1、幂函數的概念
一般地,函數
叫做幂函數,其中是自變量,是常數;其定義域是使
有意義的值的集合。
例1、已知幂函數
,且當
時
為減函數。求幂函數的解析式。
分析:正确理解幂函數的概念、幂函數的圖象與性質。求幂函數的解析式,一般用待定系數法,弄明白幂函數的定義是解題的關鍵。
解答:由于
為幂函數,
所以
,解得
,或
。
當時,
,
在上為減函數;
當時,
,
在上為常函數,不合題意,舍去。
故所求幂函數
的解析式為
。
2、幂函數的圖象和性質
圖象:
性質:
(1)所有的幂函數在上都有定義,并且圖象都過點;
(2)如果
,則幂函數的圖象過點
和,并且在區間
上是增函數;
(3)如果
,則幂函數的圖象過點,并在區間上是減函數。在第一象限内,當從
趨向于原點時,圖象在
軸右方無限地逼近軸,當趨于時,圖象在軸上方無限地逼近軸;
(4)當為奇數時,幂函數為奇函數;當為偶數時,幂函數為偶函數。
例2、比較
,,
的大小。
分析:先利用幂函數
的增減性比較與的大小,再根據幂函數的圖象比較與的大小。
解答:
而在上單調遞增,且
,
。故
。
例3、若函數
在區間
上是遞減函數,求實數m的取值範圍。
分析:本題考查簡單幂函數的性質以及函數圖象的平移問題。
函數
是一個比較常用的幂函數,它也叫做反比例函數,其定義域是
,是一個奇函數,對稱中心為(0,0),在
和上都是遞減函數。一般地,形如
的函數都可以通過對
的圖象進行變換而得到,所以這些函數的性質都可以借助的性質來得到。
解答:由于
,所以函數的圖象是由幂函數
的圖象先向右平移2個單位,再向上平移3個單位得到的,所以其圖象如圖所示。
其單調遞減區間是
和
,而函數在區間
上是遞減函數,所以應有
。
例4、若點
在幂函數
的圖象上,點
在幂函數
的圖象上,定義
,試求函數
的最大值及其單調區間。
分析:首先根據幂函數的定義求出
,然後在同一坐标系下畫出函數和的圖象,得出
的函數圖象,最後根據圖象求出最大值和單調區間。
解答:設
,因為點在的圖象上,所以
,所以
,即;
又設
,點在的圖象上,所以
,所以
,即
。
在同一坐标系下畫出函數和的圖象,如圖所示,則有
。
根據圖象可知函數的最大值等于
,其單調遞增區間是(
,-1)和(0,1);單調遞減區間是
和
。
例5、已知幂函數
是偶函數,且在上是減函數,求函數的解析式,并讨論
的奇偶性。
分析:先根據單調性求出m的取值範圍,再由奇偶性進一步确定m的取值。讨論
的奇偶性時要注意對字母的讨論。
解答:由在上是減函數得
,
。∵
,
0,1。
又因為是偶函數,∴隻有當
時符合題意,故
。
于是
,
。
當
且
時,為非奇非偶函數;
當
且時,為奇函數;
當且
時,為偶函數;
當且時,為既奇又偶函數。
例6、已知幂函數
在
上是增函數,且在定義域上是偶函數。
(1)求的值,并寫出相應的函數的解析式;
(2)對于(1)中求得的函數,設函數
。問是否存在實數
,使得函數在區間上是減函數,且在區間上是增函數?若存在,請求出
的值;若不存在,請說明理由。
分析:第一問先根據單調性求出的取值範圍,再由奇偶性進一步确定的取值。第二問可根據複合函數單調性的規律來解。
解答:(1)∵幂函數
在上是增函數,∴
∴
又
,∴
∵在定義域上是偶函數,∴隻有當
時符合題意,故。
(2)由,則
。
假設存在實數,使得滿足題設條件。令
,則
。
∵在上是減函數,∴當
時,
;當
時,
。
若在區間上是減函數,且在區間上是增函數,則
在
上是減函數,且在
上是增函數,此時二次函數的對稱軸方程是
即
,
∴
。
故存在實數,使得函數在區間上是減函數,且在區間上是增函數。
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