求函数值域方法求函数的值域或最值是高中数学基本问题之一,也是考试的热点和难点之一。
遗憾的是教材中仅有少量求定义域的例题、习题,而求值域或最值的例题、习题则是少得屈指可数。
原因可能是求函数的值域往往需要综合用到众多的知识内容,技巧性强,有很高的难度,因此求函数的值域或最值的方法需要我们在后续的学习中逐步强化。
本文谈一些求函数值域的方法,仅作抛砖引玉吧。
一、基本知识1. 定义:因变量y 的取值范围叫做函数的值域(或函数值的集合)。
2. 函数值域常见的求解思路:⑴.划归为几类常见函数,利用这些函数的图象和性质求解。
⑵.反解函数,将自变量x 用函数y 的代数式形式表示出来,利用定义域建立函数y 的不等式,解不等式即可获解。
⑶.可以从方程的角度理解函数的值域,如果我们将函数()y f x =看作是关于自变量x 的方程,在值域中任取一个值0y ,0y 对应的自变量0x 一定为方程()y f x =在定义域中的一个解,即方程()y f x =在定义域内有解;另一方面,若y 取某值0y ,方程()y f x =在定义域内有解0x ,则0y 一定为0x 对应的函数值。
从方程的角度讲,函数的值域即为使关于x 的方程()y f x =在定义域内有解的y 得取值范围。
特别地,若函数可看成关于x 的一元二次方程,则可通过一元二次方程在函数定义域内有解的条件,利用判别式求出函数的值域。
⑷.可以用函数的单调性求值域。
⑸.其他。
3. 函数值域的求法(1)、直接法:从自变量x 的范围出发,推出()y f x =的取值范围。
或由函数的定义域结合图象,或直观观察,准确判断函数值域的方法。
例1:求函数()1y x =≥的值域。
)+∞例2:求函数y = [)1,+∞例3:求函数1y =的值域。
0≥11≥,∴函数1y =的值域为[1,)+∞。
(2)、配方法:配方法式求“二次函数类”值域的基本方法。
形如2()()()F x af x bf x c =++的函数的值域问题,均可使用配方法。
例1:求函数242y x x =-++([1,1]x ∈-)的值域。
解:2242(2)6y x x x =-++=--+,∵[1,1]x ∈-,∴2[3,1]x -∈--,∴21(2)9x ≤-≤ ∴23(2)65x -≤--+≤,∴35y -≤≤∴函数242y x x =-++([1,1]x ∈-)的值域为[3,5]-。
(3).最值法:对于闭区间上的连续函数,利用函数的最大值、最小值求函数的值域的方法。
例1 求函数y=3-2x-x2 的值域。
解:由3-2x-x2≥0,解出定义域为[-3,1]。
函数y 在[-3,1]内是连续的,在定义域内由3-2x-x2 的最大值为4,最小值为0。
∴函数的值域是[0,2]例2:求函数2x y =,[]2,2x ∈-的值域。
1,44⎡⎤⎢⎥⎣⎦例3:求函数2256y x x =-++的值域。
73,8⎛⎤-∞ ⎥⎝⎦(4)、反函数法:利用函数和它的反函数的定义域与值域的互逆关系,通过求反函数的定义域,得到原函数的值域。
例1:求函数1212xxy -=+的值域。
解:由1212x xy -=+解得121xy y -=+, ∵20x>,∴101yy->+,∴11y -<< ∴函数1212xxy -=+的值域为(1,1)y ∈-。
(5)、分离常数法:分子、分母是一次函数得有理函数,可用分离常数法,此类问题一般也可以利用反函数法。
小结:已知分式函数)0(≠++=c dcx bax y ,如果在其自然定义域(代数式自身对变量的要求)内,值域为⎭⎬⎫⎩⎨⎧≠c a y y ;如果是条件定义域(对自变量有附加条件),采用部分分式法将原函数化为)(bc ad dcx c adb c a y ≠+-+=,用复合函数法来求值域。
例1:求函数125xy x -=+的值域。
解:∵177(25)112222525225x x y x x x -++-===-++++,∵72025x ≠+,∴12y ≠-,∴函数125x y x -=+的值域为1{|}2y y ≠-。
(6)、换元法:运用代数代换,奖所给函数化成值域容易确定的另一函数,从而求得原函数的值域,形如y ax b =+a 、b 、c 、d 均为常数,且0a ≠)的函数常用此法求解。
例1:求函数2y x =解:令t =0t ≥),则212t x -=,∴22151()24y t t t =-++=--+ ∵当12t =,即38x =时,max 54y =,无最小值。
∴函数2y x =5(,]4-∞。
(7)、判别式法:把函数转化成关于x 的二次方程(,)0F x y =;通过方程有实数根,判别式0∆≥,从而求得原函数的值域,形如21112222a xb xc y a x b x c ++=++(1a 、2a 不同时为零)的函数的值域,常用此方法求解。
例1:求函数2231x x y x x -+=-+的值域。
解:由2231x x y x x -+=-+变形得2(1)(1)30y x y x y ---+-=,当1y =时,此方程无解;当1y ≠时,∵x R ∈,∴2(1)4(1)(3)0y y y ∆=----≥, 解得1113y ≤≤,又1y ≠,∴1113y <≤ ∴函数2231x x y x x -+=-+的值域为11{|1}3y y <≤(8)、函数的单调性法:确定函数在定义域(或某个定义域的子集)上的单调性,求出函数的值域。
例1:求函数y x =解:∵当x 增大时,12x -随x的增大而减少,x 的增大而增大,∴函数y x =1(,]2-∞上是增函数。
∴1122y ≤-=,∴函数y x =-1(,]2-∞。
例2.求函数xx y 1+=在区间()+∞∈,0x 上的值域。
分析与解答:任取()+∞∈,0,21x x ,且21x x <,则()()()()212121211x x x x x x x f x f --=-,因为210x x <<,所以:0,02121><-x x x x ,当211x x <≤时,0121>-x x ,则()()21x f x f >;当1021<<<x x 时,0121<-x x ,则()()21x f x f <;而当1=x 时,2min =y 于是:函数xx y 1+=在区间()+∞∈,0x 上的值域为),2[+∞。
构造相关函数,利用函数的单调性求值域。
例3:求函数()x x x f -++=11的值域。
分析与解答:因为110101≤≤-⇒⎩⎨⎧≥-≥+x x x ,而x +1与x -1在定义域内的单调性不一致。
现构造相关函数()x x x g --+=11,易知)(x g 在定义域内单调增。
()21max ==g g ,()21min -=-=g g ,()2≤⇒x g ,()202≤≤x g ,又()()422=+x g x f,所以:()422≤≤x f,()22≤≤x f 。
(9)、基本不等式法利用基本不等式ab b a 222≥+和)0,(2>≥+b a ab b a 是求函数值域的常用技巧之一, 利用此法求函数的值域, 要合理地添项和拆项, 添项和拆项的原则是要使最终的乘积结果中不含自变量, 同时, 利用此法时应注意取""=成立的条件.例1 求函数12++=x x y 的值域.解答:211112≥++==+++x x x x y , 当且仅当1=x 时""=成立. 故函数的值域为),2[+∞∈y .此法可以灵活运用, 对于分母为一次多项式的二次分式, 当然可以运用判别式法求得其值域, 但是若能变通地运用此法, 可以省去判别式法中介二次不等式的过程.例2 求函数1222+++=x x x y 的值域.解答: 此题可以利用判别式法求解, 这里考虑运用基本不等式法求解此题, 此时关键是在分子中分解出)"1("+x 项来, 可以一般的运用待定系数法完成这一工作, 办法是设:22))(1(2++=+++x x c b x x , (2)将上面等式的左边展开, 有:)()1(2c b x b x ++++,故而21=+b , 2=+c b . 解得1=b , 1=c . 从而原函数1111)1)(1()1(+++++++==x x x x x y ;ⅰ)当1->x 时, 01>+x , 011>+x , 此时2≥y , 等号成立, 当且仅当0=x .ⅱ)当1-<x 时, 0)1(>+-x , 011>-+x , 此时有211)1(11)1(11)1)(1(-≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+--=+++=++++=x x x x x x x y , 等号成立, 当且仅当2-=x .综上, 原函数的值域为: ),2[]2,(+∞⋃--∞∈y . 不等式法利用基本不等式,求函数的最值,其题型特征解析式是和式时要求积为定值,解析式是积时要求和为定值,不过有时需要用到拆项、添项和两边平方等技巧。
例3. 求函数的值域。
解:原函数变形为:当且仅当即当时,等号成立 故原函数的值域为:例4. 求函数的值域。
解:当且仅当,即当时,等号成立。
由可得:故原函数的值域为:(10)、有界性法:利用某些函数有界性求得原函数的值域。
例1:求函数2211x y x -=+的值域。
解:由函数的解析式可以知道,函数的定义域为R ,对函数进行变形可得2(1)(1)y x y -=-+,∵1y ≠,∴211y x y +=--(x R ∈,1y ≠), ∴101y y +-≥-,∴11y -≤<, ∴函数2211x y x -=+的值域为{|11}y y -≤<形如2),(sin x y f =α0,1sin ),(2≥≤=x y g α因为可解出Yr 范围,从而求出其值域或最值。
例2.求函数1212--=x x y 的值域[解析]:函数的有界性由1212--=x x y 得112--=y y x11011,022-<>⇒>--∴>y y y y 或 例3:求函数2cos 13cos 2x y x +=-的值域。
[)1,3,5⎛⎤-∞⋃+∞ ⎥⎝⎦例4:求函数2sin 2sin xy x-=+的值域。
1,33⎡⎤⎢⎥⎣⎦(11)、数型结合法:函数图像是掌握函数的重要手段,利用数形结合的方法,根据函数图像求得函数值域,是一种求值域的重要方法。
当函数解析式具有某种明显的几何意义(如两点间距离,直线的斜率、截距等)或当一个函数的图象易于作出时,借助几何图形的直观性可求出其值域。