专题11 幂函数(幂函数的定义与图像,幂函数的性质)知识梳理一、幂函数 1、幂的有关概念:正整数指数幂:*)n n a a a an N =⋅⋅⋅⋅⋅∈个( 零指数幂:01(0)a a =≠ 负整数指数幂:*1(0,)p p a a p N a-=≠∈ 分数指数幂:m *n(0,,1)n m a a a m n N n =>∈>且 *11(0,,,1)m nm nmnaa m n N n a a-==>∈>2、幂函数的定义:形如ky x =的函数叫幂函数。
注意:幂函数的底数是变量x ,系数是1,高中阶段指数取有理数k 。
3、幂函数的图象.根据幂函数的定义域,先作出其在第一象限的图象,再由其奇偶性作出其他象限的图形,具体见下图,()k y x k Q =∈的图象. 其中,*,2,,n m N m m n ∈≥互质.4、幂函数的性质所有的幂函数在(0,+∞)都有定义,并且函数图像都通过点(1,1)•k>0时:(图A )(1)图象都通过(0,0),(1,1);(2)在第一象限内,函数值随x 的增大而增大(增函数)。
•k<0时;(图B )(1)图象都通过点(1,1)(2)在第一象限内,函数值随x 的增大而减小(减函数) (3)在第一象限内,图象向上与y 轴无限地接近,向右与x 轴无限地接近。
•设幂函数k y x =的指数qk p=,其中p 、q 互素 当p 是偶数时,k y x =的定义域关于原点不对称,故它是非奇非偶函数;当p 是奇数时,如果q 是偶数,那么k y x =是偶函数;如果q 是奇数,那么k y x =是奇函数当0k ≠时,幂函数的单调区间是整个定义域,或是将定义域分为两个单调区间.具体情况可由上述图像直观得到热身练习1、下列命题中正确的是()A 当m=0时,函数m y x =的图像是一条直线B 幂函数的图像都经过(0,0),(1,1)两点C 幂函数m y x =图像不可能在第四象限内D 若幂函数m y x =为奇函数,则m y x =是定义域内的增函数【难度】★【答案】C2、幂函数①,②及直线③,④将直角坐标系第一象限分成八个区域:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ,那么幂函数的图象在第一象限中经过的区域是()A .Ⅳ,Ⅶ ;B . Ⅳ,Ⅷ;C.Ⅲ,Ⅷ;D . Ⅲ,Ⅶ【难度】★ 【答案】D3、设,则使函数的定义域为R 且为奇函数的所有的值为【难度】★★【答案】1,34、求函数的定义域、值域,并判断其单调性1y x -=y x =1y =1x =32y x -=⎭⎬⎫⎩⎨⎧-∈3,21,1,1ααx y =α)(12N m x y m m∈=++ⅤⅡⅢⅧⅥ ⅦO ⅣⅠxy1y =1x =y x=1y x -=【难度】★★【答案】因为必为奇数,且大于0,所以定义域为,值域为,并且在上为增函数例题解析考点一、幂函数的概念【例1】下列函数中,是幂函数的是( )A .31-⎪⎭⎫ ⎝⎛=x yB .22-⎪⎭⎫ ⎝⎛=x y C .32-=x y D .()32--=x y【难度】★【答案】A 【例2】函数y x=-32的定义域是_____.【难度】★★【答案】(,)0+∞【例3】函数2221(1)mm y m m x --=--是幂函数,求m 的值【难度】★★【答案】-1或2【例4】函数1224(42)(1)y mx x m m mx -=++++-+的定义域是全体实数,则实数m 的取值范围是【难度】★★【答案】1)+,∞【巩固训练】1.如果幂函数)(x f y =的图象经过点,则(4)f 的值等于( ).1)1(12++=++m m m m R R ),(+∞-∞A. 16B. 2C.116 D. 12【难度】★【答案】D2.下列幂函数中过点(0,0),(1,1)的偶函数是( ).A.12y x = B. 4y x = C. 2y x -= D.13y x=【难度】★★【答案】B3.求函数1302(3)y x x x -=+--的定义域.【难度】★★【答案】{|0,3}x x x >≠且4.关于幂函数有下列的四个命题,其中,真命题是(). A .幂函数中不存在既不是奇函数又不是偶函数的函数 B .如果一个幂函数有反函数,那么它一定为奇函数 C .图像不经过点)1,1(-的幂函数,一定不是偶函数D .如果两个幂函数有三个公共点,那么,这两个函数一定相同 【难度】★★【答案】C考点二、幂函数的奇偶性【例5】已知幂函数6()m y x m Z -=∈与2()m y x m Z -=∈的图象都与x 、y 轴都没有公共点,且2()m y x m Z -=∈的图象关于y 轴对称,求m 的值.【难度】★★【答案】6,4,2=m【例6】已知函数223()()mm f x x m -++=∈Z 为偶函数,且(3)(5)f f <,求m 的值,并确定()f x 的解析式.【难度】★★【答案】2()f x x =【例7】xx xx x x x f ++++=22322)(的最大值为M ,最小值为m ,则m M +=【难度】★★【答案】2【巩固训练】1.幂函数273235()(1)t t f x t t x+-=-+是偶函数,且在(0,)+∞上为增函数,求函数解析式.【难度】★★【答案】25()f x x =或85()f x x =.2.已知幂函数2()m y x m -=∈N 的图象与x 轴、y 轴都无交点,且关于y 轴对称,求m 的值,并画出它的图象【难度】★★ 【答案】图象与xy ,轴都无交点,2m ∴-≤0,即2m ≤.又m ∈N ,012m ∴=,,. 幂函数图象关于y 轴对称,0m ∴=,或2m =.当0m =时,函数为2y x -=,图象如图1;当2m =时,函数为01(0)y x x ==≠,图象如图1.考点三、幂函数的图像和单调性【例8】比较下列各组数的大小: (1)131.5,131.7,1;(2)(37,()37,()37;(3)232-⎛-⎝⎭,23107-⎛⎫- ⎪⎝⎭,()431.1-- 【难度】【答案】(1)底数不同,指数相同的数比大小,可以转化为同一幂函数,不同函数值的大小问题.∵13y x =在()0,+∞上单调递增,且1.7 1.51>>,∴11331.7 1.51>>.(2)底数均为负数,可以将其转化为())3377=-,())3377=-,())3377=-.∵37y x =在()0,+∞上单调递>>, ∴)))333777>>,即)))333777-<-<-,∴()()()333777<<.(3)先将指数统一,底数化成正数.223322--⎛⎛⎫-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,2233101077--⎛⎫⎛⎫-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,()()42331.1 1.21---=.∵23y x -=在()0,+∞上单调递减,且7 1.2110<<,∴()2232337 1.2110---⎛⎫>> ⎪⎝⎭⎝⎭,即:()2234337 1.1102---⎛⎛⎫->->- ⎪⎝⎭⎝⎭.【例9】幂函数y=221m m x--在第二象限内为x 的减函数,求m 的最大负整数值【难度】★★【答案】原函数即为y=22-+m mx (x≠0),要使得y=22-+m mx (x≠0)在第二象限有定义,则必为偶函数,于是m 2+m-2>0,解不等式得m<-2或m>1,当m=-3时,m 2+m-2=4是偶数,满足函数是偶函数,m=-3为所求。
【例10】已知函数,当为何值时,在第一象限内它的图像是上升曲线 【难度】★★【答案】或⎩⎨⎧<--<+032022m m m m 得:或()0,1-∈m【例11】若44(1)(32)m m +<-,试求实数m 的取值范围. 【难度】★★【答案】23m <,或m >4【例12】已知函数1133(1)(32)a a --+<-,求a 的取值范围【难度】★★【答案】根据幂函数的性质,()()2223m m f x m m x--=+m ()f x 220230m m m m ⎧+>⎪⎨-->⎪⎩()(),13,m ∈-∞-+∞有三种可能:10320a a +<⎧⎨->⎩或10320132a a a a +<⎧⎪-<⎨⎪+>-⎩或10320132a a a a+>⎧⎪->⎨⎪+>-⎩,解得:()23,1,32a ⎛⎫∈-∞- ⎪⎝⎭.【例13】⎩⎨⎧<≥=0,00,)(3x x x x f ,不等式)2()1(2x f x f >-的解集【难度】★★【答案】121-<≤-x【例14】已知定义在R 上的奇函数)(x f 满足2()2f x x x =+ (x ≥0),若2(3)(2)f a f a ->,则实数a 的取值范围是________. 【难度】★★【答案】13<<-x【例15】(1))(x f 的图像向左平移2个单位,再向下平移1个单位,得到12)(-=x x x g 的图像,则)(x f = (2))0(,)(>>++=b a bx ax x f 的单调区间 ,对称中心 ,若)(x f 是由某个幂函数平移得到,则b a ,满足的条件【难度】★★【答案】(1)5273)(--=x x x f (2)),(),(+∞---∞b b 和;)1,(b -;1=-b a【例16】利用幂函数图象,画出下列函数的图象(写清步骤)(1)53(2)1y x -=--;(2)222221x x y x x ++=++.【难度】★★【答案】(1)函数53(2)1y x -=--的图象可以由53y x-=的图象向右平移2个单位,再向下平移1个单位而得到.(2)1)1(1112112222222++=+++=++++=x x x x x x x y ,把函数21,x y =的图象向左平移1个单位,再向上平移1个单位,可以得到函数122222++++=x x x x y 的图象.【例17】(1))0(,2>=-x a xx有两个不同的解,则a 的取值范围 (2))0(,)(>>++=b a bx a x x f 的单调区间(3)方程x 2+2x -1=0的解可视为函数y =x +2的图像与函数y =1x的图像交点的横坐标,若x 4+ax -4=0的各个实根x 1,x 2,…,x k (k ≤4)所对应的点(x i ,4x i)(i =1,2,…,k )均在直线y=x 的同侧,则实数a 的取值范围是【难度】★★【答案】(1))1,0((2)),(),(+∞---∞b b 和(3)),6()6,(+∞--∞【巩固训练】1.下列函数中,在()0,∞-是增函数的是()A. 3x y =B. 2x y = C. x1y = D. 23x y =【难度】★★【答案】A2.比较下列各组中两个值大小(1)6110.6与6110.7(2)5533(0.88)(0.89).--与【难度】★★【答案】(1)∵函数611y x =在(0,)+∞上是增函数且00.60.7<<<+∞∴6611110.60.7<(2)函数53y x =在(0,)+∞上增函数且89.088.00<<∵55330.880.89<∴55330.880.89->-,即5533(0.88)(0.89).-<-4.若1122(1)(32)m m +<-,试求实数m 的取值范围. 【难度】★★【答案】213m -<≤5、函数3x y =和31x y =图象满足()A .关于原点对称B .关于x 轴对称C .关于y 轴对称D .关于直线x y =对称【难度】★★【答案】D6、函数43y x =的图象是()【难度】★★【答案】A7、设3)(x x x f +=,若0,0,0>+>+>+c a c b b a ,则)c (f )()(++b f a f 与0的大小关系 【难度】★★【答案】>8、⎪⎩⎪⎨⎧=≠-=)1(,1)1(,11)(x x x x f ,若关于x 的方程0)()(2=++c x bf x f 有三个不同的实数解321,,x x x ,则=++232221x x x【难度】★★【答案】5考点四、幂函数综合运用(性质运用、与方程、不等式的联系)【例18】已知函数)()(22N k x x f k k∈=++-满足)3()2(f f <,(1)求k 的值并求出相应的)(x f 的解析式;(2)对于(1)中得到的函数)(x f ,试判断是否存在正实数q ,使函数x q x qf x g )12()(1)(-+-=在区间[]2,1-上的值域为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-817,4?若存在,求出q ;若不存在,说明理由。