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2024年3月21日发(作者:新冠病毒改名)

复合函数问题

一、复合函数定义: 设y=f(u)的定义域为A,u=g(x)的值域为B,若A

B,则y关于x函数的y=f

[g(x)]叫做函数f与g的复合函数,u叫中间量.

二、复合函数定义域问题:

(1)、已知

f(x)

的定义域,求

f

g(x)

的定义域

思路:设函数

f(x)

的定义域为D,即

xD

,所以

f

的作用范围为D,又f对

g(x)

作用,作用范围

不变,所以

g(x)D

,解得

xE

,E为

f

g(x)

的定义域。

例1. 设函数

f(u)

的定义域为(0,1),则函数

f(lnx)

的定义域为_____________。

解析:函数

f(u)

的定义域为(0,1)即

u(0,1)

,所以

f

的作用范围为(0,1)

又f对lnx作用,作用范围不变,所以

0lnx1

解得

x(1,e)

,故函数

f(lnx)

的定义域为(1,e)

1

,则函数

f

f(x)

的定义域为______________。

x1

1

解析:先求f的作用范围,由

f(x)

,知

x1

x1

例2. 若函数

f(x)

即f的作用范围为

xR|x1

,又f对f(x)作用所以

f(x)R且f(x)1

,即

f

f(x)

中x应

x1

x1

满足

1

,解得

x1且x2

1

f(x)1

x1

故函数

f

f(x)

的定义域为

xR|x1且x2

(2)、已知

f

g(x)

的定义域,求

f(x)

的定义域

思路:设

f

g(x)

的定义域为D,即

xD

,由此得

g(x)E

,所以f的作用范围为E,又f对x作

用,作用范围不变,所以

xE,E

f(x)

的定义域。

例3. 已知

f(32x)

的定义域为

x1,2

,则函数

f(x)

的定义域为_________。

解析:

f(32x)

的定义域为

1,2

,即

x1,2

,由此得

32x1,5

所以f的作用范围为

1,5

,又f对x作用,作用范围不变,所以

x1,5









1

x

2

即函数

f(x)

的定义域为

1,5

例4. 已知

f(x4)lg

2

,则函数

f(x)

的定义域为-------

x8

2

x

2

x

2

0

解析:先求f的作用范围,由

f(x4)lg

2

,知

2

x8

x8

2

解得

x

2

44

,f的作用范围为

(4,)

,又f对x作用,作用范围不变,所以

x(4,)

f(x)

的定义域为

(4,)

(3)、已知

f

g(x)

的定义域,求

f

h(x)

的定义域

思路:设

f

g(x)

的定义域为D,即

xD

,由此得

g(x)E

f

的作用范围为E,又f对

h(x)

用,作用范围不变,所以

h(x)E

,解得

xF

,F为

f

h(x)

的定义域。

例5. 若函数

f(2)

的定义域为

1,1

,则

f(log

2

x)

的定义域为____________。

x



x

解析:

f(2)

的定义域为

1,1

,即

x1,1

,由此得

2

,2

2

x



1

1



1

f

的作用范围为

,2

,又f对

log

2

x

作用,所以

log

2

x

,2

,解得

x

2

2

f(log

2

x)

的定义域为

2,4

2,4

评注:函数定义域是自变量x的取值范围(用集合或区间表示)f对谁作用,则谁的范围是f的作用范

围,f的作用对象可以变,但f的作用范围不会变。利用这种理念求此类定义域问题会有“得来全不费功夫”

的感觉,值得大家探讨。

三、复合函数单调性问题

(1)引理证明

已知函数

yf(g(x))

.若

ug(x)

在区间

(a,b

)上是减函数,其值域为(c,d),又函数

yf(u)

区间(c,d)上是减函数,那么,原复合函数

yf(g(x))

在区间

(a,b

)上是增函数.

证明:在区间

(a,b

)内任取两个数

x

1

,x

2

,使

ax

1

x

2

b

因为

ug(x)

在区间

(a,b

)上是减函数,所以

g(x

1

)g(x

2

)

,记

u

1

g(x

1

)

,

u

2

g(x

2

)

u

1

u

2,

且u

1

,u

2

(c,d)

2

因为函数

yf(u)

在区间(c,d)上是减函数,所以

f(u

1

)f(u

2

)

,即

f(g(x

1

))f(g(x

2

))

故函数

yf(g(x))

在区间

(a,b

)上是增函数.

(2).复合函数单调性的判断

复合函数的单调性是由两个函数共同决定。为了记忆方便,我们把它们总结成一个图表:

yf(u)

ug(x)

yf(g(x))

增 ↗

增 ↗

增 ↗

减 ↘

减 ↘

增 ↗

减 ↘

减 ↘

减 ↘

增 ↗

以上规律还可总结为:“同向得增,异向得减”或“同增异减”.

(3)、复合函数

yf(g(x))

的单调性判断步骤:

ⅰ 确定函数的定义域;

ⅱ 将复合函数分解成两个简单函数:

yf(u)

ug(x)

ⅲ 分别确定分解成的两个函数的单调性;

ⅳ 若两个函数在对应的区间上的单调性相同(即都是增函数,或都是减函数),则复合后的函数

yf(g(x))

为增函数; 若两个函数在对应的区间上的单调性相异(即一个是增函数,而另一个是减函

数),则复合后的函数

yf(g(x))

为减函数。

(4)例题演练

例1、 求函数

ylog

1

(x2x3)

的单调区间,并用单调定义给予证明

2

2

解:定义域

x2x30x3或x1

单调减区间是

(3,)

x

1

,x

2

(3,)且x

1

x

2

2

y

1

log

1

(x

1

2x

1

3)

y

2

log

1

(x

2

2x

2

3)

2

2

2

2

2

2

(x

1

2x

1

3)

(x

2

2x

2

3)

=

(x

2

x

1

)(x

2

x

1

2)

x

2

x

1

3

x

2

x

1

0

x

2

x

1

20

3

(x

1

2x

1

3)

>

(x

2

2x

2

3)

又底数

0

y

2

y

1

0

y

2

y

1

y

(3,)

上是减函数

2

2

1

1

2

同理可证:

y

(,1)

上是增函数

[例]2、讨论函数

f(x)log

a

(3x

2

2x1)

的单调性.

[解]由

3x

2

2x10

得函数的定义域为

1

{x|x1,或x}.

3

则当

a1

时,若

x1

,∵

u3x

2

2x1

为增函数,∴

f(x)log

a

(3x

2

2x1)

为增函数.

x

,∵

u3x

2

2x1

为减函数.

f(x)log

a

(3x

2

2x1)

为减函数。

0a1

时,若

x1

,则

f(x)log

a

(3x

2

2x1)

为减函数,若

x

1

3

1

,则

3

f(x)log

a

(3x

2

2x1)

为增函数.

例3、.已知y=

log

a

(2-

a

)在[0,1]上是x的减函数,求a的取值范围.

解:∵a>0且a≠1

当a>1时,函数t=2-

a

>0是减函数

由y=

log

a

(2-

a

)在[0,1]上x的减函数,知y=

log

a

t是增函数,

∴a>1

由x

[0,1]时,2-

a

2-a>0,得a<2,

∴1<a<2

当0

a

>0是增函数

x

x

x

x

x

由y=

log

a

(2-

a

)在[0,1]上x的减函数,知y=

log

a

t是减函数,

∴0

x

由x

[0,1]时,2-

a

2-1>0, ∴0

综上述,0

x

例4

已知函数

f(x2)ax

2

(a3)xa2

a

为负整数)的图象经过点

(m2,0),mR

,设

g(x)f[f(x)],F(x)pg(x)f(x)

.问是否存在实数

p(p0)

使得

F(x)

在区间

(,f(2)]

上是减函

数,且在区间

(f(2),0)

上是减函数?并证明你的结论。

[解析]由已知

f(m2)0

,得

am

2

(a3)ma20

4

其中

mR,a0.

0

3a

2

2a90

解得

127127

a.

33

a

为负整数,∴

a1.

f(x2)x

4x3(x2)

2

1

f(x)x

2

1.

g(x)f[f(x)](x1)1x2x

F(x)pg(x)f(x)px

4

(2p1)x

2

1.

假设存在实数

p(p0)

,使得

F(x)

满足条件,设

x

1

x

2

2

x

2

)[p(x

2

x

2

)2p1].

F(x

1

)F(x

2

)(x

1212

2242

f(2)3

,当

x

1

,x

2

(,3)

时,

F(x)

为减函数,

2

x

2

0,p(x

2

x

2

)2p10.

F(x

1

)F(x

2

)0

,∴

x

1212

2

x

2

18

, ∵

x

1

3,x

2

3

,∴

x

12

2

x

2

)2p116p1

, ∴

p(x

12

16p10.

x

1

,x

2

(3,0)

时,

F(x)

增函数,∴

F(x

1

)F(x

2

)0.

2

x

2

0

,∴

p(x

2

x

2

)2p116p1

, ∵

x

1212

16p10

.

由①、②可知

p

1

1

,故存在

p.

16

16

一.

指数函数与对数函数

.同底的指数函数

ya

与对数函数

ylog

a

x

互为反函数;

(二)主要方法:

1.解决与对数函数有关的问题,要特别重视定义域;

2.指数函数、对数函数的单调性决定于底数大于1还是小于1,要注意对底数的讨论;

3.比较几个数的大小的常用方法有:①以

0

1

为桥梁;②利用函数的单调性;③作差.

(三)例题分析:

x

b

log

b

a

log

a

b

从小到大依次为 ;

a

xyz

(2)若

235

,且

x

y

z

都是正数,则

2x

3y

5z

从小到大依次为 ;

xx

(3)设

x0

,且

ab1

a0

b0

),则

a

b

的大小关系是 ( )

A

ba1

B

ab1

C

1ba

D

1ab

bb

2

解:(1)由

aba1

a

,故

log

b

log

b

a

1

log

a

b

aa

例1.(1)若

a

2

ba1

,则

log

b

5

lgtlgtlgt

y

z

lg2lg3lg5

2lgt3lgtlgt(lg9lg8)

0

,∴

2x3y

; ∴

2x3y

lg2lg3lg2lg3

同理可得:

2x5z0

,∴

2x5z

,∴

3y2x5z

.(3)取

x1

,知选(

B

).

x2

例2.已知函数

f(x)a

x

(a1)

x1

求证:(1)函数

f(x)

(1,)

上为增函数;(2)方程

f(x)0

没有负数根.

证明:(1)设

1x

1

x

2

x2x2

x

a

x

2

2

f(x

1

)f(x

2

)a

1

1

x

1

1x

2

1

x2x

2

23(x

1

x

2

)

a

x

1

a

x

2

1

a

x

1

a

x

2

x

1

1x

2

1(x

1

1)(x

2

1)

1x

1

x

2

,∴

x

1

10

x

2

10

x

1

x

2

0

3(x

1

x

2

)

0

; ∴

(x

1

1)(x

2

1)

(2)令

2

x

3

y

5

z

t

,则

t1

x

xx

xx

1x

1

x

2

,且

a1

,∴

a

1

a

2

,∴

a

1

a

2

0

f(x

1

)f(x

2

)0

,即

f(x

1

)f(x

2

)

,∴函数

f(x)

(1,)

上为增函数;

(2)假设

x

0

是方程

f(x)0

的负数根,且

x

0

1

,则

a

0

a

x

0

x

x

0

2

0

x

0

1

2x

0

3(x

0

1)

3

1

, ①

x

0

1x

0

1x

0

1

33

3

,∴

12

,而由

a1

a

x

0

1

, 当

1x

0

0

时,

0x

0

11

,∴

x

0

1x

0

1

∴①式不成立;

x

0

1

时,

x

0

10

,∴

33

0

,∴

11

,而

a

x

0

0

x

0

1x

0

1

∴①式不成立.

综上所述,方程

f(x)0

没有负数根.

x

例3.已知函数

f(x)log

a

(a1)

a0

a1

).

求证:(1)函数

f(x)

的图象在

y

轴的一侧;

(2)函数

f(x)

图象上任意两点连线的斜率都大于

0

证明:(1)由

a

x

10

得:

a

x

1

∴当

a1

时,

x0

,即函数

f(x)

的定义域为

(0,)

,此时函数

f(x)

的图象在

y

轴的右侧;

0a1

时,

x0

,即函数

f(x)

的定义域为

(,0)

,此时函数

f(x)

的图象在

y

轴的左侧.

∴函数

f(x)

的图象在

y

轴的一侧;

(2)设

A(x

1

,y

1

)

B(x

2

,y

2

)

是函数

f(x)

图象上任意两点,且

x

1

x

2

,则直线

AB

的斜率

k

y

1

y

2

x

1

x

2

6

a

x

1

1

y

1

y

2

log

a

(a1)log

a

(a1)log

a

x

2

a1

xxxx

a1

时,由(1)知

0x

1

x

2

,∴

1a

1

a

2

,∴

0a

1

1a

2

1

x

1

x

2

a

x

1

1

1

,∴

y

1

y

2

0

,又

x

1

x

2

0

,∴

k0

; ∴

0

x

a

2

1

xxxx

0a1

时,由(1)知

x

1

x

2

0

,∴

a

1

a

2

1

,∴

a

1

1a

2

10

a

x

1

1

1

,∴

y

1

y

2

0

,又

x

1

x

2

0

,∴

k0

. ∴

x

a

2

1

∴函数

f(x)

图象上任意两点连线的斜率都大于

0

7

同步练习

(二)同步练习:

2

f(x)

的定义域。

f(x)[0,1]

1、 已知函数的定义域为,求函数

答案:

[1,1]

2、 已知函数

f(32x)

的定义域为

[3,3]

,求

f(x)

的定义域。

答案:

[3,9]

3、 已知函数

yf(x2)

的定义域为

(1,0)

,求

f(|2x1|)

的定义域。

13

(,0)(1,)

2

答案:

2

4、设

f

x

lg

2x

x



2

,则

f



f



的定义域为( )

2x

2



x

A.

4,0

0,4

B.

4,1

1,4

C.

2,1

1,2

D.

4,2

2,4

2

2x

解:选C.由

0

得,

f(x)

的定义域为

x|2x2

。故

2x

2

x

2,

2

,解得

2

2.

x

x

4,1



1,4

。故

x



2

f



f



的定义域为

4,1

2



x

13

22

1,4

x

a

5、已知函数

f(x)

的定义域为

x(,)

,求

g(x)f(ax)f()(a0)

的定义域。

33

1

1

ax,x,



2

2a22a

[解析]由已知,有

1

x

3

,

a

x

3

a.



2

2a2

2

13

x}

22

1a

33

(2)当

a

,即

0a1

时,有



2a2

2a2

a3

定义域为

{x|xa}

22

331a

(3)当

a

,即

a1

时,有



2a22a2

(1)当

a1

时,定义域为

{x|

8

定义域为

{x|

13

x}

.

2a2a

3

}

2a

3

a}.

2

1

x

2a

a

0a1

时,定义域为

{x|x

2

故当

a1

时,定义域为

{x|

练习二

[点评]对于含有参数的函数,求其定义域,必须对字母进行讨论,要注意思考讨论字母的方法。

(5)同步练习:

1.函数

y

log

1

x

2

-3

x

+2)的单调递减区间是( )

2

A.(-∞,1)

C.(-∞,

B.(2,+∞)

D.(

3

2

3

,+∞)

2

解析:先求函数定义域为(-

o

,1)∪(2,+∞),令

t

x

)=

x

2

+3

x

+2,函数

t

x

)在(-∞,1)

上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,根据复合函数同增异减的原则,函数

y

log

1

x

2

-3

x

+2)在

2

(2,+∞)上单调递减.

答案:B

2找出下列函数的单调区间.

(1)

ya

x

(2)

y2

2

3x2

(a1)

.

x

2

2x3

答案:(1)在

(,]

上是增函数,在

[,)

上是减函数。

(2)单调增区间是

[1,1]

,减区间是

[1,3]

x

3、讨论

ylog

a

(a1),(a0,且a0)

的单调性。

3

2

3

2

答案:

a1,

(0,)

为增函数,

1a0

时,

(,0)

为增函数。

4.求函数

y

log

1

x

2

-5

x

+4)的定义域、值域和单调区间.

3

解:由

x

)=

x

2

-5

x

+4>0,解得

x

>4或

x

<1,所以

x

∈(-∞,1)∪(4,+∞),当

x

∈(-

∞,1)∪(4,+∞),{

x

2

-5

x

+4}=R,所以函数的值域是R.因为函数

y

log

1

x

2

-5

x

++

3

+4)是由

y

log

1

3

x

)与

x

)=

x

2

-5

x

+4复合而成,函数

y

log

1

x

)在其定义域上是单调

3

递减的,函数

x

)=

x

2

-5

x

+4在(-∞,

55

)上为减函数,在[,+∞]上为增函数.考虑到函数

22

9

的定义域及复合函数单调性,

y

log

1

x

2

-5

x

+4)的增区间是定义域内使

y

log

1

33

x

)为减函数、

x

)=

x

2

-5

x

+4也为减函数的区间,即(-∞,1);

y

log

1

x

2

-5

x

+4)的减区间是定义域内使

y

log

1

33

x

)为减函数、

x

)=

x

2

-5

x

+4为增函数的区间,即(4,+∞).

变式练习

一、选择题

1.函数

f

x

)=

log

1

(x-1)

的定义域是( )

2

A.(1,+∞)

C.(-∞,2)

B.(2,+∞)

D.

(1,2]

解析:要保证真数大于0,还要保证偶次根式下的式子大于等于0,

x-1>0

所以

log(x-1)

0

解得1<

x

≤2.

1

2

答案:D

2.函数

y

log

1

x

2

-3

x

+2)的单调递减区间是( )

2

A.(-∞,1)

C.(-∞,

B.(2,+∞)

D.(

3

2

3

,+∞)

2

解析:先求函数定义域为(-

o

,1)∪(2,+∞),令

t

x

)=

x

2

+3

x

+2,函数

t

x

)在(-∞,1)

上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,根据复合函数同增异减的原则,函数

y

log

1

x

2

-3

x

+2)在

2

(2,+∞)上单调递减.

答案:B

3.若2

lg

x

-2

y

)=

lg

x

lg

y

,则

A.4

C.1或4

y

的值为( )

x

1

B.1或

4

1

D.

4

10

错解:由2

lg

x

-2

y

)=

lg

x

lg

y

,得(

x

-2

y

2

xy

,解得

x

=4

y

x

y

,则有

答案:选B

x

y

1

=或=1.

y

x

4

正解:上述解法忽略了真数大于0这个条件,即

x

-2

y

>0,所以

x

>2

y

.所以

x

y

舍掉.只有

x

=4

y

答案:D

4.若定义在区间(-1,0)内的函数

f

x

)=

log

2a

x

+1)满足

f

x

)>0,则

a

的取值范围为( )

A.(0,

C.(

1

2

B.(0,1)

D.(0,+∞)

1

,+∞)

2

解析:因为

x

∈(-1,0),所以

x

+1∈(0,1).当

f

x

)>0时,根据图象只有0<2

a

<l,解得0

a

1

(根据本节思维过程中第四条提到的性质).

2

2

-1)的图象关于( )

1-x

B.

x

轴对称

D.直线

y

x

对称

答案:A

5.函数

y

lg

A.

y

轴对称

C.原点对称

解析:

y

lg

函数.

答案:C

二、填空题

已知

y

log

a

(2-

ax

)在[0,1]上是

x

的减函数,则

a

的取值范围是__________.

解析:

a

>0且

a

≠1

x

)=2-

ax

是减函数,要使

y

log

a

(2-

ax

)是减函数,则

a

>1,又2

ax

>0

a

21+x1+x1+x

-1)=

lg

,所以为奇函数.形如

y

lg

y

lg

的函数都为奇

1-x1-x1-x1-x

2

(0<

x

<1)

a

<2,所以

a

∈(1,2).

x

1

x

)的图象关于直线

y

x

对称,则

f

(2

x

x

2

)的单调递减区间

3

答案:

a

∈(1,2)

7.函数

f

x

)的图象与

g

x

)=(

为______.

解析:因为

f

x

)与

g

x

)互为反函数,所以

f

x

)=

log

1

x

3

11

f

(2

x

x

2

)=

log

1

(2

x

x

2

),令

x

)=2

x

x

2

>0,解得0<

x

<2.

3

]在(0,1)上单调递减;

x

)=2

x

x

2

在(0,1)上单调递增,则

f

x

]在[1,2)上单调递增.

x

)=2

x

x

2

在(1,2)上单调递减,则

f

x

所以

f

(2

x

x

2

)的单调递减区间为(0,1).

答案:(0,1)

8.已知定义域为R的偶函数

f

x

)在[0,+∞]上是增函数,且

f

则不等式

f

(l

og

4

x

)>0的解集是______.

1

)=0,

2

11

)=

f

()=0.又

f

x

)在[0,+∞]上是增函数,所

22

11

f

x

)在(-∞,0)上是减函数.所以

f

(l

og

4

x

)>0

l

og

4

x

>或l

og

4

x

<-.

22

1

解得

x

>2或0<

x

<.

2

1

答案:

x

>2或0<

x

2

解析:因为

f

x

)是偶函数,所以

f

(-

三、解答题

9.求函数

y

log

1

x

2

-5

x

+4)的定义域、值域和单调区间.

3

解:由

x

)=

x

2-5

x

+4>0,解得

x

>4或

x

<1,所以

x

∈(-∞,1)∪(4,+∞),当

x

∈(-

∞,1)∪(4,+∞),{

x

2

-5

x

+4}=R,所以函数的值域是R.因为函数

y

log

1

x

2

-5

x

++

3

+4)是由

y

log

1

3

x

)与

x

)=

x

2

-5

x

+4复合而成,函数

y

log

1

x

)在其定义域上是单调

3

55

)上为减函数,在[,+∞]上为增函数.考虑到函数

22

的定义域及复合函数单调性,

y

log

1

x

2

-5

x

+4)的增区间是定义域内使

y

log

1

x

)为减函数、

递减的,函数

x

)=

x

2

-5

x

+4在(-∞,

33

x

)=

x

2

-5

x

+4也为减函数的区间,即(-∞,1);

y

log

1

x

2

-5

x

+4)的减区间是定义域内使

y

log

1

33

x

)为减函数、

x

)=

x

2

-5

x

+4为增函数的区间,即(4,+∞).

10.设函数

f

x

)=

23-2x

lg

3x+53+2x

(1)求函数

f

x

)的定义域;

(2)判断函数

f

x

)的单调性,并给出证明;

(3)已知函数

f

x

)的反函数

f

1

x

),问函数

y

f

1

x

)的图象与

x

轴有交点吗?若有,求出交点

--

12

坐标;若无交点,说明理由.

解:(1)由3

x

+5≠0且

(2)令

x

)=

3-2x53333

>0,解得

x

≠-且-<

x

<.取交集得-<

x

<.

3+2x32222

2

,随着

x

增大,函数值减小,所以在定义域内是减函数;

3x+5

3-2x6

=-1+随着

x

增大,函数值减小,所以在定义域内是减函数.

3+2x3+2x

3-2x2

y

=lg

x

在定义域内是增函数,根据复合单调性可知,

y

lg

是减函数,所以

f

x

)=

3+2x3x+5

3-2x

lg

是减函数.

3+2x

(3)因为直接求

f

x

)的反函数非常复杂且不易求出,于是利用函数与其反函数之间定义域与值域

的关系求解.

设函数

f

x

)的反函数

f

1

x

)与工轴的交点为(

x

0

,0).根据函数与反函数之间定义域与值域的关

系可知,

f

x

)与

y

轴的交点是(0,

x

0

),将(0,

x

0

)代入

f

x

),解得

x

0

图象与

x

轴有交点,交点为(

2

.所以函数

y

f

1

x

)的

5

2

,0)。

5

13


本文标签: 函数 单调 定义域 复合 区间