求函数值域的几种常用方法在函数的三要素中,定义域和值域起决定作用,而值域是由定义域和对应法则共同确定。
研究函数的值域,不但要重视对应法则的作用,而且还要特别重视定义域对值域的制约作用。
确定函数的值域是研究函数不可缺少的重要一环。
对于如何求函数的值域,是学生感到头痛的问题,它所涉及到的知识面广,方法灵活多样,在高考中经常出现,占有一定的地位,若方法运用适当,就能起到简化运算过程,避繁就简,事半功倍的作用。
本文就求函数值域的方法归纳如下,供参考。
一、直接观察法这是最基本的方法,通过对函数的定义域及其对应关系的观察分析,求函数的值域。
例1 求函数y =x 1的值域。
解: x ≠0 ,∴ x1≠0显然函数的值域是:( -∞,0 )∪(0 ,+∞). 例2 求函数y = 3 -x 的值域。
解: x ≥0 ∴- x ≤0 3 -x ≤3 故函数的值域是:(,3]-∞ .二、反函数法当一个函数存在反函数又便于求其反函数时,可以通过求原函数的定义域来确定反函数的值域。
例3 求函数y =6543++x x 值域。
解:由原函数式可得:x =3564--y y,则其反函数为:4653xy x -=- 其定义域为:x ≠53,故所求函数的值域为:33(,)(,)55-∞⋃+∞.注:本题还可以用分离系数法,把原函数式变形为:3252530y x =++同样达到目的。
例4 求函数11()211()2xxy -=+值域。
解:由原函数式可得:121log 1yx y-=+,则其反函数为:121log 1xy x -=+ 由101xx->+,知11x -<<, 故所求函数的值域为:(1,1)-.注:本题还可以利用函数的有界性法,把原函数式变形为:11()021xyy-=>+同样达到目的 三、配方法配方法是求二次函数(即形如2()()()f x ag x bg x c =++的函数)值域最基本的方法之一。
例5 求函数y =2x -2x + 5,x ∈[-1,2]的值域。
解:将函数配方得:y =(x -1)2+ 4,x ∈[-1,2], 由二次函数的性质可知:当x = 1时,min y = 4 , 当x = - 1,时max y = 8 , 故函数的值域是:[ 4 ,8 ].例6求函数y =的值域。
解:将函数变形为:y =故函数的值域是:[ 0 ,32].例7 求函数2sin 2sin 2()4y x x x ππ=-+-≤≤的值域。
解:将函数配方得:2(sin 1)1y x =-+,4x ππ-≤≤,sin 12x ∴-≤≤ 当sin x =max 52y =当sin 1x =时,min 1y= 故函数的值域是:5[1,2+. 四、判别式法形如2111122222(,a x b x c y a a a x b x c ++=++不同时为0)的函数的值域通常用此法求解,把函数转化为关于x (或关于x 的某个代数式)的二次方程,通过方程有实根,△≥0,从而求得函数的值域。
例8 求函数 y =3212+--x x x 的值域。
解:由y =3212+--x x x 得:013)12(2=+++-y x y yx (※)当0≠y 时,为使方程(※)有实根, 必须且只需△[]22(21)4(31)810y y y y =-+-+=-+≥解得 4242≤≤-y 当0=y 时,方程(※)有实根1=x因此,函数的值域是⎥⎦⎤⎢⎣⎡-42,42. 例9 求函数y = x +)2(x x -的值域。
解:两边平方整理得:22x -2(y +1)x + y 2=0(1) x ∈R ,∴△=4(y +1)2-8 y ≥0 解得:1-2≤ y ≤1+2但此时的函数的定义域由x (2 - x )≥0,得: 0≤ x ≤2。
由△≥0,仅保证关于x 的方程:22x -2( y +1)x + y 2=0在实数集R 有实根,而不能确保其实根在区间[0,2]上,即不能确保方程(1)有实根,由△≥0求出的范围可能比y的实际范围大,故不能确定此函数的值域为[1。
可以采取如下方法进一步确定原函数的值域。
0≤x ≤2,∴y = x +)2(x x - ≥0,把min y =0代入方程(1),解得: 0[0,2]x =∈,把1y =1),解得:[0,2]x =∴原函数的值域为:[0,1+2].注:在这里,需要注意两个问题:一是要讨论二次项系数是否为0,因为二次项系数为0时方程(※)不再是一元二次方程,当然不能用判别式判定其是否有实数根。
二是要注意函数的定义域是否为实数集,因为判别式是判定一元二次方程在整个实数集上(而不是在它的子集合内)是否有解;若原函数的定义域不是实数集时,应综合函数的定义域,将扩大的部分剔除。
五、利用函数的有界性法函数式中含有正弦或余弦函数及指数式时,不妨利用此法。
例10 求函数y = 11+-x x e e 的值域。
解:由原函数式可得:xe =11y y+-, xe >0,∴11y y+->0解得:- 1<y <1,故所求函数的值域为( - 1 , 1 ) . 例11 求函数2sin 2sin xy x-=+的值域解:由原函数式可得:22sin 1yx y -=+ , 22|sin |1,||11yx y -≤∴≤+即 |22||1|y y -≤+。
两边平方,得2248421y y y y -+≤++ 即231030y y -+≤ 解得:133y ≤≤ 所以函数的值域是1,33⎡⎤⎢⎥⎣⎦。
例12 求函数y =3sin cos -x x的值域。
解:由原函数式可得:y sin x - cos x=3 y ,)3x y β+=即sin()x β+=∵ x ∈R ,∴sin (x +β)∈[-1,1] 。
即-1≤132+y y ≤1解得:-42≤ y ≤42 故函数的值域为[-42,42]. 注:本题还可以利用数形结合法,把原函数式变形为:cos 0sin 3x y x -=-,可以看作一点(3,0)P 与单位圆221x y +=上的点所连线段的斜率,从而达到目的。
六、利用函数的单调性法1、两个单调递增(或递减)函数的和仍为单调递增(或递减)函数;2、()(0)kf x x k x=+>在(,)x ∈-∞+∞上是增函数,在[x ∈上是减函数。
例13求函数52log 10)x y x -=+≤≤的值域。
解:令512x y -=,23log y =则 1y , 2y 在[ 2, 10 ]上都是增函数。
所以 y =1y +2y 在[ 2 ,10 ]上是增函数。
当x = 2 时,y min = 32-+log =81, 当x = 10 时,max y = 52+3log 。
故所求函数的值域为:[81,33]. 例14 求函数y = 1+x -1-x 的值域。
解:原函数可化为: y =112-++x x令1y = 1+x ,2y = 1-x ,显然1y ,2y 在[1,)+∞上为无上界的增函数, 所以y =1y +2y 在[1,)+∞上也为无上界的增函数。
所以当x = 1时,y =1y +2y 有最小值2,原函数有最大值22= 2。
显然y >0,故原函数的值域为( 0 , 2)。
例15求函数2y =的值域解:函数y =令t =,则1(2)y t t t=+≥由于函数1y t t =+在[2,)+∞上是单调递增函数,从而有min 15222y =+=故所求函数的值域为:5[,)2+∞.七、换元法形如,,,y ax b a b c d =+为常数,0)a ≠常用代数换元;形如,,,y ax b a b c d =+为常数,0)a ≠常用三角换元。
例16 求函数y = x + 1-x 的值域。
解:令x -1= t ,(t ≥0)则x =2t +1∵ y =2t + t +1=2)21(+t +43, 又t ≥0,由二次函数的性质可知当 t =0时,min 1y =, 当t →0时,y →+∞。
故函数的值域为[1,)+∞.例17求函数2y x =+ 解:因1-2)1(+x ≥0,即2)1(+x ≤1故可令1cos ,[0,]x ββπ+=∈.∴y =cos β=sin β+cos β+1=2sin (β+4π)+1 50044ππβπβ≤≤∴≤+≤∴ -22≤sin (β+4π)≤1∴ 0 ≤2sin (β+4π)+1≤1+2故函数的值域为[0,1.八、数形结合法其题型是函数解析式具有明显的某种几何意义,如两点的距离公式直线斜率等等,这类题目若运用数形结合法,往往会更加简单,一目了然,赏心悦目。
例18求函数y =解:原函数可化简得:|2||8|y x x =-++上式可以看成数轴上点P (x )到定点A (2 ), B (- 8 )间的距离之和。
由上图可知:当点P 在线段AB 上时,|2||8|||10y x x AB =-++==当点P 在线段AB 的延长线或反向延长线上时,|2||8|||10y x x AB =-++>=故所求函数的值域为:[10,)+∞.例19求函数y =解:原函数可变形为:y =上式可看成x 轴上的点P (x ,0)到两定点 A (3,2),B (-2 ,-1 )的距离之和, 由图可知当点P 为线段与x 轴的交点时,min ||y AB ===故所求函数的值域为)+∞. 例20求函数y =的值域。
解:将函数变形为:y =上式可看成定点A (3,2)到点P (x ,0 )的距离与定点B (-2,1)到点P (x ,0)的距离之差。
即:y =∣AP ∣-∣BP ∣,由图可知:(1) 当点P 在x 轴上且不是直线AB 与x 轴的交点时,如点P ',则构成△ABP ',根据三角形两边之差小于第三边,有||||||||AP BP AB ''-<=即:-26< y <26(2)当点P 恰好为直线AB 与x 轴的交点时, 有 ∣∣AP ∣-∣BP ∣∣= ∣AB ∣= 26。
综上所述,可知函数的值域为:(.注:由例19,20可知,求两距离之和时,要将函 数式变形,使A ,B 两点在x 轴的两侧,而求两距 离之差时,则要使A ,B 两点在x 轴的同侧。
九 、不等式法利用基本不等式,,)a b c a b c R +++≥∈,a b +≥(,)a b R +∈求函数的值域,其题型特征是当解析式是和式时要求积为定值,当解析式是积时要求和为定值,不过有时须要用到拆项、添项和两边平方等技巧。
例21 求函数2sin sin 2y x x =的值域。
解:4sin sin cos y x x x =24sin cos x x =242222222316sin cos 8sin sin (22sin )sin sin 22sin 8()36427y x x x x x x x x ==-++-≤= 当且当22sin 22sin x x =-,即当22sin 3x =时,等号成立。