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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
xD
,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
xE
,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
0lnx1
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______________。
x1
1
解析:先求f的作用范围,由
f(x)
,知
x1
x1
例2. 若函数
f(x)
即f的作用范围为
xR|x1
,又f对f(x)作用所以
f(x)R且f(x)1
,即
f
f(x)
中x应
x1
x1
满足
即
1
,解得
x1且x2
1
f(x)1
x1
故函数
f
f(x)
的定义域为
xR|x1且x2
(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
xD
,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
xE,E
为
f(x)
的定义域。
例3. 已知
f(32x)
的定义域为
x1,2
,则函数
f(x)
的定义域为_________。
解析:
f(32x)
的定义域为
1,2
,即
x1,2
,由此得
32x1,5
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
x1,5
1
x
2
即函数
f(x)
的定义域为
1,5
例4. 已知
f(x4)lg
2
,则函数
f(x)
的定义域为-------
x8
2
x
2
x
2
0
解析:先求f的作用范围,由
f(x4)lg
2
,知
2
x8
x8
2
解得
x
2
44
,f的作用范围为
(4,)
,又f对x作用,作用范围不变,所以
x(4,)
,
即
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
xD
,由此得
g(x)E
,
f
的作用范围为E,又f对
h(x)
作
用,作用范围不变,所以
h(x)E
,解得
xF
,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
x1,1
,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
即
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
yf(g(x))
.若
ug(x)
在区间
(a,b
)上是减函数,其值域为(c,d),又函数
yf(u)
在
区间(c,d)上是减函数,那么,原复合函数
yf(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
ax
1
x
2
b
因为
ug(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
)
即
u
1
u
2,
且u
1
,u
2
(c,d)
2
因为函数
yf(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
yf(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:
yf(u)
ug(x)
yf(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
yf(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:
yf(u)
与
ug(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
yf(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
yf(g(x))
为减函数。
(4)例题演练
例1、 求函数
ylog
1
(x2x3)
的单调区间,并用单调定义给予证明
2
2
解:定义域
x2x30x3或x1
单调减区间是
(3,)
设
x
1
,x
2
(3,)且x
1
x
2
则
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
20
3
∴
(x
1
2x
1
3)
>
(x
2
2x
2
3)
又底数
0
∴
y
2
y
1
0
即
y
2
y
1
∴
y
在
(3,)
上是减函数
2
2
1
1
2
同理可证:
y
在
(,1)
上是增函数
[例]2、讨论函数
f(x)log
a
(3x
2
2x1)
的单调性.
[解]由
3x
2
2x10
得函数的定义域为
1
{x|x1,或x}.
3
则当
a1
时,若
x1
,∵
u3x
2
2x1
为增函数,∴
f(x)log
a
(3x
2
2x1)
为增函数.
若
x
,∵
u3x
2
2x1
为减函数.
∴
f(x)log
a
(3x
2
2x1)
为减函数。
当
0a1
时,若
x1
,则
f(x)log
a
(3x
2
2x1)
为减函数,若
x
1
3
1
,则
3
f(x)log
a
(3x
2
2x1)
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,
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