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通過對函數(shù)定義域、性質(zhì)的觀察,結(jié)合函數(shù)的解析式,求得函數(shù)的值域.
例1求函數(shù)y=3+2-3x的值域.
點(diǎn)撥根據(jù)算術(shù)平方根的性質(zhì),先求出2-3x的值域.
解由算術(shù)平方根的性質(zhì),知2-3x≥0,
故y=3+2-3x≥3.
所以函數(shù)的知域?yàn)椋?,+∞).
點(diǎn)評算術(shù)平方根具有雙重非負(fù)性,即:(1)被開方數(shù)的非負(fù)性,(2)值的非負(fù)性.
本題通過直接觀察算術(shù)平方根的性質(zhì)而獲解,這種方法對于一類函數(shù)的值域的求法,簡捷明了,不失為一種巧法.
二、配方法
當(dāng)所給函數(shù)是二次函數(shù)或可化為二次函數(shù)的復(fù)合函數(shù)時(shí),可以利用配方法求函數(shù)值域
例2求函數(shù)y=x2+x+2的值域.
點(diǎn)撥將被開方數(shù)配方成完全平方數(shù),利用二次函數(shù)的最值求.
解由y=-x2+x+2,可知函數(shù)的定義域?yàn)閤∈[-1,2].
此時(shí)-x2+x+2=-(x-12)2+94∈[0,94].
所以0≤-x2+x+2≤32,函數(shù)的值域是[0,32].
點(diǎn)評求函數(shù)的值域不但要重視對應(yīng)關(guān)系的應(yīng)用,更要注意定義域?qū)χ涤虻闹萍s作用.配方法是數(shù)學(xué)的一種重要的思想方法.
三、判別式法
若可化為關(guān)于某變量的二次方程的分式函數(shù)或無理函數(shù),可用判別式法求函數(shù)的值域.
例3求函數(shù)y=2x2-2x+3x2+x+1的值域.
點(diǎn)撥將原函數(shù)轉(zhuǎn)化為自變量的二次方程,應(yīng)用二次方程根的判別式,從而確定出原函數(shù)的值域.
解將上式化為(y-2)x2-(y-2)x+(y-3)=0.()
當(dāng)y≠2時(shí),由Δ=(y-2)2-4(y-2)(y-3)≥0,
解得2
當(dāng)y=2時(shí),方程()無解.所以函數(shù)的值域?yàn)?2,103].
點(diǎn)評把函數(shù)關(guān)系化為二次方程F(x,y)=0,由于方程有實(shí)數(shù)解,故其判別式為非負(fù)實(shí)數(shù),可求得函數(shù)的值域.常適應(yīng)于形如:y=ax2+bx+cdx2+ex+f及y=ax+b±cx2+dx+e的函數(shù).
四、中間變量法
若函數(shù)只含x2項(xiàng)或只含sinx,cosx項(xiàng),可借助x2≥0,0≤|sinx|≤1(有界性)解決.
例4求函數(shù)y=x2+4x2-1的值域.
解由y=x2+4x2-1得x2=y+4y-1.又由x2≥0得y+4y-1≥0,解得y≤-4或y>1.所以函數(shù)值域?yàn)?-∞,-4]∪(1,+∞).
五、圖象法
通過觀察函數(shù)的圖象,運(yùn)用數(shù)形結(jié)合的方法得到函數(shù)的值域.
例5求函數(shù)y=|x+1|+(x-2)2的值域.
點(diǎn)撥根據(jù)絕對值的意義,去掉符號后轉(zhuǎn)化為分段函數(shù),作出其圖象.
解原函數(shù)化為y=-2x+1
3
2x-1(x≤1),
(-1
(x>2).
作出它的圖象(略).
顯然函數(shù)值y≥3,所以,函數(shù)值域?yàn)椋?,+∞).
點(diǎn)評分段函數(shù)應(yīng)注意函數(shù)的端點(diǎn).利用函數(shù)的圖象求函數(shù)的值域,體現(xiàn)數(shù)形結(jié)合的思想.是解決問題的重要方法.
求函數(shù)值域的方法較多,還適應(yīng)通過不等式法、函數(shù)的單調(diào)性、換元法等方法求函數(shù)的值域.
六、單調(diào)性法
利用函數(shù)在給定的區(qū)間上的單調(diào)遞增或單調(diào)遞減求值域.
例6求函數(shù)y=4x-1-3x(x≤13)的值域.
點(diǎn)撥由已知的函數(shù)是復(fù)合函數(shù),即g(x)=-1-3x,y=f(x)+g(x),其定義域?yàn)閤≤13,在此區(qū)間內(nèi)分別討論函數(shù)的增減性,從而確定函數(shù)的值域.
解設(shè)f(x)=4x,g(x)=-1-3x(x≤13),易知它們在定義域內(nèi)為增函數(shù),從而y=f(x)+g(x)=4x-1-3x
在定義域{x|x≤13}上也為增函數(shù),而且y≤f(13)+g(13)=43,因此,所求的函數(shù)值域?yàn)椋鹹|y≤43}.
點(diǎn)評利用單調(diào)性求函數(shù)的值域,是在函數(shù)給定的區(qū)間上,或求出函數(shù)隱含的區(qū)間,結(jié)合函數(shù)的增減性,求出其函數(shù)在區(qū)間端點(diǎn)的函數(shù)值,進(jìn)而可確定函數(shù)的值域.
七、換元法
以新變量代替函數(shù)式中的某些量,使函數(shù)轉(zhuǎn)化為以新變量為自變量的函數(shù)形式,進(jìn)而求出值域.
例7求函數(shù)y=x-3+2x+1的值域.
點(diǎn)撥通過換元將原函數(shù)轉(zhuǎn)化為某個(gè)變量的二次函數(shù),利用二次函數(shù)的最值,確定原函數(shù)的值域.
解設(shè)t=2x+1(t≥0),則x=12(t2-1).于是
y=12(t2-1)-3+t=12(t+1)2-4
≥12-4=-72.
所以原函數(shù)的值域?yàn)椋?72,+∞).
關(guān)鍵詞:三角函數(shù);值域;求法
一、可化為y=asin(ωx+φ)+b(ω>0)型
例1 求y=sin2x+2sinxcosx+3cos2x的值域.
解: y=1-cos2x2+sin2x+3·1+cos2x2
=sin2x+cos2x+2
=2sin(2x+π4)+2
y∈[2-2,2+2]
二、可化為二次函數(shù)
例2 求y=3+cosx-2sin2x的值域
解: y=3+cosx-2sin2x=2cos2x+cosx+1
因?yàn)閏osx∈[-1,1],所以y∈[78,4].
三、反解法
例3 求y=3cosx+42cosx-1的值域
解: 因?yàn)?ycosx-2y=3cosx+4
所以(2y-3)cosx=2y+4.
所以cosx=2y+42y-3.
|cosx|=|2y+42y-3|≤1
解得: y∈(-∞,-13]∪[7,+∞)
四、當(dāng)式子中同時(shí)含有sinx±cosx,時(shí),常使用換元法
例4 當(dāng)x∈[0,π],求y=sin2x+sinx-cosx的值域.
簡解:sinx-cosx=t=2sin(x-π4)∈[-1,2]
所以2sinxcosx=1-t2
所以y=-t2+t+1∈[-1,54]
五、配對法
例5 已知:sinx+siny=1,求cosx+cosy的范圍.
cosx+cosy=t (1)
sinx+siny=1(2) 兩式平方相加得:
2cos(x-y)=t2-1∈[-2,2]
所以t∈[-3,3].
六、三角函數(shù)也是函數(shù),所以其他一些函數(shù)值域的求法對于求三角函數(shù)的值域照樣適用
如分離常數(shù)法:
例6 若cos2x+2msinx-2m-2
簡解:整理得:2m>sin2x+1sinx-1,
sinx-1=t∈[-1,0)
所以2m>t+2t+2,因?yàn)?t+2t+2)max=-1.
所以m>-12.
巧用“對比法”解題
江蘇靖江季南初中(214523) 陳一平
對比法:把兩個(gè)或兩個(gè)以上的事物進(jìn)行比較,找其共同點(diǎn)與不同點(diǎn)的進(jìn)行解題的方法.對比法是最基本的思維,也是解題方法.它有時(shí)會使思維、解題一清二楚,直接明了.
例1 橫河九年級物理興趣小組的同學(xué)在研究“沙子和水誰的吸熱本領(lǐng)大”時(shí),選用了兩只完全相同的酒精燈分別給質(zhì)量都是200 g的沙子和水加熱.他們繪制出沙子與水的溫度隨加熱時(shí)間變化的圖象如圖1所示. 已知酒精的熱值是3.0×107 J/kg,水的比熱容4.2×103 J/(kg·℃),加熱時(shí)酒精燈平均每分鐘消耗0.8 g酒精.那么請問:
(1)圖中a圖和b圖哪個(gè)是沙子吸熱升溫的圖象?為什么?
(2)請根據(jù)圖象說出水在受熱過程中溫度變化的特點(diǎn).
(3)加熱滿2 min時(shí),水吸收了多少熱量?
(4)給水加熱持續(xù)了10 min時(shí)間,共消耗了多少酒精?這些酒精如果完全燃燒將放出多少熱量?
(5)試求出沙子的比熱容.
圖1解:(1) 圖a表示的是沙子吸熱升溫的過程,因?yàn)樯匙拥谋葻岜人。障嗤瑹崃繒r(shí)沙子溫度升得多.
(2) 水在受熱過程中溫度變化呈先快后慢,至沸騰時(shí)溫度保持不變的特點(diǎn)
(3) Q吸=c·m·Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(70 ℃-20 ℃)=4.2×104 J
(4) m=0.8 g×10=8 g
Q放=mq=8×10-3 kg×3.0×107 J/kg
=2.4×105 J
分析:其中(1)(2)(3)(4)解題如上,不再多贅.
(5)的解題部分同學(xué)解題如下:
取t=2 min,Q沙吸=Q放=mq=1.6×10-3 kg×3.0×107 J/kg=4.8×104 J
C沙=Q沙mΔt=4.8×104 J/0.2 kg×(250 ℃-20 ℃)=1043.5 J/(kg·℃)
理由是:根據(jù)圖象、題意,取t=2 min,Q放=mq,酒精燃燒放出的熱量可以求出,放出的熱量是供沙子升溫的,且題目沒有給出沙子吸收的熱量是酒精燃燒放出的熱量的百分比,那沙子吸收的熱量就等于酒精燃燒放出的熱量.所以解題如此.如果我們采用“對比法”,就會正確找到沙子在t=2 min內(nèi)吸收的熱量了.
共同點(diǎn):①沙子與水的質(zhì)量都是200 g;②兩只完全相同的酒精燈同時(shí)加熱.
不同點(diǎn):①加熱對象分別是沙子、水; ②圖象中可以看出在相同時(shí)間內(nèi)沙子與水升溫不同
再根據(jù)蘇科版物理九年級上P41的信息快遞:如果加熱方法完全相同,就可以認(rèn)為單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)吸收的熱量相同.取t=2 min,就很快找到沙子吸收的熱量等于水吸收的熱量4.2×104 J了,這個(gè)熱量小于1.6 g酒精燃燒放出的熱量4.8×104 J.題目的難點(diǎn)就會突破,解題也就豁然開朗、水落石出了.
關(guān)鍵詞: 函數(shù) 定義域 值域 值域的求解方法
設(shè) 是非空的數(shù)集,如果按照某種確定的對應(yīng)關(guān)系 ,使對于集合 中的任意一個(gè)數(shù) ,在集合 中都有唯一確定的數(shù) 和它對應(yīng),那么就稱 為從集合 到集合 的一個(gè)函數(shù),記作 ,其中 叫做自變量。 的取值范圍 叫做函數(shù)的定義域;與 的值相對應(yīng)的 的值叫做函數(shù)值,函數(shù)值的集合 叫做函數(shù)的值域
由函數(shù)的定義可知,一個(gè)函數(shù)的構(gòu)成要素為:定義域、對應(yīng)關(guān)系和值域。其中函數(shù)的值域是一個(gè)較復(fù)雜的問題,又是高中數(shù)學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。總體來講,求函數(shù)的至于要注意以下幾點(diǎn):(1)值域的概念,即與 的值相對應(yīng)的函數(shù)值的集合 ;(2)函數(shù)的定義域。當(dāng)題目中未明確給出函數(shù)的定義域時(shí),應(yīng)先求出函數(shù)的定義域,在定義域的范圍內(nèi)求函數(shù)的值域;(3)函數(shù)的單調(diào)性。求函數(shù)的值域時(shí),常常借助函數(shù)的最值來求解,而求函數(shù)的最值時(shí),對函數(shù)的單調(diào)性的討論往往是必不可少的;(4)函數(shù)的解析式。在求函數(shù)的值域時(shí),往往要根據(jù)所給函數(shù)的解析式的形式,使用相應(yīng)的方法。具體常用的求函數(shù)值域的方法如下:
(1)觀察法
對于一些簡單的常見的函數(shù),通過觀察就可以求出其值域。例如我們熟悉的一次函數(shù)的定義域是 ,值域也是 ;反比例函數(shù) 的定義域?yàn)?,值域?yàn)?。
(2)配方法(或公式法)
(3)換元法
(4)分離常數(shù)法
(5)利用函數(shù)的單調(diào)性求值域
例5. 求函數(shù) 的值域
解:由題可知函數(shù)的定義域?yàn)?,因?yàn)?和 在 上均為增函數(shù),故原函數(shù)為 上的增函數(shù).所以 ,故原函數(shù)的值域?yàn)?/p>
(6)利用函數(shù)的最值求值域
對于區(qū)間上的連續(xù)函數(shù),利用求函數(shù)最大值和最小值來求函數(shù)的值域。
總之,同學(xué)們在學(xué)習(xí)的過程中應(yīng)多注意積累,善于總結(jié),從而在求解函數(shù)值域的問題中,才能迅速找到求解此類問題的比較簡單且合適的方法。
我們知道,單調(diào)性是函數(shù)的重要性質(zhì),只要了解了一個(gè)函數(shù)的單調(diào)性,就可求出其值域. 同樣,了解了一個(gè)函數(shù)的單調(diào)性,即可作出函數(shù)的大致圖象,由圖象法求其值域. 因此,這兩種方法均可作為求函數(shù)值域的通法. 只是對于單調(diào)函數(shù)來說,作圖已經(jīng)沒有必要,直接由單調(diào)性法求值域更為輕松;而對于非單調(diào)函數(shù)來說,雖然也可由單調(diào)性法解決,但圖象法往往更為簡單. 因此,筆者認(rèn)為,可將判斷函數(shù)的單調(diào)性作為思維的起點(diǎn),將作出函數(shù)的圖象作為思維的終點(diǎn),而將換元法和導(dǎo)數(shù)法作為溝通起點(diǎn)或終點(diǎn)之間的“使者”,以此來構(gòu)建函數(shù)值域問題的思維路線. 具體步驟為:首先判斷函數(shù)y=f(x)(x∈D)在D(可以是函數(shù)的定義域,也可以是定義域的某個(gè)子區(qū)間)上是否單調(diào),若是,則用函數(shù)單調(diào)性法求解;若不是,對于基本初等函數(shù)或通過換元可轉(zhuǎn)化為基本初等函數(shù)的復(fù)合函數(shù),用圖象法解決,而對于無法通過換元轉(zhuǎn)化為基本初等函數(shù)的復(fù)合函數(shù),則先用導(dǎo)數(shù)判斷單調(diào)性,然后再由圖象法求解. 下面筆者先介紹有關(guān)方法,然后舉例佐證.
1. 函數(shù)單調(diào)性法求值域的依據(jù)
(1)若函數(shù)y=f(x)在區(qū)間D=[a,b](a
(2)若函數(shù)y=f(x)在區(qū)間D=[a,b]=[a,c]∪[c,b](a
函數(shù)關(guān)系式與定義域
函數(shù)關(guān)系式包括定義域和對應(yīng)法則,所以在求函數(shù)的關(guān)系式時(shí)必須要考慮所求函數(shù)關(guān)系式的定義域,否則所求函數(shù)關(guān)系式可能是錯(cuò)誤的。如:
例1:某單位計(jì)劃建筑一矩形圍墻,現(xiàn)有材料可筑墻的總長度為100m,求矩形的面積S與矩形長x的函數(shù)關(guān)系式?
解:設(shè)矩形的長為x米,則寬為(50-x)米,由題意得: 故函數(shù)關(guān)系式為:.
如果解題到此為止,則本題的函數(shù)關(guān)系式還欠完整,缺少自變量的范圍。也就說學(xué)生的解題思路不夠嚴(yán)密。因?yàn)楫?dāng)自變量取負(fù)數(shù)或不小于50的數(shù)時(shí),S的值是負(fù)數(shù),即矩形的面積為負(fù)數(shù),這與實(shí)際問題相矛盾,所以還應(yīng)補(bǔ)上自變量的范圍:即函數(shù)關(guān)系式為: ()
這個(gè)例子說明,在用函數(shù)方法解決實(shí)際問題時(shí),必須要注意到函數(shù)定義域的取值范圍對實(shí)際問題的影響。若考慮不到這一點(diǎn),就體現(xiàn)出學(xué)生的思維缺乏嚴(yán)密性。若注意到定義域的變化,就說明學(xué)生的解題思維過程體現(xiàn)出較好思維的嚴(yán)密性。
函數(shù)最值與定義域
函數(shù)的最值是指函數(shù)在給定的定義域區(qū)間上能否取到最大(小)值的問題。如果不注意定義域,將會導(dǎo)致最值的錯(cuò)誤。如:
例2:求函數(shù)在[-2,2]上的最值.
解:
當(dāng)時(shí),
初看結(jié)論,本題似乎沒有最大值,只有最小值。產(chǎn)生這種錯(cuò)誤的根源在于學(xué)生是按照求二次函數(shù)最值的思路,而沒有注意到已知條件發(fā)生變化。這是思維呆板性的一種表現(xiàn),也說明學(xué)生思維缺乏靈活性。
其實(shí)以上結(jié)論只是對二次函數(shù)在R上適用,而在指定的定義域區(qū)間上,它的最值應(yīng)分如下情況:
⑴ 當(dāng)時(shí),在上單調(diào)遞增函數(shù);
⑵ 當(dāng)時(shí),在上單調(diào)遞減函數(shù);
⑶ 當(dāng)時(shí),在上最值情況是:
,.即最大值是中最大的一個(gè)值。
故本題還要繼續(xù)做下去:
函數(shù)在[-2,2]上的最小值是- 4,最大值是3.
這個(gè)例子說明,在函數(shù)定義域受到限制時(shí),若能注意定義域的取值范圍對函數(shù)最值的影響,并在解題過程中加以注意,便體現(xiàn)出學(xué)生思維的靈活性。
函數(shù)值域與定義域
函數(shù)的值域是該函數(shù)全體函數(shù)值的集合,當(dāng)定義域和對應(yīng)法則確定,值域也隨之而定。因此在求函數(shù)值域時(shí),應(yīng)注意函數(shù)定義域。如:
例3:求函數(shù)的值域.
錯(cuò)解:令故所求的函數(shù)值域是.
剖析:經(jīng)換元后,應(yīng)有,而函數(shù)在[0,+∞)上是增函數(shù),
所以當(dāng)t=0時(shí),ymin=1.
故所求的函數(shù)值域是[1, +∞).
以上例子說明,變量的允許值范圍是何等的重要,若能發(fā)現(xiàn)變量隱含的取值范圍,精細(xì)地檢查解題的過程,就可以避免以上錯(cuò)誤結(jié)果的產(chǎn)生。也就是說,學(xué)生若能在解好題目后,檢驗(yàn)已經(jīng)得到的結(jié)果,善于找出和改正自己的錯(cuò)誤,善于精細(xì)地檢查思維過程,便體現(xiàn)出良好的思維批判性。
函數(shù)單調(diào)性與定義域
函數(shù)單調(diào)性是指函數(shù)在給定的定義域區(qū)間上函數(shù)自變量增加時(shí),函數(shù)值隨著增減的情況,所以討論函數(shù)單調(diào)性必須在給定的定義域上進(jìn)行。如:
例4:指出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間.
解:先求定義域: 函數(shù)定義域?yàn)椋?,知在上時(shí),u為減函數(shù),在上時(shí),u為增函數(shù)。又函數(shù)在上是減函數(shù),在上是增函數(shù)。即函數(shù)的單調(diào)遞增區(qū)間,單調(diào)遞減區(qū)間是。
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