1. 問題說明
提示:無論是畫圖、識圖還是用圖,都要涉及到函數的概念、解析式及其各種性質等,所以本文的『函數圖像』問題會涉及到其它函數相關的基本問題,因而具有綜合特性。但是,函數圖像本身具有一些共性的特徵,除了是高考的一類常見題型外,還是一個獲得問題的結果的重要工具、一種探求解題思路與方法的重要途徑,使其被廣泛地應用於很多問題(或題型)的求解過程中。所以,這裡把它單獨看成一個基礎應用,以研究與函數圖像有關的問題及其一般解法。
函數圖像具有綜合性強、思維要求高特點,突出了對聯繫與轉化、分類與整合、數與形結合等重要數學思想的能力的要求。
與函數圖像相關的問題一般是從作圖、識圖、用圖三個方面來考查。考查方式比較靈活,涉及的知識點比較多,且每年均可能有創新。
實際考試中,一般涉及函數圖像的問題有以下三種方式:
① 在與函數性質相關問題的求解過程中使用圖像,體現數形結合思想;
② 給出一個較複雜的圖像,求解析式,或已知較複雜的解析式,求圖像;
③ 根據函數圖像,識別或判斷其特徵信息。
2. 解決問題的一般方法
1) 作圖方法
① 描點法
a) 列表(一般取自變量的一些特殊值)
b) 描點(注意關鍵點:如圖像與x、y軸的交點,端點,極值點等)
c) 連線(注意關鍵線:如對稱軸,漸近線等)
② 變換法(利用基本初等函數圖像進行變換得到)
利用平移、對稱、翻折和伸縮等變換方法,從一個圖像可便捷地得到另一個圖像。
③ 作圖步驟
a) 求出函數的定義域;
b) 化簡函數式;
c) 分析函數的性質(如奇偶性、周期性、單調性)以及圖像上的特殊點、線(如極值點、漸近線、對稱軸等);
d) 利用描點法、變換法等來作圖
2) 由解析式判定函數的圖像,一般從以下幾方面進行:
① 從函數的定義域,判斷圖像左右的位置;
② 從函數的值域,判斷圖像的上下位置;
③ 從函數的單調性,判斷圖像的變化趨勢;
④ 從函數的奇偶性,判斷圖像的對稱性;
⑤ 從函數的周期性,判斷圖像的循環性。
利用上述方法,排除、篩選錯誤或正確的選項。如果不是標準函數,可通過其特性及特殊點判斷。
提示:在求解函數圖像選填題時,考慮到考試的時限性,一般從已知選項之間的特徵差異入手比較快捷。
3) 數形結合思想
在很多函數相關問題中,可以利用函數圖像來直接或輔助求解。
4) 由實際情景探究函數圖像
關鍵是將生活問題轉化為我們熟悉的數學問題來求解。同時,要注意實際問題中可能的定義域約束。
3. 典型例題
例1 已知函數f(x)的定義域為[a,b],函數y=f(x)的圖像如下圖所示,則函數f(|x|)的圖像是()。
解:∵y=f(|x|)為偶函數,
∴y=f(|x|)的圖像是由y=f(x)的x>0部分圖像,及其關於y軸對稱的圖像(即x<0部分的圖像)組成,
故選B。
講解:
① 理解函數f(|x|)的對稱性質是解答本題的關鍵。
② 提示:f(|x|)和|f(x)|的區分是一個易錯點——翻折軸一個是x軸,一個是y軸。
例2 如圖所示,一個質點P(x,y)在xOy平面上沿曲線運動,速度大小不變,其在x軸上的投影點Q(x,0)的運動速度V=V(t)的圖像大致為()。
解:由圖可知,當質點P(x,y)在兩個封閉曲線上運動時,投影點Q(x,0)的速度先由正到0,到負數,再到0,到正,故A錯誤;
質點P(x,y)在終點附近的速度是由大到小而非由小到大,故D錯誤;
質點P(x,y)在開始時沿直線運動,故投影點Q(x,0)的速度為常數,因此C是錯誤的,
故選B.
講解:
① 本題為函數圖像的實際應用示例。抓住圖像各個特徵點是解答函數圖像問題的關鍵!
② 對於類似於本題圖像的試題,一般常用排除法——根據圖像特徵、函數性質等逐個進行排除。
例3作出y=|log2(x+1)|+2的圖像。
解:依題意,
① 先作出y=log2^x的圖像,
② 將y=log2^x的圖像向左平移1個單位,得到y=log2^(x+1)圖像,
③ 將y=log2^(x+1)的圖像的x軸以下部分翻折到x軸上方,得 y=|log2^(x+1)|的圖像,
④ 最後將y=|log2^(x+1)|的圖像上移兩個單位,即得所求y=|log2^(x+1)|+2的圖像。
講解:
① 本題示例了利用圖像變換法作圖的步驟及其便捷性。
例4若直線y=2a與函數y=|a^x-1|(a>0且a≠1)的圖像有兩個公共點,求a的取值範圍。
解:當0<a<1時,y=|a^x-1|的圖像如圖(1)所示,
由已知得0<2a<1,
∴0<a<1/2
當a>1時,y=| a^x -1|的圖像如圖(2)所示,
由已知可得0<2a<1,
∴0<a<1/2,與a>1矛盾,故a∈,
綜上可知,0<a<1/2。
講解:
① 本題示例了利用函數圖像求解函數相關問題的思路(多見於數形結合法)。
溫馨提示:本文為高中數學必修1第15講。關注百家號「輕快學習課堂」,可便捷地查閱已發表的文章。