关于指对幂函数的性质应用

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  指数函数、对数函数、幂函数是三类重要的基本初等函数,其性质经常用于比较大小,解不等式或方程,以及函数综合问题中,下面举例说明。
  一、比较大小
  例1:已知a=2.1,b=2.3,c=2.1,试比较a、b、c的大小.
  分析:比较幂的值的大小,主要依据是指数函数和幂函数的单调性。当底数相同而指数不同时,考虑利用指数函数的单调性;当底数不同且指数相同时,考虑利用幂函数的单调性;当底数、指数均不同时,可考虑用幂函数过渡到指数函数,即寻找到合适的中间值后,再比较大小。
  解:因为幂函数y=x在(0,+∞)上是增函数,所以a=2.1<2.3;因为指数函数y=2.3在R上是增函数,所以2.3<2.3=b;因为指数函数y=2.1在R上是增函数,所以c=2.1<2.1=a.综上,c<a<b.
  变式1:已知a=0.4,b=2.5,c=0.4,则a、b、c的大小关系为?摇?摇?摇?摇?摇?摇.
  解:因为指数函数y=0.4在R上是减函数,所以a=0.4>0.4=c>0.4=1,而因为指数函数y=2.5在R上是增函数,所以b=2.5<2.5=1.综上,b<c<a.
  说明:本题中比较大小,都可以看作指数函数来考察,而b、c底数不同且指数也不同,这里是通过和中间值1比较大小,这个中间值根据题目需要而定,但通常都是和0或1比较。
  二、解方程和不等式
  例2:若A={x|3≤3<27,x∈Z},B={x||logx|>1,x∈R},则A∩(CB)的元素个数为?摇?摇?摇?摇?摇?摇.
  分析:首先要利用指数函数、对数函数的单调性确定集合,在进行集合的运算,要注意对数的真数大于0。
  解:由3≤3<27,得到1≤3-x<3,即0<x≤2,所以A={1,2}.由|logx|>1,得到logx<-1或logx>1,即0<x<或x>2,所以B={x|0<x<或x>2},所以CB={x|≤x≤2或x≤0},所以A∩(CB)={1,2}.故A∩(CB)的元素个数为2.
  变式2:函数y=的定义域为?摇?摇?摇 ?摇?摇?摇?摇?摇.
  分析:求定义域通常都是使表达式本身有意义,即本题是保证根号里的数大于等于零,同时还要保证对数式里德真数大于零即可。
  解:由题意得到log(3-3)-1≥03-3>0,解不等式组得x≥log6,即函数y=的定义域为[log6,+∞).
  三、综合问题
  例3:已知函数f(x)=log(a-1)(a>0,a≠1),求函数f(x)的定义域,并讨论函数f(x)的单调性(需利用定义进行证明)。
  分析:先利用对数的真数大于0,求出函数的定义域,然后结合定义域分析单调性,并严格按照单调性的定义进行证明。要注意对指数函数和对数函数的底数的范围进行讨论。
  解:要使函数有意义,则a-1>0,则a>a.
  (1)当a>1时,可有a>a,解得x>0,即函数的定义域为(0,+∞).这时,
  f(x)=log(a-1)在(0,+∞)上是增函数,下面进行证明.
  设0<a<1,则
  f(x)-f(x)=log(a-1)-log(a-1)
  =log=log(1+)
  因为0<x<x,a>1,所以a>a>1,则a-1>0,a-a>0,
  即>0,1+>1,故log(1+)>0,从而f(x)>f(x).
  所以f(x)=log(a-1)在(0,+∞)上是增函数。
  (2)当0<a<1时,同理可得,函数f(x)=log(a-1)的定义域为(-∞,0),且在(-∞,0)上是增函数。
  变式3:已知函数f(x)=a+log(x+2)在[0,1]上的最大值与最小值之和为a,则实数a的值为?摇?摇?摇 ?摇?摇?摇.
  分析:本题主要是利用复合函数的单调性来解决的,因为h(x)=a和g(x)=log(x+2)在定义域上都是单调增函数,所以f(x)=a+log(x+2)也是单调增函数,利用单调性很容易求出参数a的值。
  解:由复合函数的单调性可知,函数f(x)=a+log(x+2)在[0,1]上是单调增函数,所以有f(0)+f(1)=a,即a+log(0+2)+a+log(1+2)=a,解得a=.
  变式4:已知函数f(x)=lg(3-b)(b为常数),若x∈[1,+∞)时,f(x)≥0恒成立,求实数b的取值范围.
  解:由lg(3-b)≥0得到3-b≥1,所以x∈[1,+∞)时,f(x)≥0恒成立,即当x∈[1,+∞),3-b≥1恒成立,即当x∈[1,+∞),b≤3-1恒成立.令g(x)=3-1,则b≤g(x),x∈[1,+∞),而当x∈[1,+∞),g(x)=2,所以b≤2.即b的取值范围为(-∞,2].
  四、典型易错问题
  例:求函数y=log(3+2x-x)的单调区间.
  错解1:设μ=3+2x-x,则μ在(-∞,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;又y=logμ在定义域上单调递减,根据同增异减得原则,函数y=log(3+2x-x)在(-∞,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增。
  错解2:设μ=3+2x-x,则由μ>0,得-1<x<3.则μ=3+2x-x在(-1,1]上单调递增,在(1,3)上单调递减,∴y=log(3+2x-x)在(-1,1]上单调递增,在(1,3)上单调递减。
  错解分析:错解1忽视了函数y=log(3+2x-x)本身的定义域,导致错误;错解2忽视了在求解复合函数的单调区间及值域问题时,应从内层函数μ=3+2x-x与外层函数y=logμ两方面结合来考虑。
  正解:先求函数的定义域,由3+2x-x>0,解得函数y=log(3+2x-x)的定义域是{x|-1<x<3}.设μ=3+2x-x(-1<x<3),又设-1<x<x≤1,则μ<μ,从而logμ>logμ,即y>y,∴函数y=log(3+2x-x)在区间(-1,1]上单调递减。同理可得,函数在区间(1,3)上单调递增。
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