课标要求 1.了解指数函数的实际背景,理解指数函数的概念. 2.掌握指数函数的图象及性质. 3.初步学会运用指数函数来解决问题. 素养要求 通过学习本节课的内容,使学生感受指数函数性质的由来,提高学生数学抽象,直观想象的素养.
新知探究
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?
由上面的对应关系,我们可以归纳出第x次折叠后对应的层数为y=2x(x∈N*),
1
对折后的面积S=2(x∈N*).
问题 实例中得到的两个函数解析式有什么共同特征? 提示 函数解析式都符合y=f(x)=ax类型的特征.
1.指数函数的概念
注意其特征:系数为1,指数为x,底数a>0且a≠1
一般地,函数y=ax(a>0,a≠1)称为指数函数,其中x是自变量,函数的定义域是R.
2.指数函数的图象及性质
a>1 0<a<1 x
图象 定义域:R 值域:(0,+∞) 过点(0,1),即x=0时,y=1 当x>0时,y>1;当x<0时,0性质 <y<1 当x>0时,0<y<1;当x<0时,y>1 在R上是增函数,当x值趋近于正在R上是减函数,当x值趋近于无穷大时,函数值趋近于正无穷正无穷大时,函数值趋近于0;当大;当x值趋近于负无穷大时,函x值趋近于负无穷大时,函数值趋数值趋近于0 拓展深化 [微判断]
判断下列说法的正误.
1.指数函数的图象一定在x轴上方.(√) 2.y=3×2x;y=2x-1都是指数函数.(×)
近于正无穷大 3.指数函数y=ax中,a可以为负数.(×) 4.y=2x+1的值域是(1,+∞).(√)
提示 2.指数函数为y=ax(a>0且a≠1).系数为1,底数为常数a,a>0且a≠1,指数上只有x. 3.a>0且a≠1. [微训练]
1.下列函数一定是指数函数的是( ) A.y=2x+1
B.y=x3 D.y=3x
-
C.y=5×2x 答案 D
2.若指数函数f(x)的图象过点(3,8),那么f(x)的解析式为________. 答案 f(x)=2x
3.函数y=2+ax-2(a>0且a≠1)的图象恒过定点________. 答案 (2,3) [微思考]
1.指数函数的解析式有何特征?如何判断函数是否为指数函数?
提示 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位置上;③ax的系数必须为1.
2.指数函数图象不可能出现在第几象限? 提示 结合图象及性质知不可能在第三、四象限.
题型一 指数函数的概念及应用 【例1】 (1)给出下列函数:
①y=2·3x;②y=3x+1;③y=3x;④y=x3;⑤y=(-2)x.其中,指数函数的个数是( ) A.0
B.1
C.2
D.4
53(2)已知函数f(x)是指数函数,且f-2=25,则f(3)=________.
解析 (1)①中,3x的系数是2,故①不是指数函数;②中,y=3x+1的指数是x+1,不是自变量x,故②不是指数函数;③中,3x的系数是1,幂的指数是自变量
x,且只有3x一项,故③是指数函数;④中,y=x3的底为自变量,指数为常数,故④不是指数函数.⑤中,底数-2<0,不是指数函数.
33
3--
(2)设f(x)=a(a>0且a≠1),由f-2=a2=52,故a=5,故f(x)=5x,所以f(3)
x
=53=125. 答案 (1)B (2)125
规律方法 1.指数函数的解析式必须具有三个特征:
(1)底数a为大于0且不等于1的常数;(2)指数位置是自变量x;(3)ax的系数是1.
2.求指数函数的关键是求底数a,并注意a的限制条件. 【训练1】 (1)若函数y=a2(2-a)x是指数函数,则( ) A.a=1或-1 C.a=-1
B.a=1
D.a>0且a≠1
(2)已知指数函数f(x)的图象过点(3,π),则函数f(x)的解析式为________.
解析
(1)由条件知2-a>0,解得a=-1.
2-a≠1,
x
3
1
a2=1,
(2)设f(x)=a,将点(3,π)代入,得到f(3)=π,即a=π,解得a=π3,于是f(x)=π3.
答案 (1)C (2)f(x)=π3 题型二 指数函数图象的应用
【例2】 (1)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( )
x
x
A.a<b<1<c<d C.1<a<b<c<d
B.b<a<1<d<c D.a<b<1<d<c
1x
(2)已知函数y=3的图象,怎样变换得到y=3
x+1
+2的图象?并画出相应图象.
(3)函数f(x)=2ax+1-3(a>0且a≠1)的图象恒过的定点是________. (1)解析 法一 在y轴的右侧,指数函数的图象由下到上,底数依次增大. 由指数函数图象的升降,知c>d>1,b<a<1. ∴b<a<1<d<c.
法二 作直线x=1,与四个图象分别交于A,B,C,D四点,由于x=1代入各个函数可得函数值等于底数的大小,所以四个交点的纵坐标越大,则底数越大,由图可知b<a<1<d<c.故选B.
答案 B 1
(2)解 y=3
x+1
+2=3-(x+1)+2.
作函数y=3x的图象关于y轴的对称图象得函数y=3-x的图象,再向左平移1个单位长度就得到函数y=3-(x+1)的图象,最后再向上平移2个单位长度就得到函1
数y=3-(x+1)+2=3
x+1
+2的图象,如图所示.
(3)解析 y=ax的图象过定点(0,1),所以令x+1=0,即x=-1,则f(x)=-1,故f(x)=2ax+1-3(a>0且a≠1)过定点(-1,-1). 答案 (-1,-1)
规律方法 处理函数图象问题的策略
(1)无论指数函数的底数a如何变化,指数函数y=ax(a>0,a≠1)的图象与直线x=1相交于点(1,a),指数函数图象的规律:在第一象限内,图象由下到上,对应的底数越来越大,即“底大图高”,越来越靠近y轴.
(2)抓住特殊点:指数函数的图象过定点(0,1),求指数型函数图象所过的定点时,只要令指数为0,求出对应的y的值,即可得函数图象所过的定点. (3)巧用图象变换:函数图象的平移变换(左右平移、上下平移). (4)利用函数的性质:奇偶性与单调性. 【训练2】 (1)函数y=2|x|的图象是( )
(2)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|x| x =1故选B. ,x<0,2 2x,x≥0, (2)从曲线的变化趋势,可以得到函数f(x)为减函数,从而有00,即b<0. 答案 (1)B (2)D 题型三 指数型函数的定义域、值域问题 【例3】 求下列函数的定义域和值域: 1 (1)y=2x-4;(2)y=1-2x;(3)y=2 1 x2-2x-3 ;(4)y=4x-4·2x+1. 解 (1)由x-4≠0,得x≠4, 1 故y=2x-4的定义域为{x|x∈R,且x≠4}. 11 又≠0,即2x-4≠1. x-4 1 故y=2x-4的值域为{y|y>0,且y≠1}. (2)由1-2x≥0,得2x≤1,∴x≤0, ∴y=1-2x的定义域为(-∞,0]. 由0<2x≤1,得-1≤-2x<0,∴0≤1-2x<1, ∴y=1-2x的值域为[0,1). 1(3)y=2 x2-2x-3 的定义域为R. ∵x2-2x-3=(x-1)2-4≥-4, 1∴2 x2-2x-3 1≤2=16. >0, x2-2x-3 -4 1又∵2 x2-2x-3 1 故函数y=2 的值域为(0,16]. (4)函数的定义域为R. 记t=2x>0,则y=t2-4t+1=(t-2)2-3. 故当t=2,即2x=2, 解得x=1时,y取得最小值-3. 所以函数的值域为[-3,+∞). 1 【迁移1】 (变条件)已知y=f(x)是定义在R上的奇函数且当x≥0时,f(x)=-4x1 +2x,则此函数的值域为______. 1 解析 设t=2x,当x≥0时,2x≥1,∴0 11 ∴0≤g(t)≤4,故当x≥0时,f(x)∈0,4. ∵y=f(x)是定义在R上的奇函数, 1 ∴当x≤0时,f(x)∈-4,0. 11故函数的值域为-4,4. 2 11答案 -4,4 【迁移2】 (变结论)已知函数y=1+2x+4x·a在x∈(-∞,1]上时y>0恒成立,求实数a的取值范围. x 1+2 解 由题意得1+2x+4x·a>0在x∈(-∞,1]上恒成立,即a>-4x在x∈(-∞, 1]上恒成立. 1+2x11令f(x)=-4x=-2-2 111 =-++4. 22 11 ∵x∈(-∞,1],∴2∈2,+∞. 1111 令t=2,则g(t)=-t+2+4,t∈2,+∞. 111 ∵g(t)=-t+2+4在2,+∞上为减函数, 31111 ∴g(t)≤g2=-2+2+=-. 443 即g(t)∈-∞,-4. 3 ∵a>g(t)max,∴a∈-4,+∞. 3 故实数a的取值范围是-4,+∞. 规律方法 函数y=af(x)的定义域与值域的求法 (1)形如y=af(x)的函数的定义域就是f(x)的定义域. (2)形如y=af(x)的值域,应先求出f(x)的值域;再由函数的单调性求出af(x)的值域.若a的取值范围不确定,则需对a进行分类讨论. (3)形如y=f(ax)的值域,要先求出u=ax的值域,再结合y=f(u)确定出y=f(ax)的值域. 【训练3】 (1)函数f(x)=1-2x+A.(-3,0] 1 的定义域为( ) x+3B.(-3,1] 2 2 x 2 x x 2 2x x C.(-∞,-3)∪(-3,0] x D.(-∞,-3)∪(-3,1] 1 (2)函数f(x)=3-1,x∈[-1,2]的值域为________. (3)函数y=4x+2x+1+1的值域为________. 1-2x≥0, 解析 (1)由题意得自变量x应满足解得-3 11818 (2)∵-1≤x≤2,∴9≤3≤3,∴-9≤3-1≤2,∴值域为-9,2. (3)函数的定义域为R,又y=4x+2x+1+1=(2x)2+2·2x+1=(2x+1)2,易知2x>0,故y>1,即函数的值域为(1,+∞). 8 答案 (1)A (2)-9,2 (3)(1,+∞) 一、素养落地 1.通过本节课的学习,重点提升学生的直观想象素养及数学抽象素养. 2.当a>1时,a的值越大,图象越靠近y轴,递增速度越快,当0<a<1时,a的值越小,图象越靠近y轴,递减的速度越快. 3.形如y=ma2x+nax+c(m≠0)的值域问题,先令t=ax换元,转化为求二次函数的值域问题. 4.在给定区间上恒成立求参数范围时,首先想到是分离参数,能分离尽量分离. 二、素养训练 1.若函数f(x)是指数函数,且f(2)=2,则f(x)=( ) A.(2)x B.2x 1C.2 x x x 2D. 2 x 解析 由题意,设f(x)=ax(a>0且a≠1),则由f(2)=a2=2,得a=2,所以f(x)=(2)x. 答案 A 2.当x∈[-2,2)时,y=3-x-1的值域是( ) 8A.-9,8 8 B.-9,8 1C.9,9 1 D.9,9 解析 ∵y=3-x-1在x∈[-2,2)上是减函数, 8 ∴3-2-1 1 解析 f(1-x)=21-x=2 2,排除A,故选B. 答案 B 4.函数f(x)=2·ax1+1的图象恒过定点________. - x-1 1 2是减函数,故排除选项C,D,又当x=0时, 0-1 = 解析 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). 答案 (1,3) 基础达标 一、选择题 1.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 解析 a>0, 由题意得a≠1,得a=3,故选C. a2-4a+4=1, 答案 C 2.函数y=8-23-x(x≥0)的值域是( ) A.[0,8) C.[0,8] B.(0,8) D.(0,8] 解析 ∵x≥0,∴-x≤0,∴3-x≤3,∴0<23-x≤23=8,∴0≤8-23-x<8,∴函数y=8-23-x的值域为[0,8). 答案 A 3.已知1>n>m>0,则指数函数①y=mx,②y=nx的图象为( ) 解析 由于0 解析 当x=0时,y=2,且函数单调递增,故选A. 答案 A 1 5.函数f(x)=ax-a(a>0,a≠1)的图象可能是( ) 解析 函数f(x)的图象恒过(-1,0)点,只有图象D适合. 答案 D 二、填空题 6.指数函数y=(2-a)x在定义域内是减函数,则a的取值范围是________. 解析 由题意可知0<2-a<1,即17.函数f(x)=3 x-1 的定义域为________. x-1 解析 由x-1≥0可得x≥1,所以函数f(x)=3答案 [1,+∞) 的定义域为[1,+∞). 8.函数f(x)=ax-1(a>0,且a≠1)的定义域是(-∞,0],则实数a的取值范围是________.