必備技能!高中數學「函數值域」問題的求解一般方法與技巧 - 高考...

2020-12-11 高考自主學習課堂

1. 基本問題說明

「求函數值域」是常見的基礎應用之一。

該基礎應用或者獨立出題,如直接求值域、最值等,或者與其它基礎應用綜合在一起出題,如恆成立、存在性問題等,其求解時一般需要先求出值域或最值。

2. 解決問題的一般方法

(1) 常見函數求值域一般方法(分類歸納總結)

① 一次/二次函數

a) 一次 – 利用「端點」範圍;

b) 二次 – 利用「開口和對稱軸位置」;或者利用配方法;

c) 含參時,要分類討論。

② 對勾函數(原理 - 均值不等式)

y=ax + b/x(a>0, b>0);ax=b/x時,得其第一象限最值點(√(b/a), 2√ab)

③ 分式函數

a) 簡單一次分式函數y=c/(ax+b)

先求分母,再求整體

b) 一般一次分式函數y=(cx+d)/(ax+b)

c) 二次分式函數

提示:判別式法,在滿足條件——x的定義域為R時有通用的方法,即當分子或分母有二次,可兩邊同乘分母,再解判別式不等式即可得y的範圍。

y=(ax2+bx+c)/x

直接除後,如果ac>0,可以用對勾函數求解;如果ac<0,可以用單調性求解(提示:此時ax和c/x有相同單調性)

y=x/(ax2+bx+c)

分子分母同除x,然後用上述一樣思路求解即可。

y=(ax2+bx+c)/(dx+e)

換元t=dx+e,然後類似上述方法解答。

y=(dx+e) /(ax2+bx+c)

換元t=dx+e,然後分dx+e=0和0兩種情況;不等於0時可按類似上述方法解答。

④ 根式函數

只有一個根式時,如y=x+√x, 可用換元法,t=√x;有些題也可用平方法——根式在一邊,其餘在等式另一邊,再兩邊平方以去根號。提示:無論是換元還是平方,都要留意定義域的轉化(傳遞要一致!)。

提示:其它常見基本初等函數,如反比例函數、冪函數、指數函數、對數函數、三角函數等,可利用這些函數的性質、結合區間端點等去求解(詳見相關主題,這裡不再贅述)。

(2) 求值域的常用方法

直接法– 適用於函數或其圖像特性易觀察或得到

直接利用函數性質和定義域,通過觀察、分析求出值域

配方法– 適用於二次函數及其複合函數

判別式法– 適用於二次函數

換元法– 適用於根式、三角情形

複合函數思想,由內而外,一層一層求值域;反之,如果給定值域,求其它(如參數值),則由外而內去求!

反函數法 – 適用於反函數的定義域更方便求得或表示,如分母含一次函數的分式

反函數的定義域為原函數的值域。

單調性法 – 適用於求複合函數的值域或最值

根據單調性和定義域範圍求解

導數法– 適用於導數易求、零點和單調性易分析的情形

導數是用來求極值點和單調性的更便捷且通用的方法!因此用來求某些題型值域時很方便,有時還可避免不必要的討論。

因複合函數求導後式子看上去很複雜,為了避免這種情況出現,可先換元,或則考慮改用其它方法。

數形結合法(又稱圖像法)– 適用於某些客觀題求解,或作為上述方法的輔助

不等式法

利用重要不等式及其性質來求解,如基本不等式(均值不等式)。

參數方程法(詳見例題)

提示:需要時,先對函數整理、變換(如分離常數),以看清函數的特徵及其適用方法;

提示:需要時,可多種方法結合使用。

提示:在學過選修2-2的導數部分後,同學們會掌握一種更具普遍適用性的方法——通過導數法求極值、最值或值域。

3. 典型示例

例1求函數y = 1/(1+x^2)的值域。

:(直接法)因為1+x^2大於1,所以0<1/(1+x^2 )≤1

所以函數的值域為(0,1]。

例2求函數y= √(x+1) + √(x-1)的值域

:(單調性法)由題可知,該函數的定義域為[1, +∞)。

當x≥1時,該單數單調遞增,而f(1)= √2

所以該函數值域為[√2,

講解

① 本題示例了利用單調性求解值域的一般方法

(1) 先確定定義域,得其端點;

(2) 說明其單調性(遞增或遞減);

(3) 代入端點得值域。

提示:端點或上、下界可以是∞。

例3 已知函數f(x)=(2x2+bx+c)/(x2+1)的值域為[1,3],求實數b,c的值。

講解

① 本題利用判別式法求解值域。提示:注意該通用方法的適用前提條件。

② 解題過程中,理解並將已知條件與判別式正確地聯繫起來是關鍵。

例4 求下列函數的值域:

(1) y=(2x+1)/(x-3),

(2) y=x+2√(1+x),

(3) y=(x^2-x+1)/(2x^2-2x+3)。

例5 求函數y=|x-3|-|x+1|的值域.

解:解法1:(數形結合法)可以分類

例6 求函數y=√(x-3) + √(5-x)的值域.

:(平方法)函數定義域為:x∈[3,5]

y^2=(x-3) + (5-x) + 2√(-x^2+8x-15),

由x∈[3,5],得:(-x^2+8x-15)∈[0,1]

所以y^2∈[2,4],又y>0,

所以所求值域為[√2,2]。

例7 求函數y=x+√(1-x2)的值域

:(參數方程法

因為-1≤x≤1,設x=cosθ, θ∈[0, π],

y=cosθ+|sinθ|=cosθ+sinθ=√2sin(θ+π/4)∈[-1,√2],

所以所求值域為[-1,√2]。

講解

例8函數y=x+1/x+1的值域

:(基本不等式法

當x>0時,x+1/x≥2,

所以y≥3,

當x<0時,x+1/x≤-2,

所以y≤-1,

綜上可知,原函數值域為(-∞,-1)∪(3,+∞)。

例9求函數y=(4x+3)/(x^2+1)的值域。

本文小結:

① 本文論述了「函數值域"相關問題的求解一般方法與技巧。大家平時練習或作業中,應多加以應用和體會,查漏補缺,直至能夠熟練掌握和應用這類問題的常用方法與技巧。

溫馨提示:本文屬於高中數學必修1第13講。關注百家號「輕快學習課堂」,可閱讀所有相關文章。

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