高考数学大一轮复习第二章函数概念与基本初等函数Ⅰ2.6对数与对数函数教案文含解析新人教A版§2.6对数与对数函数最新考纲考情考向分析1.理解对数的概念及其运算性质,知道用换底公式将一般对数转化成自然对数或常用对数;了解对数在简化运算中的作用.2.理解对数函数的概念及其单调性,掌握对数函数图象通过的特殊点,会画底数为2,10,12的对数函数的图象.3.体会对数函数是一类重要的函数模型.4.了解指数函数y=a x(a>0,且a≠1)与对数函数y=log a x(a>0,且a≠1)互为反函数.以比较对数函数值大小的形式考查函数的单调性;以复合函数的形式考查对数函数的图象与性质,题型一般为选择、填空题,中低档难度.1.对数的概念一般地,对于指数式a b=N,我们把“以a为底N的对数b”记作log a N,即b=log a N(a>0,且a≠1).2.对数log a N(a>0,a≠1)具有下列性质(1)N>0;(2)log a1=0;(3)log a a=1.3.对数运算法则(1)log a(MN)=log a M+log a N.(2)log aMN=log a M-log a N.(3)log a Mα=αlog a M.4.对数的重要公式(1)对数恒等式:log a Na=N.(2)换底公式:logb N =log a Nlog a b .5.对数函数的图象与性质y =log a x a >1 0<a <1图象定义域 (1)(0,+∞)值域(2)R性质(3)过定点(1,0),即x =1时,y =0(4)当x >1时,y >0;当0<x <1时,y <0 (5)当x >1时,y <0;当0<x <1时,y >0(6)在(0,+∞)上是增函数(7)在(0,+∞)上是减函数6.反函数指数函数y =a x(a >0且a ≠1)与对数函数y =log a x (a >0且a ≠1)互为反函数,它们的图象关于直线y =x 对称. 概念方法微思考1.根据对数换底公式:①说出log a b ,log b a 的关系? ②化简log m na b .提示 ①log a b ·log b a =1;②log m na b =n mlog a b .2.如图给出4个对数函数的图象.比较a ,b ,c ,d 与1的大小关系.提示 0<c <d <1<a <b .题组一 思考辨析1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)若MN >0,则log a (MN )=log a M +log a N .( × )(2)对数函数y =log a x (a >0且a ≠1)在(0,+∞)上是增函数.( × ) (3)函数y =ln 1+x1-x与y =ln(1+x )-ln(1-x )的定义域相同.( √ )(4)对数函数y =log a x (a >0且a ≠1)的图象过定点(1,0)且过点(a,1),⎝ ⎛⎭⎪⎫1a,-1,函数图象只在第一、四象限.( √ ) 题组二 教材改编2.log 29·log 34·log 45·log 52=. 答案 2 3.已知a =213-,b =log 213,c =12log 13,则a ,b ,c 的大小关系为.答案 c >a >b解析 ∵0<a <1,b <0,c =12log 13=log 23>1.∴c >a >b . 4.函数y =23log (2x -1)的定义域是.答案 ⎝ ⎛⎦⎥⎤12,1 解析 由23log (2x -1)≥0,得0<2x -1≤1.∴12<x ≤1. ∴函数y =23log (2x -1)的定义域是⎝ ⎛⎦⎥⎤12,1.题组三 易错自纠5.已知b >0,log 5b =a ,lg b =c,5d=10,则下列等式一定成立的是( ) A .d =ac B .a =cd C .c =ad D .d =a +c答案 B6.已知函数y =log a (x +c )(a ,c 为常数,其中a >0,a ≠1)的图象如图,则下列结论成立的是( )A .a >1,c >1B .a >1,0<c <1C .0<a <1,c >1D .0<a <1,0<c <1答案 D解析 由该函数的图象通过第一、二、四象限知该函数为减函数,∴0<a <1,∵图象与x 轴的交点在区间(0,1)之间,∴该函数的图象是由函数y =log a x 的图象向左平移不到1个单位后得到的,∴0<c <1.7.若log a 34<1(a >0且a ≠1),则实数a 的取值范围是.答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,34∪(1,+∞) 解析 当0<a <1时,log a 34<log a a =1,∴0<a <34;当a >1时,log a 34<log a a =1,∴a >1.∴实数a 的取值范围是⎝ ⎛⎭⎪⎫0,34∪(1,+∞).题型一 对数的运算1.设2a =5b=m ,且1a +1b=2,则m 等于( )A.10B .10C .20D .100 答案 A解析 由已知,得a =log 2m ,b =log 5m ,则1a +1b =1log 2m +1log 5m =log m 2+log m 5=log m 10=2. 解得m =10.2.计算:⎝ ⎛⎭⎪⎫lg 14-lg25÷10012-=.答案 -20解析 原式=(lg2-2-lg52)×10012=lg ⎝ ⎛⎭⎪⎫122×52×10=lg10-2×10=-2×10=-20. 3.计算:(1-log 63)2+log 62·log 618log 64=.答案 1解析 原式=1-2log 63+(log 63)2+log 663·log 6(6×3)log 64=1-2log 63+(log 63)2+1-(log 63)2log 64=2(1-log 63)2log 62=log 66-log 63log 62=log 62log 62=1.4.设函数f (x )=3x+9x ,则f (log 32)=. 答案 6解析 ∵函数f (x )=3x+9x, ∴f (log 32)=339log 2log 2log 43929+=+=2+4=6.思维升华对数运算的一般思路(1)拆:首先利用幂的运算把底数或真数进行变形,化成分数指数幂的形式,使幂的底数最简,然后利用对数运算性质化简合并.(2)合:将对数式化为同底数的和、差、倍数运算,然后逆用对数的运算性质,转化为同底对数真数的积、商、幂的运算. 题型二 对数函数的图象及应用例1(1)已知函数f (x )是定义在R 上的偶函数,且当x ≥0时,f (x )=ln(x +1),则函数f (x )的大致图象为( )答案 C解析 先作出当x ≥0时,f (x )=ln(x +1)的图象,显然图象经过点(0,0),再作此图象关于y 轴对称的图象,可得函数f (x )在R 上的大致图象,如选项C 中图象所示.(2)函数f (x )=2x|log 0.5x |-1的零点个数为( ) A .1B .2C .3D .4 答案 B解析 函数f (x )=2x|log 0.5x |-1的零点个数即方程|log 0.5x |=⎝ ⎛⎭⎪⎫12x 的解的个数,即函数y=|log 0.5x |与函数y =⎝ ⎛⎭⎪⎫12x图象交点的个数,作出两函数的图象(图略)可知它们有2个交点.(3)当0<x ≤12时,4x<log a x ,则a 的取值范围是( )A.⎝ ⎛⎭⎪⎫0,22 B.⎝ ⎛⎭⎪⎫22,1C .(1,2) D .(2,2) 答案 B解析 由题意得,当0<a <1时,要使得4x<log a x ⎝⎛⎭⎪⎫0<x ≤12,即当0<x ≤12时,函数y =4x的图象在函数y =log a x 图象的下方.又当x =12时,124=2,即函数y =4x 的图象过点⎝ ⎛⎭⎪⎫12,2.把点⎝ ⎛⎭⎪⎫12,2代入y =log a x ,得a =22.若函数y =4x的图象在函数y =log a x 图象的下方,则需22<a <1(如图所示).当a >1时,不符合题意,舍去. 所以实数a 的取值范围是⎝ ⎛⎭⎪⎫22,1. 引申探究若本例(3)变为方程4x=log a x 在⎝ ⎛⎦⎥⎤0,12上有解,则实数a 的取值范围为.答案 ⎝ ⎛⎦⎥⎤0,22 解析 若方程4x =log a x 在⎝ ⎛⎦⎥⎤0,12上有解,则函数y =4x和函数y =log a x 在⎝ ⎛⎦⎥⎤0,12上有交点,由图象知⎩⎪⎨⎪⎧0<a <1,log a 12≤2,解得0<a ≤22. 思维升华 (1)对一些可通过平移、对称变换作出其图象的对数型函数,在求解其单调性(单调区间)、值域(最值)、零点时,常利用数形结合思想求解.(2)一些对数型方程、不等式问题常转化为相应的函数图象问题,利用数形结合法求解. 跟踪训练1(1)函数y =2log 4(1-x )的图象大致是( )答案 C解析 函数y =2log 4(1-x )的定义域为(-∞,1),排除A ,B ;又函数y =2log 4(1-x )在定义域内单调递减,排除D.故选C.(2)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧log 2x ,x >0,3x,x ≤0,且关于x 的方程f (x )+x -a =0有且只有一个实根,则实数a 的取值范围是. 答案 (1,+∞)解析 如图,在同一坐标系中分别作出y =f (x )与y =-x +a 的图象,其中a 表示直线在y 轴上的截距.由图可知,当a >1时,直线y =-x +a 与y =f (x )只有一个交点.题型三 对数函数的性质及应用命题点1 比较对数值的大小例2设a =log 412,b =log 515,c =log 618,则( ) A .a >b >c B .b >c >a C .a >c >b D .c >b >a 答案 A解析 a =1+log 43,b =1+log 53,c =1+log 63, ∵log 43>log 53>log 63,∴a >b >c . 命题点2 解对数方程、不等式例3(1)方程log 2(x -1)=2-log 2(x +1)的解为.解析 原方程变形为log 2(x -1)+log 2(x +1)=log 2(x 2-1)=2,即x 2-1=4,解得x =±5,又x >1,所以x = 5.(2)已知不等式log x (2x 2+1)<log x (3x )<0成立,则实数x 的取值范围是.答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫13,12解析 原不等式⇔①⎩⎪⎨⎪⎧0<x <1,2x 2+1>3x >1,或②⎩⎪⎨⎪⎧x >1,2x 2+1<3x <1,解不等式组①得13<x <12,不等式组②无解.所以实数x 的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫13,12. 命题点3 对数函数性质的综合应用例4(1)若函数f (x )=log 2(x 2-ax -3a )在区间(-∞,-2]上是减函数,则实数a 的取值范围是( ) A .(-∞,4) B .(-4,4]C .(-∞,-4)∪[-2,+∞)D .[-4,4) 答案 D解析 由题意得x 2-ax -3a >0在区间(-∞,-2]上恒成立且函数y =x 2-ax -3a 在(-∞,-2]上单调递减,则a2≥-2且(-2)2-(-2)a -3a >0,解得实数a 的取值范围是[-4,4),故选D.(2)函数f (x )=log 2x ·x )的最小值为.答案 -14解析 依题意得f (x )=12log 2x ·(2+2log 2x )=(log 2x )2+log 2x =⎝ ⎛⎭⎪⎫log 2x +122-14≥-14,当log 2x =-12,即x =22时等号成立,所以函数f (x )的最小值为-14.(3)已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧(a -1)x +4-2a ,x <1,1+log 2x ,x ≥1,若f (x )的值域为R ,则实数a 的取值范围是.解析 当x ≥1时,f (x )=1+log 2x ≥1,当x <1时,f (x )=(a -1)x +4-2a 必须是增函数,且最大值大于或等于1才能满足f (x )的值域为R ,可得⎩⎪⎨⎪⎧a -1>0,a -1+4-2a ≥1,解得a ∈(1,2].思维升华利用对数函数的性质,求与对数函数有关的函数值域和复合函数的单调性问题,必须弄清三方面的问题:一是定义域,所有问题都必须在定义域内讨论;二是底数与1的大小关系;三是复合函数的构成,即它是由哪些基本初等函数复合而成的.另外,解题时要注意数形结合、分类讨论、转化与化归思想的应用.跟踪训练2(1)设a =log 32,b =log 52,c =log 23,则( ) A .a >c >b B .b >c >a C .c >b >a D .c >a >b答案 D解析 a =log 32<log 33=1,b =log 52<log 55=1. 又c =log 23>log 22=1,所以c 最大. 由1<log 23<log 25,得1log 23>1log 25,即a >b ,所以c >a >b .(2)已知函数f (x )=log a (8-ax )(a >0,且a ≠1),若f (x )>1在区间[1,2]上恒成立,则实数a 的取值范围是.答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫1,83 解析 当a >1时,f (x )=log a (8-ax )在[1,2]上是减函数,由f (x )>1在区间[1,2]上恒成立, 则f (x )min =f (2)=log a (8-2a )>1,且8-2a >0, 解得1<a <83.当0<a <1时,f (x )在[1,2]上是增函数, 由f (x )>1在区间[1,2]上恒成立,知f (x )min =f (1)=log a (8-a )>1,且8-2a >0. ∴a >4,且a <4,故不存在.综上可知,实数a 的取值范围是⎝ ⎛⎭⎪⎫1,83.比较指数式、对数式的大小比较大小问题是每年高考的必考内容之一,基本思路是:(1)比较指数式和对数式的大小,可以利用函数的单调性,引入中间量;有时也可用数形结合的方法.(2)解题时要根据实际情况来构造相应的函数,利用函数单调性进行比较,如果指数相同,而底数不同则构造幂函数,若底数相同而指数不同则构造指数函数,若引入中间量,一般选0或1.例(1)已知a =log 23+log 23,b =log 29-log 23,c =log 32,则a ,b ,c 的大小关系是( ) A .a =b <c B .a =b >c C .a <b <c D .a >b >c答案 B解析 因为a =log 23+log 23=log 233=32log 23>1,b =log 29-log 23=log 233=a ,c =log 32<log 33=1,所以a =b >c .(2)(2018·全国Ⅲ)设a =log 0.20.3,b =log 20.3,则( ) A .a +b <ab <0 B .ab <a +b <0 C .a +b <0<ab D .ab <0<a +b 答案 B解析 ∵a =log 0.20.3>log 0.21=0,b =log 20.3<log 21=0,∴ab <0.∵a +b ab =1a +1b=log 0.30.2+log 0.32=log 0.30.4, ∴1=log 0.30.3>log 0.30.4>log 0.31=0, ∴0<a +bab<1,∴ab <a +b <0. (3)设a =60.4,b =log 0.40.5,c =log 80.4,则a ,b ,c 的大小关系是________. 答案 c <b <a解析 ∵a =60.4>1,b =log 0.40.5∈(0,1),c =log 80.4<0,∴a >b >c .(4)若实数a ,b ,c 满足log a 2<log b 2<log c 2,则下列关系中不可能成立的是________.(填序号)①a <b <c ;②b <a <c ;③c <b <a ;④a <c <b . 答案 ①解析 由log a 2<log b 2<log c 2的大小关系,可知a ,b ,c 有如下可能:1<c <b <a ;0<a <1<c <b ;0<b <a <1<c ;0<c <b <a <1.故①中关系不可能成立.(5)已知函数y =f (x +2)的图象关于直线x =-2对称,且当x ∈(0,+∞)时,f (x )=|log 2x |,若a =f (-3),b =f ⎝ ⎛⎭⎪⎫14,c =f (2),则a ,b ,c 的大小关系是________.答案 b >a >c解析 易知y =f (x )是偶函数.当x ∈(0,+∞)时,f (x )=f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1x =|log 2x |,且当x ∈[1,+∞)时,f (x )=log 2x 单调递增,又a =f (-3)=f (3),b =f ⎝ ⎛⎭⎪⎫14=f (4),所以b >a >c .1.log 29·log 34等于( ) A.14B.12C .2D .4 答案 D解析 方法一 原式=lg9lg2·lg4lg3=2lg3·2lg2lg2·lg3=4.方法二 原式=2log 23·log 24log 23=2×2=4.2.设a =log 37,b =21.1,c =0.83.1,则a ,b ,c 的大小关系是( ) A .b <a <c B .c <a <b C .c <b <a D .a <c <b 答案 B解析 ∵a =log 37,∴1<a <2.∵b =21.1,∴b >2. ∵c =0.83.1,∴0<c <1.即c <a <b .3.已知函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧log 2x ,x >0,3-x+1,x ≤0,则f (f (1))+f ⎝⎛⎭⎪⎫log 312的值是( )A .5B .3C .-1D.72答案 A解析 由题意可知f (1)=log 21=0,f (f (1))=f (0)=30+1=2,f ⎝⎛⎭⎪⎫log 312=331log log 22313-+=3-log 312+1=3log 32+1=2+1=3,所以f (f (1))+f ⎝ ⎛⎭⎪⎫log 312=5.4.函数f (x )=x log a |x ||x |(0<a <1)的大致图象是( )答案 C解析 当x >0时,f (x )=log a x 单调递减,排除A ,B ;当x <0时,f (x )=-log a (-x )单调递减,排除D.故选C.5.已知函数f (x )=ln e x e -x ,若f ⎝ ⎛⎭⎪⎫e 2019+f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2e 2019+…+f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2018e 2019=1009(a +b ),则a 2+b 2的最小值为( ) A .1B .2C .3D .4 答案 B解析 ∵f (x )+f (e -x )=2, ∴f ⎝⎛⎭⎪⎫e 2019+f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2e 2019+…+f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2018e 2019=2018,∴1009(a +b )=2018,∴a +b =2. ∴a 2+b 2≥(a +b )22=2,当且仅当a =b =1时取等号.6.若函数f (x )=log a ⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2+32x (a >0,a ≠1)在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫12,+∞内恒有f (x )>0,则f (x )的单调递增区间为( ) A .(0,+∞) B .(2,+∞)C .(1,+∞)D.⎝ ⎛⎭⎪⎫12,+∞答案 A解析 令M =x 2+32x ,当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫12,+∞时,M ∈(1,+∞),f (x )>0,所以a >1,所以函数y=log a M 为增函数,又M =⎝ ⎛⎭⎪⎫x +342-916,因此M 的单调递增区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫-34,+∞. 又x 2+32x >0,所以x >0或x <-32,所以函数f (x )的单调递增区间为(0,+∞).7.已知a >b >1.若log a b +log b a =52,a b =b a,则a =,b =.答案 4 2解析 令log a b =t ,∵a >b >1,∴0<t <1,由log a b +log b a =52,得t +1t =52,解得t =12或t=2(舍去),即log a b =12,∴b =a ,又a b =b a,∴aa=(a )a,即a a =2a a ,即a =a2,解得a =4,∴b =2.8.设函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧21-x,x ≤1,1-log 2x ,x >1,则满足f (x )≤2的x 的取值范围是.答案 [0,+∞) 解析 当x ≤1时,由21-x≤2,解得x ≥0,所以0≤x ≤1;当x >1时,由1-log 2x ≤2,解得x ≥12,所以x >1.综上可知x ≥0.9.设实数a ,b 是关于x 的方程|lg x |=c 的两个不同实数根,且a <b <10,则abc 的取值范围是. 答案 (0,1)解析 由题意知,在(0,10)上,函数y =|lg x |的图象和直线y =c 有两个不同交点,∴ab =1,0<c <lg10=1,∴abc 的取值范围是(0,1).10.已知函数f (x )=ln x1-x,若f (a )+f (b )=0,且0<a <b <1,则ab 的取值范围是.答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,14 解析 由题意可知ln a 1-a +ln b1-b =0,即ln ⎝⎛⎭⎪⎫a 1-a ×b 1-b =0,从而a 1-a ×b 1-b =1, 化简得a +b =1,故ab =a (1-a )=-a 2+a =-⎝ ⎛⎭⎪⎫a -122+14,又0<a <b <1,∴0<a <12,故0<-⎝ ⎛⎭⎪⎫a -122+14<14.11.设f (x )=log a (1+x )+log a (3-x )(a >0,且a ≠1),且f (1)=2. (1)求实数a 的值及f (x )的定义域;(2)求f (x )在区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,32上的最大值.解 (1)∵f (1)=2,∴log a 4=2(a >0,且a ≠1),∴a =2.由⎩⎪⎨⎪⎧1+x >0,3-x >0,得-1<x <3,∴函数f (x )的定义域为(-1,3). (2)f (x )=log 2(1+x )+log 2(3-x )=log 2[(1+x )(3-x )]=log 2[-(x -1)2+4], ∴当x ∈(-1,1]时,f (x )是增函数; 当x ∈(1,3)时,f (x )是减函数,故函数f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,32上的最大值是f (1)=log 24=2.12.已知函数f (x )是定义在R 上的偶函数,f (0)=0,当x >0时,f (x )=12log x .(1)求函数f (x )的解析式; (2)解不等式f (x 2-1)>-2. 解 (1)当x <0时,-x >0, 则f (-x )=12log (-x ).因为函数f (x )是偶函数,所以f (-x )=f (x ).所以x <0时,f (x )=12log (-x ),所以函数f (x )的解析式为f (x )=⎩⎨⎧12log x ,x >0,0,x =0,12log (-x ),x <0.(2)因为f (4)=log 124=-2,f (x )是偶函数,所以不等式f (x 2-1)>-2可化为f (|x 2-1|)>f (4).又因为函数f (x )在(0,+∞)上是减函数,所以0<|x 2-1|<4,解得-5<x <5且x ≠±1, 而x 2-1=0时,f (0)=0>-2,所以x =1或x =-1. 所以-5<x < 5.所以不等式的解集为{x |-5<x <5}.13.根据有关资料,围棋状态空间复杂度的上限M 约为3361,而可观测宇宙中普通物质的原子总数N 约为1080.则下列各数中与MN最接近的是( ) (参考数据:lg3≈0.48) A .1033B .1053C .1073D .1093答案 D解析 由题意,lg M N =lg 33611080=lg3361-lg1080=361lg3-80lg10≈361×0.48-80×1=93.28. 又lg1033=33,lg1053=53,lg1073=73,lg1093=93, 故与M N最接近的是1093.故选D.14.已知函数f (x )=log a (2x -a )在区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,23上恒有f (x )>0,则实数a 的取值范围是( ) A.⎝ ⎛⎭⎪⎫13,1B.⎣⎢⎡⎭⎪⎫13,1C.⎝ ⎛⎭⎪⎫23,1D.⎣⎢⎡⎭⎪⎫23,1 答案 A解析 当0<a <1时,函数f (x )在区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,23上是减函数,所以log a ⎝ ⎛⎭⎪⎫43-a >0,即0<43-a <1,解得13<a <43,故13<a <1;当a >1时,函数f (x )在区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,23上是增函数,所以log a (1-a )>0,即1-a >1,解得a <0,此时无解.综上所述,实数a 的取值范围是⎝ ⎛⎭⎪⎫13,1.15.若函数f (x )=log a (x 2-x +2)在区间[0,2]上的最大值为2,则实数a =. 答案 2解析 令u (x )=x 2-x +2,则u (x )在[0,2]上的最大值u (x )max =4,最小值u (x )min =74.当a >1时,y =log a u 是增函数,f (x )max =log a 4=2,得a =2;当0<a <1时,y =log a u 是减函数,f (x )max =log a 74=2,得a =72(舍去).故a =2.16.已知函数f (x )=lgx -1x +1. (1)计算:f (2020)+f (-2020);(2)对于x ∈[2,6],f (x )<lg m(x +1)(7-x )恒成立,求实数m 的取值范围.解 (1)由x -1x +1>0,得x >1或x <-1. ∴函数的定义域为{x |x >1或x <-1}. 又f (x )+f (-x )=lg ⎝⎛⎭⎪⎫1-x 1+x ·1+x 1-x =0,∴f (x )为奇函数.故f (2020)+f (-2020)=0.(2)当x ∈[2,6]时,f (x )<lg m (x +1)(7-x )恒成立可化为x -11+x <m(x +1)(7-x )恒成立.即m >(x -1)(7-x )在[2,6]上恒成立.又当x ∈[2,6]时,(x -1)(7-x )=-x 2+8x -7=-(x -4)2+9. ∴当x =4时,[(x -1)(7-x )]max =9,∴m >9. 即实数m 的取值范围是(9,+∞).。