(通用版)2020版高考數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第9講 對(duì)數(shù)與對(duì)數(shù)函數(shù)學(xué)案 理 新人教A版.docx
第9講 對(duì)數(shù)與對(duì)數(shù)函數(shù)
1.對(duì)數(shù)
概念
如果ax=N(a>0,且a≠1),那么x叫作以a為底N的 ,記作x=logaN,其中a叫作對(duì)數(shù)的底數(shù),N叫作真數(shù),logaN叫作對(duì)數(shù)式
性質(zhì)
底數(shù)的限制:a>0,且a≠1
對(duì)數(shù)式與指數(shù)式的互化:ax=N?
負(fù)數(shù)和零沒(méi)有
loga1=
logaa=1
對(duì)數(shù)恒等式:alogaN=
運(yùn)算法則
loga(MN)=
a>0,且a≠1,
M>0,N>0
logaMN=
logaMn= (n∈R)
換底公式
換底公式:logab=logcblogca(a>0,且a≠1,c>0,且c≠1,b>0)
推論:logambn= ,logab=1logba
2.對(duì)數(shù)函數(shù)的概念、圖像與性質(zhì)
概念
函數(shù)y=logax(a>0,a≠1)叫作 函數(shù)
底數(shù)
a>1
0<a<1
圖像
定義域
(續(xù)表)
值域
性質(zhì)
過(guò)定點(diǎn) ,即x=1時(shí),y=0
在區(qū)間(0,+∞)上
是 函數(shù)
在區(qū)間(0,+∞)上
是 函數(shù)
3.反函數(shù)
指數(shù)函數(shù)y=ax(a>0,且a≠1)與對(duì)數(shù)函數(shù) 互為反函數(shù),它們的圖像關(guān)于直線 對(duì)稱.
常用結(jié)論
1.互為反函數(shù)的兩個(gè)函數(shù)的圖像關(guān)于直線y=x對(duì)稱.
2.只有在定義域上單調(diào)的函數(shù)才存在反函數(shù).
題組一 常識(shí)題
1.[教材改編] 化簡(jiǎn)logablogbclogca的結(jié)果是 .
2.[教材改編] 函數(shù)f(x)=log2(2-x)的定義域是 .
3.[教材改編] 若函數(shù)y=f(x)是函數(shù)y=2x的反函數(shù),則f(2)= .
4.[教材改編] 函數(shù)y=log12(x2-4x+5)的單調(diào)遞增區(qū)間是 .
題組二 常錯(cuò)題
◆索引:對(duì)數(shù)的性質(zhì)及其運(yùn)算掌握不到位;忽略真數(shù)大于零致錯(cuò);不能充分運(yùn)用對(duì)數(shù)函數(shù)的性質(zhì);忽略對(duì)底數(shù)的討論致誤.
5.有下列結(jié)論:①lg(lg 10)=0;②lg(ln e)=0;③若lg x=1,則x=10;④若log22=x,則x=1;⑤若logmnlog3m=2,則n=9.其中正確結(jié)論的序號(hào)是 .
6.已知lg x+lg y=2lg(x-2y),則xy= .
7.設(shè)a=14,b=log985,c=log83,則a,b,c的大小關(guān)系是 .
8.若函數(shù)y=logax(a>0,a≠1)在[2,4]上的最大值與最小值的差是1,則a= .
探究點(diǎn)一 對(duì)數(shù)式的化簡(jiǎn)與求值
例1 (1)[2018宿州質(zhì)檢] 已知m>0,n>0,log2(3m)+log2n=log2(2m2+n),則log2m-log4n的值為 ( )
A.-1 B.1
C.-1或0 D.1或0
(2)設(shè)2x=5y=m,且1x+1y=2,則m= .
[總結(jié)反思] (1)對(duì)數(shù)運(yùn)算法則是在化為同底的情況下進(jìn)行的,因此經(jīng)常會(huì)用到換底公式及其推論.在對(duì)含有字母的對(duì)數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)時(shí),必須保證恒等變形.
(2)利用對(duì)數(shù)運(yùn)算法則,在真數(shù)的積、商、冪與對(duì)數(shù)的和、差、倍之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化.
變式題 (1)[2018昆明一中模擬] 設(shè)x,y為正數(shù),且3x=4y,當(dāng)3x=py時(shí),p的值為 ( )
A.log34 B.log43
C.6log32 D.log32
(2)計(jì)算:lg 32+log416+6lg12-lg 5= .
探究點(diǎn)二 對(duì)數(shù)函數(shù)的圖像及應(yīng)用
例2 (1)函數(shù)f(x)=loga|x|+1(0<a<1)的圖像大致是( )
A B C D
圖2-9-1
(2)[2018濮陽(yáng)二模] 設(shè)x1,x2,x3均為實(shí)數(shù),且12x1=log2(x1+1),12x2=log3x2,12x3=log2x3,則 ( )
A.x1<x3<x2
B.x3<x2<x1
C.x3<x1<x2
D.x2<x1<x3
[總結(jié)反思] (1)在研究對(duì)數(shù)函數(shù)圖像時(shí)一定要注意其定義域,注意根據(jù)基本的對(duì)數(shù)函數(shù)圖像作出經(jīng)過(guò)平移、對(duì)稱變換得到的函數(shù)的圖像.(2)一些對(duì)數(shù)型方程、不等式問(wèn)題常轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的函數(shù)圖像問(wèn)題,利用數(shù)形結(jié)合法求解.
變式題 (1)函數(shù)f(x)=ln(|x|-1)的大致圖像是 ( )
A B C D
圖2-9-2
(2)若函數(shù)f(x)=log2(x+1),且a>b>c>0,則f(a)a,f(b)b,f(c)c的大小關(guān)系是 ( )
A.f(a)a>f(b)b>f(c)c
B.f(c)c>f(b)b>f(a)a
C.f(b)b>f(a)a>f(c)c
D.f(a)a>f(c)c>f(b)b
探究點(diǎn)三 解決與對(duì)數(shù)函數(shù)性質(zhì)有關(guān)的問(wèn)題
微點(diǎn)1 比較大小
例3 (1)[2018武漢4月調(diào)研] 若實(shí)數(shù)a,b滿足a>b>1,m=loga(logab),n=(logab)2,l=logab2,則m,n,l的大小關(guān)系為 ( )
A.m>l>n B.l>n>m
C.n>l>m D.l>m>n
(2)[2018長(zhǎng)沙雅禮中學(xué)期末] 已知a=ln12,b=log1312,則( )
A.a+b<ab<0
B.ab<a+b<0
C.a+b<0<ab
D.ab<0<a+b
[總結(jié)反思] 比較對(duì)數(shù)式的大小,一是將對(duì)數(shù)式轉(zhuǎn)化為同底的形式,再根據(jù)對(duì)數(shù)函數(shù)的單調(diào)性進(jìn)行比較,二是采用中間值0或1等進(jìn)行比較,三是將對(duì)數(shù)式轉(zhuǎn)化為指數(shù)式,再將指數(shù)式轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)式,通過(guò)巡回轉(zhuǎn)化進(jìn)行比較.
微點(diǎn)2 解簡(jiǎn)單對(duì)數(shù)不等式
例4 (1)[2018成都七中二診] 若實(shí)數(shù)a滿足loga23>1>log34a,則a的取值范圍是 ( )
A.23,1 B.23,34
C.34,1 D.0,23
(2)已知實(shí)數(shù)a>0,且滿足不等式33a+2>34a+1,則不等式loga(3x+2)<loga(8-5x)的解集為 .
[總結(jié)反思] 對(duì)于形如logaf(x)>b的不等式,一般轉(zhuǎn)化為logaf(x)>logaab,再根據(jù)底數(shù)的范圍轉(zhuǎn)化為f(x)>ab或0<f(x)<ab.而對(duì)于形如logaf(x)>logbg(x)的不等式,一般要轉(zhuǎn)化為同底的不等式來(lái)解.
微點(diǎn)3 對(duì)數(shù)函數(shù)性質(zhì)的綜合問(wèn)題
例5 (1)[2018丹東二模] 若函數(shù)f(x)=logax,x>3,log1ax+2,0<x≤3存在最小值,則a的取值范圍為 ( )
A.(1,+∞) B.[3,+∞)
C.(1,3] D.(1,3]
(2)已知f(x)=log12(x2-ax+3a)在區(qū)間[2,+∞)上為減函數(shù),則實(shí)數(shù)a的取值范圍是 .
[總結(jié)反思] 利用對(duì)數(shù)函數(shù)的性質(zhì),求與對(duì)數(shù)函數(shù)有關(guān)的函數(shù)值域、最值和復(fù)合函數(shù)的單調(diào)性問(wèn)題,必須弄清三方面的問(wèn)題:一是定義域,所有問(wèn)題都必須在定義域內(nèi)討論;二是底數(shù)與1的大小關(guān)系;三是復(fù)合函數(shù)的構(gòu)成,即它是由哪些基本初等函數(shù)復(fù)合而成的.另外,解題時(shí)要注意數(shù)形結(jié)合、分類討論、轉(zhuǎn)化與化歸思想的使用.
應(yīng)用演練
1.【微點(diǎn)3】若函數(shù)f(x)=a+log2x在區(qū)間[1,a]上的最大值為6,則a= ( )
A.2 B.4
C.6 D.8
2.【微點(diǎn)1】[2018銀川一中四模] 設(shè)a=0.50.4,b=log0.40.3,c=log80.4,則a,b,c的大小關(guān)系是 ( )
A.a<b<c B.c<b<a
C.c<a<b D.b<c<a
3.【微點(diǎn)2】已知函數(shù)f(x)在區(qū)間[-2,2]上單調(diào)遞增,若f(log2m)<f[log4(m+2)]成立,則實(shí)數(shù)m的取值范圍是 ( )
A.14,2 B.14,1
C.(1,4] D.[2,4]
4.【微點(diǎn)3】函數(shù)f(x)=log2(-x2+2x)的單調(diào)遞減區(qū)間是 .
5.【微點(diǎn)3】已知函數(shù)f(x)=ln(1+x2-x)+2,則f(lg 3)+flg13= .
第9講 對(duì)數(shù)與對(duì)數(shù)函數(shù)
考試說(shuō)明 1.理解對(duì)數(shù)的概念及其運(yùn)算性質(zhì),知道用換底公式能將一般對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化成自然對(duì)數(shù)或常用對(duì)數(shù);了解對(duì)數(shù)在簡(jiǎn)化運(yùn)算中的作用.
2.對(duì)數(shù)函數(shù)
(1)理解對(duì)數(shù)函數(shù)的概念,理解對(duì)數(shù)函數(shù)的單調(diào)性,掌握對(duì)數(shù)函數(shù)圖像通過(guò)的特殊點(diǎn);
(2)知道對(duì)數(shù)函數(shù)是一類重要的函數(shù)模型;
(3)了解指數(shù)函數(shù)y=ax(a>0,且a≠1)與對(duì)數(shù)函數(shù)y=logax(a>0,且a≠1)互為反函數(shù).
【課前雙基鞏固】
知識(shí)聚焦
1.對(duì)數(shù) x=logaN 對(duì)數(shù) 0 N logaM+logaN logaM-logaN nlogaM nmlogab
2.對(duì)數(shù) (0,+∞) R (1,0) 增 減
3.y=logax(a>0,且a≠1) y=x
對(duì)點(diǎn)演練
1.1 [解析] 利用對(duì)數(shù)的換底公式可得結(jié)果為1.
2.(-∞,2) [解析] 由2-x>0,解得x<2,即函數(shù)f(x)的定義域?yàn)?-∞,2).
3.1 [解析] 函數(shù)f(x)=log2x,所以f(2)=1.
4.(-∞,2) [解析] 因?yàn)?<12<1,所以y=log12x單調(diào)遞減,而函數(shù)y=x2-4x+5>0恒成立,且單調(diào)遞減區(qū)間為(-∞,2),所以函數(shù)y=log12(x2-4x+5)的單調(diào)遞增區(qū)間是(-∞,2).
5.①②③④⑤ [解析] ①lg 10=1,則lg(lg 10)=lg 1=0;②lg(ln e)=lg 1=0;③底的對(duì)數(shù)等于1,則x=10;④底的對(duì)數(shù)等于1;⑤logmn=lgnlgm,log3m=lgmlg3,則lgnlg3=2,即log3n=2,故n=9.
6.4 [解析] 因?yàn)閘g x+lg y=2lg(x-2y),所以xy=(x-2y)2,即x2-5xy+4y2=0,解得x=y或x=4y.由已知得x>0,y>0,x-2y>0,所以x=y不符合題意,當(dāng)x=4y時(shí),得xy=4.
7.c>a>b [解析] a=14=log949=log93<log83=c,a=log93>log985=b,所以c>a>b.
8.2或12 [解析] 分兩種情況討論:(1)當(dāng)a>1時(shí),有l(wèi)oga4-loga2=1,解得a=2;(2)當(dāng)0<a<1時(shí),有l(wèi)oga2-loga4=1,解得a=12.所以a=2或12.
【課堂考點(diǎn)探究】
例1 [思路點(diǎn)撥] (1)先化為同底的對(duì)數(shù),根據(jù)對(duì)數(shù)的運(yùn)算法則得出m,n之間的關(guān)系,再代入求值.(2)先反解x,y,再代入1x+1y=2,即可得m的值.
(1)C (2)10 [解析] (1)因?yàn)閘og2(3m)+log2n=log2(9m2)+log2n=log2(9m2n),
log2(2m2+n)=log2(2m2+n)2,
所以9m2n=(2m2+n)2,
即4m4-5m2n+n2=0,解得4m2=n或m2=n,
所以log2m-log4n=log2m-log2n=log2m2n=-1或0.
(2)由2x=5y=m,得x=log2m,y=log5m,
再由1x+1y=2,得1log2m+1log5m=2,即logm2+logm5=2,
所以logm10=2,所以m=10.
變式題 (1)C (2)1 [解析] (1)令3x=4y=t,則x=log3t,y=log4t,由3x=py,得p=3log3tlog4t=3logt4logt3=3log34=6log32,故選C.
(2)lg 32+log416+6lg12-lg 5=lg 25+log442-6lg 2-lg 5=2-lg 2-lg 5=2-lg 10=1.
例2 [思路點(diǎn)撥] (1)由f(x)的性質(zhì)及其圖像過(guò)點(diǎn)(1,1),(-1,1)得到答案;(2)在同一坐標(biāo)系內(nèi)作出函數(shù)y=12x與y=log2(x+1),y=log3x,y=log2x的圖像,根據(jù)圖像得到交點(diǎn),分析交點(diǎn)的橫坐標(biāo)進(jìn)行大小比較.(2)在同一坐標(biāo)系內(nèi)畫(huà)出函數(shù)y=12x與y=log2(x+1),y=log3x,y=log2x的圖像,根據(jù)圖像得到交點(diǎn),比較交點(diǎn)的橫坐標(biāo)的大小即可.
(1)A (2)A [解析] (1)由于函數(shù)f(x)=loga|x|+1(0<a<1)是偶函數(shù),所以其圖像關(guān)于y軸對(duì)稱.當(dāng)x>0時(shí),f(x)=loga|x|+1(0<a<1)是減函數(shù);當(dāng)x<0時(shí),f(x)=loga|x|+1(0<a<1)是增函數(shù).再由f(x)的圖像過(guò)點(diǎn)(1,1),(-1,1),可知應(yīng)選A.
(2)x1,x2,x3分別是函數(shù)y=12x與y=log2(x+1),y=log3x,y=log2x圖像的交點(diǎn)的橫坐標(biāo),作出函數(shù)y=12x,y=log2(x+1),y=log3x,y=log2x的大致圖像如圖所示,由圖可得x1<x3<x2,故選A.
變式題 (1)B (2)B [解析] (1)函數(shù)f(x)=ln(|x|-1)的定義域?yàn)閧x|x>1或x<-1},且f(x)是偶函數(shù),故排除C,D;當(dāng)x>1時(shí),函數(shù)f(x)=ln(x-1)是增函數(shù),故排除A.故選B.
(2)由題意可得,f(a)a,f(b)b,f(c)c可分別看作函數(shù)f(x)=log2(x+1)圖像上的點(diǎn)(a,f(a)),(b,f(b)),(c,f(c))與原點(diǎn)連線的斜率,結(jié)合圖像(圖略)可知,當(dāng)a>b>c>0時(shí),f(c)c>f(b)b>f(a)a.故選B.
例3 [思路點(diǎn)撥] (1)推導(dǎo)出0=loga1<logab<logaa=1,由此利用對(duì)數(shù)函數(shù)的單調(diào)性比較m,n,l的大小;(2)先分析出ab<0,a+b<0,再利用作差法比較ab和a+b的大小關(guān)系得解.
(1)B (2)B [解析] (1)∵實(shí)數(shù)a,b滿足a>b>1,m=loga(logab),n=(logab)2,l=logab2,
∴0=loga1<logab<logaa=1,
∴m=loga(logab)<loga1=0,
0<n=(logab)2<1,
l=logab2=2logab>n=(logab)2,
∴l(xiāng)>n>m.故選B.
(2)由題得a=ln12<ln 1=0,b=log1312>log131=0,所以ab<0.
又a+b=ln12+log1312=-ln 2+ln2ln3=ln 21ln3-1=ln 21-ln3ln3<0,
則ab-(a+b)=ab-a-b=ln12log1312-ln12-log1312=-ln 2ln2ln3+ln 2-ln2ln3=ln 2-ln2ln3+1-1ln3=ln 2ln3-ln2-1ln3=ln 2ln32eln3<0,所以ab<a+b<0.
例4 [思路點(diǎn)撥] (1)分別求解不等式loga23>1與log34a<1,其交集即為不等式的解集;(2)先根據(jù)指數(shù)不等式確定a的范圍,然后根據(jù)同底的對(duì)數(shù)不等式求解,并注意真數(shù)的取值.
(1)C (2)34,85 [解析] (1)根據(jù)對(duì)數(shù)函數(shù)的性質(zhì),由loga23>1,可得23<a<1;由log34a<1,得a>34.綜上可得34<a<1,∴a的取值范圍是34,1,故選C.
(2)由題意得3a+2>4a+1,∴0<a<1,∴3x+2>8-5x,3x+2>0,8-5x>0,解得x∈34,85.
例5 [思路點(diǎn)撥] (1)由分段函數(shù)在兩段上的單調(diào)性,結(jié)合f(x)存在最小值,列不等式求解即可;(2)令t=x2-ax+3a,則由題意可得函數(shù)t=x2-ax+3a在區(qū)間[2,+∞)上為增函數(shù),且當(dāng)x=2時(shí),t>0,從而得解.
(1)C (2)-4<a≤4 [解析] (1)由題意可知a>1,否則函數(shù)無(wú)最小值,
所以當(dāng)x>3時(shí),f(x)>loga3,
當(dāng)0<x≤3時(shí),f(x)=log1ax+2單調(diào)遞減,且滿足f(x)≥f(3)=log1a3+2,
所以loga3≥log1a3+2,即loga3≥1,得1<a≤3.故選C.
(2)令t=x2-ax+3a,則由函數(shù)g(t)=log12t在區(qū)間[2,+∞)上為減函數(shù),
可得函數(shù)t=x2-ax+3a在區(qū)間[2,+∞)上為增函數(shù),且當(dāng)x=2時(shí),t>0,
故有a2≤2,4-2a+3a>0,解得-4<a≤4.
應(yīng)用演練
1.B [解析] 由題得函數(shù)f(x)=a+log2x在區(qū)間[1,a]上是增函數(shù),所以當(dāng)x=a時(shí),函數(shù)取得最大值6,即a+log2a=6,解得a=4.故選B.
2.C [解析] ∵0<a=0.50.4<0.50=1,
b=log0.40.3>log0.40.4=1,
c=log80.4<log81=0,
∴c<a<b.
3.A [解析] 不等式即為f(log4m2)<f[log4(m+2)],
∵函數(shù)f(x)在區(qū)間[-2,2]上單調(diào)遞增,
∴l(xiāng)og4m2<log4(m+2),-2≤log2m≤2,-2≤log4(m+2)≤2,即m2<m+2,14≤m≤4,116≤m+2≤16,解得14≤m<2,
∴實(shí)數(shù)m的取值范圍是14,2.故選A.
4.(1,2) [解析] 由-x2+2x>0,可得x2-2x<0,解得0<x<2,
∴函數(shù)f(x)=log2(-x2+2x)的定義域?yàn)?0,2).
又y=log2x在(0,+∞)上單調(diào)遞增,
y=-x2+2x(0<x<2)在(0,1)上單調(diào)遞增,在(1,2)上單調(diào)遞減,
∴函數(shù)f(x)在(0,1)上單調(diào)遞增,在(1,2)上單調(diào)遞減,
∴函數(shù)f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間是(1,2).
5.4 [解析] 設(shè)g(x)=ln(1+x2-x),顯然有g(shù)(-x)=-g(x),即g(x)為奇函數(shù),則g(-x)+g(x)=0,所以f(lg 3)+flg13=f(lg 3)+f(-lg 3)=g(lg 3)+2+g(-lg 3)+2=4.
【備選理由】 例1主要考查對(duì)數(shù)的運(yùn)算、對(duì)數(shù)函數(shù)圖像的變換;例2考查比較對(duì)數(shù)式的大小;例3主要考查復(fù)合函數(shù)的單調(diào)性以及對(duì)數(shù)函數(shù)與指數(shù)函數(shù)的性質(zhì);例4為對(duì)數(shù)函數(shù)性質(zhì)的綜合問(wèn)題.
例1 [配合例2使用] 為了得到函數(shù)y=lg x的圖像,只需將函數(shù)y=lg(10x)圖像上 ( )
A.所有點(diǎn)的縱坐標(biāo)伸長(zhǎng)到原來(lái)的10倍,橫坐標(biāo)不變
B.所有點(diǎn)的橫坐標(biāo)縮短到原來(lái)的110,縱坐標(biāo)不變
C.所有點(diǎn)沿y軸向上平移一個(gè)單位長(zhǎng)度
D.所有點(diǎn)沿y軸向下平移一個(gè)單位長(zhǎng)度
[解析] D y=lg(10x)=1+lg x,將y=1+lg x圖像上所有點(diǎn)沿y軸向下平移一個(gè)單位長(zhǎng)度,就得到函數(shù)y=lg x的圖像,故選D.
例2 [配合例3使用] [2018柳州三模] 已知a=18118,b=log20172018,c=log20182017,則a,b,c的大小關(guān)系為 ( )
A.c>b>a B.b>a>c
C.a>c>b D.a>b>c
[解析] D a=18118>180=1,b=log20172018=12log20172018,∵log20172018∈(1,2),∴b∈12,1.c=log20182017=12log20182017,∵log20182017∈(0,1),∴c∈0,12,∴a>b>c.
例3 [配合例5使用] 已知函數(shù)f(x)=lg5x+45x+m的值域是R,則m的取值范圍是 ( )
A.(-4,+∞) B.[-4,+∞)
C.(-∞,4) D.(-∞,-4]
[解析] D 令t=5x+45x+m,因?yàn)閒(x)的值域?yàn)镽,所以t可取(0,+∞)內(nèi)的每一個(gè)正數(shù),所以4+m≤0,故m≤-4,故選D.
例4 [配合例5使用] 已知函數(shù)f(x)=loga(x+1),g(x)=loga(1-x)(其中a>0,且a≠1).
(1)求函數(shù)f(x)+g(x)的定義域;
(2)判斷函數(shù)f(x)-g(x)的奇偶性,并予以證明;
(3)求使f(x)+g(x)<0成立的x的取值集合.
解:(1)由題意得x+1>0,1-x>0,
∴-1<x<1,
∴所求定義域?yàn)閧x|-1<x<1}.
(2)函數(shù)f(x)-g(x)為奇函數(shù).證明如下:
令h(x)=f(x)-g(x),
則h(x)=loga(x+1)-loga(1-x)=logax+11-x,
則h(-x)=loga-x+11+x=-logax+11-x=-h(x),
∴函數(shù)h(x)=f(x)-g(x)為奇函數(shù).
(3)∵f(x)+g(x)=loga(x+1)+loga(1-x)=loga(1-x2)<0=loga1,
∴當(dāng)a>1時(shí),0<1-x2<1,
即0<x<1或-1<x<0;
當(dāng)0<a<1時(shí),1-x2>1,不等式無(wú)解.
綜上,當(dāng)a>1時(shí),使f(x)+g(x)<0成立的x的取值集合為{x|0<x<1或-1<x<0}.