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第7节 函数的图像

2023-02-25 来源:我们爱旅游


第7节 函数的图像

考试要求 1.在实际情境中,会根据不同的需要选择恰当的方法(如图像法、列表法、解析法)表示函数;2.会运用基本初等函数的图像分析函数的性质,解决方程解的个数与不等式解的问题.

知 识 梳 理

1.利用描点法作函数的图像

步骤:(1)确定函数的定义域;(2)化简函数解析式;(3)讨论函数的性质(奇偶性、单调性、周期性、对称性等);(4)列表(尤其注意特殊点、零点、最大值点、最小值点、与坐标轴的交点等),描点,连线. 2.利用图像变换法作函数的图像 (1)平移变换

(2)对称变换

关于x轴对称

y=f(x)的图像――――――→y=-f(x)的图像; 关于y轴对称y=f(x)的图像――――――――→y=f(-x)的图像; 关于原点对称y=f(x)的图像――――――――→y=-f(-x)的图像;

关于直线y=x对称y=ax(a>0,且a≠1)的图像――――――――――→y=logax(a>0,且a≠1)的图像. (3)伸缩变换

纵坐标不变y=f(x)―――――――――――――――――→y=f(ax).

1

各点横坐标变为原来的a(a>0)倍

1

横坐标不变

y=f(x)―――――――――――――――――→y=Af(x).

各点纵坐标变为原来的A(A>0)倍(4)翻折变换

x轴下方部分翻折到上方

y=f(x)的图像―――――――――――――――――→y=|f(x)|的图像;

x轴及上方部分不变y轴右侧部分翻折到左侧

y=f(x)的图像―――――――――――――――――→y=f(|x|)的图像.

原y轴左侧部分去掉,右侧不变[常用结论与微点提醒] 1.记住几个重要结论

(1)函数y=f(x)与y=f(2a-x)的图像关于直线x=a对称. (2)函数y=f(x)与y=2b-f(2a-x)的图像关于点(a,b)中心对称.

(3)若函数y=f(x)对定义域内任意自变量x满足:f(a+x)=f(a-x),则函数y=f(x)的图像关于直线x=a对称.

2.图像的左右平移仅仅是相对于而言,如果x的系数不是1,常需把系数提出来,...x.再进行变换.

3.图像的上下平移仅仅是相对于而言的,利用“上减下加”进行. ...y.

诊 断 自 测

1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)

(1)当x∈(0,+∞)时,函数y=|f(x)|与y=f(|x|)的图像相同.( ) (2)函数y=af(x)与y=f(ax)(a>0且a≠1)的图像相同.( ) (3)函数y=f(x)与y=-f(x)的图像关于原点对称.( )

(4)若函数y=f(x)满足f(1+x)=f(1-x),则函数f(x)的图像关于直线x=1对称.( )

解析 (1)令f(x)=-x,当x∈(0,+∞)时,y=|f(x)|=x,y=f(|x|)=-x,两者图像不同,(1)错.

(2)中两函数当a≠1时,y=af(x)与y=f(ax)是由y=f(x)分别进行振幅与周期变换得到,两图像不同,(2)错.

2

(3)y=f(x)与y=-f(x)图像关于x轴对称,(3)错.

(4)中,f(2-x)=f[1+(1-x)]=f[1-(1-x)]=f(x),所以y=f(x)的图像关于直线x=1对称,(4)正确.

答案 (1)× (2)× (3)× (4)√

x2,x<0,

2.(老教材必修1P56A9改编)下列图像是函数y=的图像的是( )

x-1,x≥0

解析 其图像是由y=x2图像中x<0的部分和y=x-1图像中x≥0的部分组成. 答案 C

3.(新教材必修第一册P49例5改编)在2 h内将某种药物注射进患者的血液中,在注射期间,血液中的药物含量呈线性增加;停止注射后,血液中的药物含量呈指数衰减,能反映血液中药物含量Q随时间t变化的图像是( )

解析 依题意,在2 h内血液中药物含量Q持续增加,停止注射后,Q呈指数衰减,图像B适合. 答案 B

4.(一题多解)(2018·全国Ⅲ卷)下列函数中,其图像与函数y=ln x的图像关于直线x=1对称的是( ) A.y=ln(1-x)

B.y=ln(2-x)

3

C.y=ln(1+x) D.y=ln(2+x)

解析 法一 设所求函数图像上任一点的坐标为(x,y),则其关于直线x=1的对称点的坐标为(2-x,y),由对称性知点(2-x,y)在函数f(x)=ln x的图像上,所以y=ln(2-x).

法二 由题意知,对称轴上的点(1,0)在函数y=ln x的图像上也在所求函数的图像上,代入选项中的函数表达式逐一检验,排除A,C,D,选B. 答案 B

sin x+x

5.(2019·全国Ⅰ卷)函数f(x)=在[-π,π]的图像大致为( )

cos x+x2

解析 ∵f(-x)=

sin(-x)-x

=-f(x),

cos(-x)+(-x)2

∴f(x)为奇函数,排除A. 当x=π时,f(π)=答案 D

6.(2020·安康月考)已知函数f(x)的图像如图所示,则函数g(x)=log是________.

2f(x)的定义域

π

>0,排除B,C,只有D满足.

-1+π2

解析 当f(x)>0时,函数g(x)=log时,x∈(2,8]. 答案 (2,8]

4

2f(x)有意义,由函数

f(x)的图像知满足f(x)>0

考点一 作函数的图像

【例1】 作出下列函数的图像: 1

(1)y=2;(2)y=|log2(x+1)|;

(3)y=x2-2|x|-1.

111

解 (1)先作出y=2的图像,保留y=2图像中x≥0的部分,再作出y=2的

1|x|

图像中x>0部分关于y轴的对称部分,即得y=2的图像,如图①实线部分.



x

x

x

|x|

去,即可得到函数y=|log2(x+1)|的图像,如图②.

(2)将函数y=log2x的图像向左平移一个单位,再将x轴下方的部分沿x轴翻折上

x2-2x-1,x≥0,

(3)∵y=2且函数为偶函数,先用描点法作出[0,+∞)上的图像,

x+2x-1,x<0,再根据对称性作出(-∞,0)上的图像,得图像如图③. 规律方法 作函数图像的一般方法

(1)直接法.当函数解析式(或变形后的解析式)是熟悉的基本函数时,就可根据这些函数的特征描出图像的关键点直接作出.

(2)图像变换法.若函数图像可由某个基本函数的图像经过平移、翻折、对称得到,可利用图像变换作出,并应注意平移变换与伸缩变换的顺序对变换单位及解析式的影响.

【训练1】 分别作出下列函数的图像: (1)y=|lg x|;(2)y=sin |x|.

解 (1)先作出函数y=lg x的图像,再将x轴下方的部分沿x轴翻折上去,即可得函数y=|lg x|的图像,如图①实线部分.

5

(2)当x≥0时,y=sin|x|与y=sin x的图像完全相同,又y=sin|x|为偶函数,图像关于y轴对称,其图像如图②. 考点二 函数图像的辨识

【例2】 (1)(2019·全国Ⅲ卷)函数y=2x3

2x+2-x

在[-6,6]的图像大致为( )

函数f(x)=1-x2

(2)(2020·深圳模拟)lg|x|的图像大致为( )

因为y=f(x)=2x3解析 (1)2x+2-x,x∈[-6,6],

2(-x)3-x)=2x3

所以f(2-x+2x=-2-x+2x=-f(x),

所以f(x)是奇函数,排除选项C.

2×43当x=4时,y=128

24+2

-4=16+1∈(7,8),排除A,D项,B正确. 16(2)由1-x2≥0,|x|≠0且|x|≠1,

得-1所以f(x)的定义域为(-1,0)∪(0,1),关于原点对称.

6

又f(x)=f(-x),所以函数f(x)是偶函数,图像关于y轴对称,排除A; 当0当x>0且x→0时,f(x)→0,排除D,只有B项符合. 答案 (1)B (2)B

规律方法 1.抓住函数的性质,定性分析:

(1)从函数的定义域,判断图像的左右位置;从函数的值域,判断图像的上下位置;(2)从函数的单调性,判断图像的变化趋势;(3)从周期性,判断图像的循环往复;(4)从函数的奇偶性,判断图像的对称性. 2.抓住函数的特征,定量计算:

从函数的特征点,利用特征点、特殊值的计算分析解决问题. 3x-3-x【训练2】 (1)(2020·武汉调研)函数f(x)=x4的大致图像为( )

(2)(2019·成都诊断)函数f(x)=|x|sin x的图像大致是( )

3-x-3x解析 (1)易知定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),关于原点对称.f(-x)==(-x)4

7

3x-3-x1-x4=-f(x),则f(x)是奇函数,其图像关于原点对称,排除A,f(1)=3-3=8x>0,排除D,当x→+∞时,3→+∞,则f(x)→+∞,排除C,选项B符合. 3

(2)函数f(x)=|x|sin x为奇函数,图像关于原点对称,排除B,C.又f(π)=|π|sin π=0,排除D,只有选项A适合. 答案 (1)B (2)A 考点三 函数图像的应用 角度1 研究函数的性质

【例3-1】 已知函数f(x)=x|x|-2x,则下列结论正确的是( ) A.f(x)是偶函数,递增区间是(0,+∞) B.f(x)是偶函数,递减区间是(-∞,1) C.f(x)是奇函数,递减区间是(-1,1) D.f(x)是奇函数,递增区间是(-∞,0) 解析 将函数f(x)=x|x|-2x去掉绝对值得 x2-2x,x≥0,f(x)=2

-x-2x,x<0,

画出函数f(x)的图像,如图,观察图像可知,函数f(x)的图像关于原点对称,故函数f(x)为奇函数,且在(-1,1)上是递减的. 答案 C

角度2 函数图像在不等式中的应用

【例3-2】 (1)(2020·哈尔滨模拟)已知函数f(x)=2-|x|,若关于x的不等式f(x)≥x2-x-m的解集中有且仅有1个整数,则实数m的取值范围为( ) A.[-3,-1) C.[-2,-1)

B.(-3,-1) D.(-2,-1) 多维探究

(2)函数f(x)是定义在[-4,4]上的偶函数,其在[0,4]上的图像如图所示,那么不f(x)

等式cos x<0的解集为__________.

8

解析 (1)在同一平面直角坐标系中作出函数y=f(x),y=x2-x-m的图像如图所示.

由图可知,不等式f(x)≥x2-x-m的解集中的整数解为x=0, f(0)≥0-0-m,故解得-2≤m<-1. f(1)<1-1-m,π

(2)当x∈0,2时,y=cos x>0.

π

当x∈2,4时,y=cos x<0.



f(x)f(x)π

结合y=f(x),x∈[0,4]上的图像知,当1f(x)π

所以在[-4,0]上,cos x<0的解集为-2,-1,

f(x)ππ

所以cos x<0的解集为-2,-1∪1,2.

ππ

答案 (1)C (2)-2,-1∪1,2

角度3 求参数的取值范围

|x|,x≤m,

【例3-3】 已知函数f(x)=2其中m>0.若存在实数b,使得

x-2mx+4m,x>m,关于x的方程f(x)=b有三个不同的根,则m的取值范围是________. 解析

在同一坐标系中,作出y=f(x)与y=b的图像.当x>m时,x2-2mx+4m=(x-m)2

9

+4m-m2,

∴要使方程f(x)=b有三个不同的根,则有4m-m20.又m>0,解得m>3. 答案 (3,+∞)

规律方法 1.利用函数的图像研究函数的性质

对于已知或易画出其在给定区间上图像的函数,其性质(单调性、奇偶性、周期性、最值(值域)、零点)常借助于图像研究,但一定要注意性质与图像特征的对应关系. 2.利用函数的图像可解决某些方程和不等式的求解问题,方程f(x)=g(x)的根就是函数f(x)与g(x)图像交点的横坐标;不等式f(x)【训练3】 (1)(角度1)已知函数f(x)=

2

,则下列结论正确的是( ) x-1

A.函数f(x)的图像关于点(1,0)中心对称 B.函数f(x)在(-∞,1)上是增函数 C.函数f(x)的图像关于直线x=1对称

D.函数f(x)的图像上至少存在两点A,B,使得直线AB∥x轴 (2)(角度2)已知函数y=f(x)的图像是如图所示的折线ACB,且函数g(x)=log2(x+1),则不等式f(x)≥g(x)的解集是( ) A.{x|-1(3)(角度3)已知函数f(x)=|x-2|+1,g(x)=kx.若方程f(x)=g(x)有两个不相等的实根,则实数k的取值范围是________. 解析 (1)由题知,函数f(x)=

22

的图像是由函数y=x的图像向右平移1个单位x-1

长度得到的,可得函数f(x)的图像关于点(1,0)中心对称,A正确;函数f(x)在 (-∞,1)上是减函数,B错误;易知函数f(x)=

2

的图像不关于直线x=1对称,x-1

10

C错误;由函数f(x)的单调性及函数f(x)的图像,可知函数f(x)的图像上不存在两点A,B,使得直线AB∥x轴,D错误. (2)令g(x)=y=log2(x+1), 作出函数g(x)的图像如图,

x+y=2,x=1,由得 y=log2(x+1),y=1.

∴结合图像知不等式f(x)≥log2(x+1)的解集为{x|-1(3)先作出函数f(x)=|x-2|+1的图像,如图所示,当直线g(x)=kx与直线AB平1

行时斜率为1,当直线g(x)=kx过A点时斜率为2,故f(x)=g(x)有两个不相等的1

实根时,k的取值范围为2,1.



1

答案 (1)A (2)C (3)2,1



直观想象——函数图像的活用

直观想象是发现和提出问题,分析和解决问题的重要手段,在数学研究的探索中,通过直观手段的运用以及借助直观展开想象,从而发现问题、解决问题的例子比比皆是,并贯穿于数学研究过程的始终,而数形结合思想是典型的直观想象范例.

类型1 根据函数图像特征,确定函数解析式

函数解析式与函数图像是函数的两种重要表示法,图像形象直观,解析式易于研

11

究函数性质,可根据需要,相互转化.

【例1】 (2020·九江模拟)如图,已知函数f(x)的图像关于坐标原点对称,则函数f(x)的解析式可能是( )

A.f(x)=x2ln |x| ln |x|C.f(x)=x

B.f(x)=xln x e|x|

D.f(x)=x

解析 根据函数图像知,f(x)为奇函数,排除A,B.对于选项D,当x>0时,f(x)e|x|ln |x|

=x>0,这与函数的图像不符,因此只有C项f(x)=x可能适合.有兴趣的同学可研究函数的性质作出判断(略). 答案 C

类型2 利用函数的图像研究函数的性质

对于已知或易画出其在给定区间上图像的函数,其性质(单调性、奇偶性、周期性、最值(值域)、零点)常借助图像研究,但一定要注意性质与图像特征的对应关系.

【例2】 已知f(x)=2x-1,g(x)=1-x2,规定:当|f(x)|≥g(x)时,h(x)=|f(x)|;当|f(x)|<g(x)时,h(x)=-g(x),则h(x)( ) A.有最小值-1,最大值1 B.有最大值1,无最小值 C.有最小值-1,无最大值 D.有最大值-1,无最小值

解析 画出y=|f(x)|=|2x-1|与y=g(x)=1-x2的图像,它们交于A,B两点.由“规定”,在A,B两侧,|f(x)|≥g(x),故h(x)=|f(x)|;在A,B之间,|f(x)|12

|x-1|

1

【例3】 (2020·太原调研)已知函数g(x)=-2



,h(x)=cos πx,当x∈(-2,4)

n

时,函数g(x)与h(x)的交点横坐标分别记为xi(i=1,2,…,n),则∑x=( ) i=1iA.5

1解析 易知g(x)=-2



|x-1|

B.6 C.7 D.8

的图像关于x=1对称,h(x)=cos πx的图像关于x=1

对称.作出两个函数的图像,如图所示.

根据图像知,两函数有7个交点,其中一个点的横坐标为x=1,另外6个交点关于直线x=1对称,因此i∑xi=3×2+1=7. =1答案 C

思维升华 求解图像交点横、纵坐标之和的问题,常利用图像的对称性求解,即找出两图像的公共对称轴或对称中心,从而得出各交点的公共对称轴或对称中心,由此得出定值求解.

类型3 利用函数的图像求解方程或不等式

若研究的方程(不等式)不能用代数法求解,但其与基本初等函数有关,常将方程(不等式)问题转化为两函数图像的交点或图像的上下位置关系,然后由图像的几何直观数形结合求解.

π【例4】 函数f(x)=2sin xsinx+2-x2的零点个数为________.



解析 f(x)=2sin xcos x-x2=sin 2x-x2,函数f(x)的零点个数可转化为函数y1= sin 2x与y2=x2图像的交点个数,在同一坐标系中画出y1=sin 2x与y2=x2的图像如图所示:

7

13

由图可知两函数图像有2个交点,则f(x)的零点个数为2. 答案 2

14

A级 基础巩固

一、选择题

1.(2020·萍乡调研)已知函数f(x)=(x-a)(x-b)(其中a>b)的图像如图所示,则函数g(x)=ax+b的图像是( )

解析 由函数f(x)的图像知a>1,-10. 因此选项C满足要求. 答案 C

2.(2020·马鞍山模拟)已知定义在R上的函数f(x),g(x)满足g(x)=f(|x-1|),则函数y=g(x)的图像关于( ) A.直线x=-1对称 C.原点对称

B.直线x=1对称 D.y轴对称

解析 因为y=f(|x|)的图像关于y轴对称,y=f(|x|)的图像向右平移1个单位可得y=f(|x-1|)的图像,所以函数y=g(x)的图像关于直线x=1对称. 答案 B

3.(2018·浙江卷)函数y=2|x|·sin 2x的图像可能是( )

解析 设f(x)=2|x|sin 2x,其定义域为R,又f(-x)=2|-x|·sin(-2x)=-f(x),所以y=f(x)是奇函数,故排除选项A,B.令f(x)=0,得sin 2x=0,∴2x=kπ(k∈Z),kπ

即x=2(k∈Z),排除C,只有D正确.

15

答案 D

4.(2019·宜昌调研)已知函数f(x)的部分图像如图所示,则该函数的解析式可能为( )

A.f(x)=(ex+e-x)sin x B.f(x)=(ex+e-x)cos x C.f(x)=-(ex+e-x)sin x D.f(x)=-(ex+e-x)cos x

解析 由图像过原点,即f(0)=0,排除B,D,由图像知,当x>0且x→0时,f(x)>0,∴C项不满足,只有A项满足. 答案 A

ax+b,x<-1,5.若函数f(x)=的图像如图所示,则f(-3)

ln(x+a),x≥-1等于( ) 1A.-2 C.-1

5B.-4 D.-2

ln(a-1)=0,a=2,

解析 由图像知得

b-a=3,b=5.2x+5,x<-1,

∴f(x)=故f(-3)=5-6=-1.

ln(x+2),x≥-1.答案 C

6.在同一平面直角坐标系中,函数y=g(x)的图像与y=ex的图像关于直线y=x对称.而函数y=f(x)的图像与y=g(x)的图像关于y轴对称,若f(m)=-1,则m的值是( ) A.-e

1

B.-e

C.e

1D.e

解析 由题意知g(x)=ln x,则f(x)=ln(-x),若f(m)=-1,即ln(-m)=-1,解1

得m=-e. 答案 B

(ex-e-x)cos x

7.(2019·成都七中检测)函数f(x)=的部分图像大致是( )

x2

16

解析 f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),且f(-x)=-f(x),∴f(x)为奇函数,排除选项C,D.

eπ-e-π

又f(π)=-π2<0,则排除B,选A. 答案 A

8.(2020·潍坊质检)已知函数f(x)是定义在R上的偶函数,且对任意的x∈R,f(x+2)=f(x),当0≤x≤1时,f(x)=x2.若直线y=x+a与函数f(x)的图像在[0,2]内恰有两个不同的公共点,则实数a的值是( ) A.0 11C.-4或2

1

B.0或-2 1

D.0或-4

解析 因为f(x+2)=f(x),所以函数f(x)的周期为2,如图所示:

由图知,直线y=x+a与函数f(x)的图像在区间[0,2]内恰有两个不同的公共点时,直线y=x+a经过点(1,1)或与曲线f(x)=x2(0≤x≤1)相切于点A,则1=1+a,1或方程x2=x+a只有一个实数根.所以a=0或Δ=1+4a=0,即a=0或a=-4. 答案 D 二、填空题

9.若函数y=f(x)的图像过点(1,1),则函数y=f(4-x)的图像一定经过点________. 解析 由于函数y=f(4-x)的图像可以看作y=f(x)的图像先关于y轴对称,再向右平移4个单位长度得到.点(1,1)关于y轴对称的点为(-1,1),再将此点向右平移4个单位长度为(3,1).所以函数y=f(4-x)的图像过定点(3,1). 答案 (3,1)

17

10.如图,定义在[-1,+∞)上的函数f(x)的图像由一条线段及抛物线的一部分组成,则f(x)的解析式为________. 解析 当-1≤x≤0时,设解析式为y=kx+b(k≠0). -k+b=0,k=1,则得∴y=x+1. b=1,b=1,当x>0时,设解析式为y=a(x-2)2-1(a≠0). 1∵图像过点(4,0),∴0=a(4-2)2-1,得a=4, 1

∴y=(x-2)2-1.

4

x+1,-1≤x≤0,

答案 f(x)=1 2

(x-2)-1,x>04

1x+a

11.(2020·福州质检)设函数y=f(x)的图像与y=3的图像关于直线y=x对称,

1

且f(3)+f3=4,则实数a=________.



1x+a

解析 设(x,y)是y=f(x)图像上任意一点,则(y,x)在函数y=3的图像上.

1y+a∴x=3,则y=log1x-a.

3因此f(x)=log1x-a.

3

1

由f(3)+f3=4,得-1+1-2a=4,∴a=-2.

答案 -2

12.已知函数f(x)在R上单调且其部分图像如图所示,若不等式-2又y=f(x)在R上单调递减,

∴018

答案 1

B级 能力提升

13.(2020·安徽联盟联考)已知图①中的图像对应的函数为y=f(x),则图②中的图像对应的函数为( )

A.y=f(|x|) C.y=|f(x)|

B.y=f(-|x|) D.y=-f(|x|)

解析 观察函数图像可得,②是由①保留y轴左侧图像,然后将y轴左侧图像翻折到右侧所得,结合函数图像的对称变换可得函数的解析式为y=f(-|x|). 答案 B

14.若直角坐标系内A,B两点满足:(1)点A,B都在f(x)的图像上;(2)点A,B关于原点对称,则称点对(A,B)是函数f(x)的一个“和谐点对”,(A,B)与(B,A)x2+2x(x<0),可看作一个“和谐点对”.已知函数f(x)=2则f(x)的“和谐点

(x≥0),ex对”有( ) A.1个

B.2个

C.3个

D.4个

解析 作出函数y=x2+2x(x<0)的图像关于原点对称的图像(如2

图中的虚线部分),看它与函数y=ex(x≥0)的图像的交点个数即可,观察图像可得交点个数为2,即f(x)的“和谐点对”有2个. 答案 B

15.(2019·重庆检测)使log2(-x)<x+1成立的x的取值范围是________. 解析 在同一直角坐标系内作出y=log2(-x),y=x+1的图像,知满足条件的x∈(-1,0).

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答案 (-1,0)

16.已知函数f(x)=|log3x|,实数m,n满足0n]上的最大值为2,则m=________.

解析 如图,作出函数f(x)=|log3x|的图像,观察可知0若f(x)在[m2,n]上的最大值为2, 从图像分析应有f(m2)=2, 1∴log3m2=-2,∴m2=9. 1n

从而m=3,n=3,故m=9. 答案 9

C级 创新猜想

17.(多选题)对于函数f(x)=lg(|x-2|+1),下列说法正确的是( ) A.f(x+2)是偶函数 B.f(x+2)是奇函数

C.f(x)在区间(-∞,2)上是减函数,在区间(2,+∞)上是增函数 D.f(x)没有最小值

解析 f(x+2)=lg(|x|+1)为偶函数,A正确,B错误.作出f(x)的图像如图所示,可知f(x)在(-∞,2)上是减函数,在(2,+∞)上是增函数;由图像可知函数存在最小值0,C正确,D错误. 答案 AC

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