f(x2)=-==.
因为x1,x2∈R,x1<x2,
所以->0,(+1)(+1)>0,
所以f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2),
所以函数f(x)是R上的减函数.
(2)假设函数f(x)的图象存在对称中心(a,b),则g(x)=f(x+a)-b=-b的图象关于原点中心对称.
由于函数的定义域是R,
所以g(-x)+g(x)=-b+-b=0恒成立,即(1-2b)(+)+2-2b-2b·=0恒成立,
所以解得a=0,b=,
所以函数f(x)的图象存在对称中心(0,).
课时分层测评14 指数函数
(时间:60分钟 满分:85分)
(本栏目内容,在学生用书中以独立形式分册装订!)
(1—8题,每小题5分,共40分)
1.已知指数函数f(x)=(2a2-5a+3)ax在(0,+∞)上单调递增,则实数a的值为(   )
A. B.1
C. D.2
答案:D
解析:由题意得2a2-5a+3=1,所以2a2-5a+2=0,所以a=2或a=.当a=2时,f(x)=2x在(0,+∞)上单调递增,符合题意;当a=时,f(x)=在(0,+∞)上单调递减,不符合题意.所以a=2.故选D.
【教师备选】 已知指数函数f(x)=(a-1)bx的图象经过点,则等于(  )
A. B.
C.2 D.4
答案:A
解析:由指数函数f(x)=(a-1)bx的图象经过点,得解得a=b=2,所以==.故选A.
2.若函数y=2-x+1+m的图象不经过第一象限,则实数m的取值范围是(  )
A.(-∞,-2] B.[-2,+∞)
C.(-∞,-1] D.[-1,+∞)
答案:A
解析:y=2-x+1+m=()x-1+m,由指数函数的单调性可得函数为减函数,因为图象不经过第一象限,所以当x=0时,()-1+m≤0,解得m≤-2.故选A.
3.已知a=31.2,b=1.20,c=,则a,b,c的大小关系是(  )
A.a<c<b B.c<b<a
C.c<a<b D.b<c<a
答案:D
解析:因为b=1.20=1,c==30.9,且y=3x为增函数,1.2>0.9>0,所以31.2>30.9>30=1,即a>c>b.故选D.
4.若函数f(x)=的定义域是R,则实数a的取值范围是(  )
A.[-1,0] B.[-,]
C.(0,] D.R
答案:B
解析:由题意可得-2≥0对任意x∈R恒成立,即≥2,且y=2x在R上为增函数,可得x2-2ax+3≥1,即x2-2ax+2≥0对任意x∈R恒成立,则Δ=4a2-8≤0,解得-≤a≤,所以实数a的取值范围是[-,].故选B.
5.(多选)已知函数f(x)=,则下列结论正确的是(  )
A.函数f(x)的定义域是R
B.函数f(x)的值域为(-1,1)
C.函数f(x)是奇函数
D.函数f(x)为减函数
答案:ABC
解析:对于A,因为ex>0,所以ex+1>0,所以函数f(x)是定义域为R,故A正确;对于B,f(x)==1-,由ex>0 ex+1>1 0<<1 -2<-<0 -1<1-<1,所以函数f(x)的值域为(-1,1),故B正确;对于C,因为f(-x)====-f(x),所以函数f(x)是奇函数,故C正确;对于D,因为函数y=ex+1是增函数,所以y=ex+1>1,所以函数y=是减函数,所以函数y=-是增函数,故f(x)==1-是增函数,故D不正确.故选ABC.
【教师备选】 (多选)已知函数f(x)=,则下列结论中正确的是(  )
A.f(x)的定义域为R
B.f(x)是奇函数
C.f(x)在定义域上是减函数
D.f(x)无最小值,无最大值
答案:BD
解析:对于A,由ex-e-x≠0,解得x≠0,故f(x)的定义域为{x|x≠0},故A错误;对于B,函数f(x)的定义域关于原点对称,且f(-x)==-f(x),故f(x)是奇函数,故B正确;对于C,f(x)===1+,故函数f(x)在(-∞,0)和(0,+∞)上分别单调递减,当x→-∞时,f(x)→-1,x→0-时,f(x)→-∞,x→0+时,f(x)→+∞,x→+∞时,f(x)→1,所以f(x)在定义域上不是减函数,故C错误;对于D,由选项C的分析可知,函数f(x)的值域为(-∞,-1)∪(1,+∞),无最小值,无最大值,故D正确.故选BD.
6.(多选)已知函数f(x)=|ax-1|(a>0,且a≠1),则下列结论正确的是(  )
A.函数f(x)恒过定点(0,1)
B.函数f(x)的值域为[0,+∞)
C.函数f(x)在区间(-∞,0]上单调递增
D.若直线y=2a与函数f(x)的图象有两个公共点,则实数a的取值范围是
答案:BD
解析:已知函数f(x)=|ax-1|(a>0,且a≠1),则x∈R,对于A,f(0)=|a0-1|=0,函数f(x)恒过定点(0,0),故A错误;对于B,x∈R,则ax-1>-1,所以|ax-1|≥0,函数f(x)的值域为[0,+∞),故B正确;对于C,当0<a<1时,则y=ax单调递减,又x≤0,所以ax≥1,所以f(x)=|ax-1|=ax-1,显然此时f(x)在(-∞,0]上单调递减;当a>1时,则y=ax单调递增,又x≤0,所以0<ax≤1,所以f(x)=|ax-1|=-ax+1,显然此时f(x)在(-∞,0]上单调递减,故C错误;对于D,y=|ax-1|的图象由y=ax的图象向下平移1个单位长度,再将x轴下方的图象翻折到x轴上方得到,分a>1和0<a<1两种情况,分别作图,如图所示,
当a>1时,2a>2,显然不符合题意;当0<a<1时,此时0<2a<1,即0<a<,故D正确.故选BD.
7.(易错题)若指数函数f(x)=ax(a>0,且a≠1)在[-1,1]上的最大值为2,则a=    .
答案:2或
解析:若a>1,则f(x)max=f(1)=a=2;若0<a<1,则f(x)max=f=a-1=2,得a=,故a=2或.
8.(2025·山东枣庄二调)已知函数f(x)=(a>0,a≠1)恒过定点A,则点A的坐标为    .
答案:(1,2)
解析:函数f(x)=ax-1·=2ax-1,由x=1,得f(x)=2恒成立,所以点A的坐标为(1,2).
【教师备选】 对于任意a>0且a≠1,函数f(x)=amx+n+b的图象恒过定点(1,2).若f(x)的图象也过点(-1,10),则f(x)=      .
答案:+1
解析:因为函数f(x)=amx+n+b的图象恒过定点(1,2),所以所以n=-m,b=1,所以f(x)=am(x-1)+1.又f(x)的图象也过点(-1,10),所以f(-1)=a-2m+1=10.又am>0,解得am=,所以f(x)=+1.
9.(10分)已知定义域是R的函数f(x)=ax-(k-1)·a-x(a>0,且a≠1)是奇函数.
(1)求实数k的值;
(2)若f(1)<0,判断函数f(x)的单调性,若f(m2-2)+f(m)>0,求实数m的取值范围.
解:(1)因为f(x)是定义域是R的奇函数,
所以f(0)=a0-(k-1)a0=1-(k-1)=0,
所以k=2,
经检验k=2符合题意,所以k=2.
(2)由(1)知,f(x)=ax-a-x(a>0,且a≠1),
因为f(1)<0,即a-<0.
又a>0,且a≠1,所以0<a<1,
而y=ax在R上单调递减,y=-a-x在R上单调递减,
故由单调性的性质可判断f(x)=ax-a-x在R上单调递减,
不等式f(m2-2)+f(m)>0可化为f(m2-2)>f(-m),
所以m2-2<-m,即m2+m-2<0,解得-2<m<1,
所以实数m的取值范围是(-2,1).
(10、11题,每小题5分,共10分)
10.已知ln a2-ln a=1,则函数f(x)=的单调递增区间是(  )
A.(-∞,0] B.(-∞,1]
C.[0,+∞) D.[1,+∞)
答案:D
解析:因为ln a2-ln a=1,所以ln a=1,所以a=e.所以f=.函数y=ex在R上单调递增,函数y=x2-2x在区间(-∞,1]上单调递减,在区间[1,+∞)上单调递增,根据复合函数的单调性法则知,函数f(x)=的单调递增区间是 [1,+∞).故选D.
11.已知函数f(x)=4x-2x+1+4,x∈[-1,1],则函数y=f(x)的值域为      .
答案:[3,4]
解析:f(x)=(2x)2-2×2x+4,x∈[-1,1],令2x=t,则t=2x在[-1,1]上单调递增,即≤t≤2,所以y=t2-2t+4=(t-1)2+3,当t=1时,ymin=3,此时x=0,f(x)min=3;当t=2时,ymax=4,此时x=1,f(x)max=4,所以函数y=f(x)的值域为[3,4].
12.(15分)已知f(x)为偶函数,g(x)为奇函数,且f(x)+g(x)=21-x.
(1)求f(x),g(x)的解析式;
(2)若对任意的x∈R,f(x)≥恒成立, 求实数m的取值范围.
解:(1)因为f(x)为偶函数,g(x)为奇函数,
且有f(x)+g(x)=21-x,
所以f(-x)+g(-x)=f(x)-g(x)=21+x,
所以
则f(x)=2x+2-x,g(x)=2-x-2x.
(2)因为f(x)=2x+2-x≥2=2,
当且仅当2x=2-x,即x=0时,等号成立,
所以f(x)min=2.
所以对任意的x∈R,f(x)≥恒成立,
即2≥,则m2-2m-2≤1,
即m2-2m-3≤0,解得-1≤m≤3,
所以实数m的取值范围是[-1,3].
(每小题5分,共10分)
13.(多选)若4m-4n<5-m-5-n,则下列关系正确的是(  )
A.m<n B.>
C.< D.3-n<3-m
答案:ACD
解析:由4m-4n<5-m-5-n得4m-5-m<4n-5-n,令f(x)=4x-5-x,则f(m)<f(n).因为函数y=4x,y=-5-x在R上都是增函数,所以f(x)在R上是增函数,所以m<n,故A正确;对于B,当m=1,n=2时,=n-3<m-3=1,故B错误;对于C,因为函数y=在R上单调递增,所以由m<n得<,故C正确;对于D,因为函数y=3-x在R上单调递减,所以由m<n得3-n<3-m,故D正确.故选ACD.
14.(新定义)(多选)函数y=f(x)和y=f(-x),若两函数在区间[m,n]上的单调性相同,则把区间[m,n]叫做y=f(x)的“稳定区间”,已知区间[1,2 026]为函数y=的“稳定区间”,则实数a的可能取值是(  )
A.- B.-
C.0 D.
答案:AB
解析:因为y=f(x)=,则f(-x)==|2x+a|,由题意得f(x)=与f(-x)=|2x+a|在区间[1,2 026]上单调性相同.若单调递增,则在区间[1,2 026]上恒成立,即所以-2≤a≤-;若单调递减,则在区间[1,2 026]上恒成立,即无解,综上,实数a的取值范围是,所以A、B选项符合题意.故选AB.
学生用书 第51页
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