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函數(shù)與導(dǎo)數(shù)問題中的易錯點分析

2019-12-02 07:42王小青
關(guān)鍵詞:錯因值域定義域

函數(shù)與導(dǎo)數(shù)是高中數(shù)學(xué)的重點與難點內(nèi)容之一,是高考命題熱點與難點問題,在數(shù)學(xué)基本概念、數(shù)學(xué)基本思想方法、數(shù)學(xué)運算與推理能力等方面要求較高.但是,不少同學(xué)在概念理解上出現(xiàn)偏差,不夠清晰;不善于運用分類討論、數(shù)形結(jié)合、函數(shù)與方程等思想方法解決問題;在運算求解過程中出現(xiàn)一些運算錯誤等等.本文試從這些方面總結(jié)函數(shù)與導(dǎo)數(shù)問題中的常見易錯點,讓大家理清概念,掌握方法.

易錯點一:忽視函數(shù)定義域的首位意識

例1?(1)已知f(x+1x)=x2+1x2,求函數(shù)f(x)的解析式.

(2)已知f(2x+1)=lgx,求f(x)的解析式.

錯因:在求函數(shù)解析式時,一定要注意自變量的范圍,也就是定義域問題.求出解析式后要標注x的取值范圍.利用換元法求解析式時要注意新元的取值范圍.如已知f(x)=x+1,求函數(shù)f(x)的解析式,可通過換元的方法得f(x)=x2+1,函數(shù)f(x)的定義域是[0,+∞),而不是(-∞,+∞).

正解:(1)由于f(x+1x)=x2+1x2=(x+1x)2-2,

所以f(x)=x2-2,x≥2或x≤-2,

故f(x)的解析式是f(x)=x2-2,x∈(-∞,-2]∪[2,+∞).

(2)令2x+1=t,得x=2t-1,

代入得f(t)=lg2t-1,又x>0,所以t>1,

故f(x)的解析式是f(x)=lg2x-1,x∈(1,+∞).

例2?已知函數(shù)f(x)=x2-m是定義在區(qū)間[-3-m,m2-m]上的奇函數(shù),則f(0)與f(m)的大小關(guān)系是????.

錯因:本題學(xué)生容易忽略函數(shù)具備奇偶性的前提是函數(shù)定義域關(guān)于原點對稱,所以不清楚實數(shù)m是一個具體的確定的值.

正解:因為函數(shù)f(x)是奇函數(shù),所以-3-m+m2-m=0,解得m=3或-1.當(dāng)m=3時,函數(shù)f(x)=x-1,定義域不是[-6,6],不合題意;當(dāng)m=-1時,函數(shù)f(x)=x3在定義域[-2,2]上單調(diào)遞增,又m<0,所以f(m)

例3?已知函數(shù)f(x)=x2-2x-3,則該函數(shù)的單調(diào)遞增區(qū)間為????.

錯因:本題容易忽視函數(shù)單調(diào)性中對定義域的要求,單調(diào)區(qū)間是定義域的子集,故求單調(diào)區(qū)間時應(yīng)樹立“定義域優(yōu)先”的原則.函數(shù)的單調(diào)性是函數(shù)在某個區(qū)間上的“整體”性質(zhì),所以不能僅僅根據(jù)某個區(qū)間內(nèi)的兩個特殊變量x1,x2對應(yīng)的函數(shù)值的大小就判斷函數(shù)在該區(qū)間的單調(diào)性,必須保證這兩個變量是區(qū)間內(nèi)的任意兩個自變量.

正解:設(shè)t=x2-2x-3,由t≥0,

即x2-2x-3≥0,解得x≤-1或x≥3.

所以函數(shù)的定義域為(-∞,-1]∪[3,+∞).

因為函數(shù)t=x2-2x-3圖象的對稱軸為x=1,所以函數(shù)t在區(qū)間(-∞,-1]上單調(diào)遞減,在區(qū)間[3,+∞)上單調(diào)遞增.

所以函數(shù)f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為[3,+∞).

糾錯訓(xùn)練1:函數(shù)y=5-4x-x2的單調(diào)增區(qū)間是????.

答案:[-5,-2]

糾錯訓(xùn)練2:已知y=loga(2-ax)在區(qū)間(0,1]上是減函數(shù),則a的取值范圍是????.

答案:(1,2]

易錯點二:對函數(shù)值域概念理解不清

例4?已知f(x)=(1-2a)x+3a,x<1,

lnx,x≥1的值域為R,那么實數(shù)a的取值范圍是????.

錯因:分段函數(shù)的值域是每一段函數(shù)值域的并集,本題求出下一段函數(shù)的值域為[0,+∞),容易錯誤的轉(zhuǎn)化為上一段函數(shù)的值域為(-∞,0),導(dǎo)致出錯.

正解:要使函數(shù)f(x)的值域為R,

需使1-2a>0,

ln1≤1-2a+3a,所以a<12,

a≥-1,

所以-1≤a<12,即a的取值范圍是[-1,12).

例5?已知函數(shù)f(x)=(13)ax2-4x+3.

(1)若f(x)有最大值3,求a的值;

(2)若f(x)的值域是(0,+∞),求a的取值集合.

錯因:函數(shù)的最值與函數(shù)的值域是兩個不同的概念,第(1)問中函數(shù)的最大值為3,則轉(zhuǎn)化為指數(shù)式的最小值為-1,從而轉(zhuǎn)化為二次函數(shù)的最值問題求解;第(2)問中函數(shù)的值域為(0,+∞),即函數(shù)值能取遍區(qū)間(0,+∞)內(nèi)所有的值,而且只能取遍這個范圍內(nèi)的值.易錯點的對函數(shù)值域理解不透徹,求出的是實數(shù)a的范圍.

正解:(1)令g(x)=ax2-4x+3,則f(x)=(13)g(x),由于f(x)有最大值3,所以g(x)應(yīng)有最小值-1,

因此必有a>0,

g(2a)=3a-4a=-1,

解得a=1,即當(dāng)f(x)有最大值3時,a的值等于1.

(2)令g(x)=ax2-4x+3,由指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)知,

要使f(x)=(13)ax2-4x+3的值域為(0,+∞),

應(yīng)使g(x)=ax2-4x+3的值域為R,

因此只能a=0.(因為若a≠0,則g(x)為二次函數(shù),其值域不可能為R).故a的值為0.

糾錯訓(xùn)練3:設(shè)函數(shù)f(x)=m+x2,|x|≥1,

x,|x|<1

的圖象過點(1,1),函數(shù)g(x)是二次函數(shù),若函數(shù)f(g(x))的值域是[0,+∞),則函數(shù)g(x)的值域是????.

答案:因為函數(shù)f(x)=m+x2,|x|≥1,

x,|x|<1的圖象過點(1,1),所以m+1=1,解得m=0,所以f(x)=x2,|x|≥1,

x,|x|<1.畫出函數(shù)y=f(x)的大致圖象如圖所示,觀察圖象可知,

當(dāng)縱坐標在[0,+∞)上時,橫坐標在(-∞,-1]∪[0,+∞)上變化.

而f(x)的值域為[-1,+∞),f(g(x))的值域為[0,+∞),因為g(x)是二次函數(shù),

所以g(x)的值域是[0,+∞).

易錯點三:不理解分段函數(shù)的概念及性質(zhì)

例6?已知函數(shù)f(x)=(12)x,x≥4,

f(x+1),x<4,則f(1+log25)的值為????.

錯因:求分段函數(shù)的函數(shù)值,沒有選確定自變量的范圍,不清楚代入哪一段解析式,故要先確定要求值的自變量屬于哪一段區(qū)間,然后代入該段的解析式求值,當(dāng)出現(xiàn)f(f(a))的形式時,應(yīng)從內(nèi)到外依次求值.少數(shù)同學(xué)對于對數(shù)函數(shù)的運算不到位,導(dǎo)致運算錯誤.

正解:因為2

糾錯訓(xùn)練4:設(shè)函數(shù)f(x)=ex-1,x<1,

x13,x≥1,則使得f(x)≤2成立的x的取值范圍是????.

答案:當(dāng)x<1時,由ex-1≤2得x≤1+ln2,所以x<1;當(dāng)x≥1時,由x13≤2得x≤8,所有1≤x≤8.綜上,符合題意的x的取值范圍是x≤8.

糾錯訓(xùn)練5:設(shè)函數(shù)f(x)=x,x∈(-∞,a),

x2,x∈[a,+∞).若f(2)=4,則a的取值范圍為????.

答案:因為f(2)=4,若2∈(-∞,a),則f(2)=2,矛盾,所以2∈[a,+∞),f(2)=4成立所以a≤2,則a的取值范圍為(-∞,2].

反思:求某條件下自變量的值或范圍,先假設(shè)所求的值或范圍在分段函數(shù)定義區(qū)間的各段上,然后求出相應(yīng)自變量的值或范圍,切記代入檢驗,看所求的自變量的值或范圍是否滿足相應(yīng)各段自變量的取值范圍.

例7?已知函數(shù)f(x)=(a-2)x,x≥2,

(12)x-1,x<2是R上的單調(diào)遞減函數(shù),則實數(shù)a的取值范圍是???.

錯因:分段函數(shù)的單調(diào)性理解出現(xiàn)偏差,誤認為在每一段上都有相同的單調(diào)性,則整個函數(shù)就具有單調(diào)性,沒有考慮分段函數(shù)在端點處的函數(shù)值的大小.

正解:因為函數(shù)f(x)為R上的單調(diào)遞減函數(shù),

所以a-2<0,

2(a-2)≤(12)2-1,解得a≤138.

糾錯訓(xùn)練6:已知f(x)=(2-a)x+1,x<1

ax,x≥1 是R上的增函數(shù),求a的取值范圍.

答案:要使得f(x)在R上是增函數(shù),則兩個函數(shù)g(x)=(2-a)x+1與h(x)=ax均為增函數(shù),并且還要滿足在x=1處,有g(shù)(1)≤f(1),即2-a>0

a>1

2-a+1≤a,解得32

所以a的取值范圍是[32,2).

易錯點四:對函數(shù)的零點概念理解不清

例8?函數(shù)f(x)=x2-3x+2的零點是???.

A.(1,0)?B.(2,0)?C.(1,0),(2,0)?D.1,2

錯因:錯誤的原因是沒有理解零點的概念,“望文生義”,認為零點就是一個點.而函數(shù)的零點是一個實數(shù),即使f(x)=0成立的實數(shù),也是函數(shù)y=f(x)的圖象與軸交點的橫坐標.

正解:由f(x)=x2-3x+2=0得,x=1和2,所以填1,2.

糾錯訓(xùn)練7:若函數(shù)f(x)=ax+b有一個零點是2,那么函數(shù)g(x)=bx2-ax的零點是????.

答案:由題意知2a+b=0,即b=-2a.

令g(x)=bx2-ax=0,得x=0或x=ab=-12.

例9?若函數(shù)f(x)=4x-2x-a,x∈[-1,1]有零點,則實數(shù)a的取值范圍是????.

錯因:對函數(shù)零點的求解方法掌握不牢固,不善于運用換元、分離參數(shù)等思想方法解決問題.

正解:因為函數(shù)f(x)=4x-2x-a,x∈[-1,1]有零點,

所以方程4x-2x-a=0在[-1,1]上有解,

即方程a=4x-2x在[-1,1]上有解.

方程a=4x-2x可變形為a=(2x-12)2-14,

因為x∈[-1,1],所以2x∈[12,2],

所以(2x-12)2-14∈[-14,2].

所以實數(shù)a的取值范圍是[-14,2].

易錯點五:對函數(shù)的單調(diào)性、奇偶性、極值概念理解不清?例10?函數(shù)f(x)=ln(x-1x)的圖象是????.(填序號)

(1)求曲線f(x)在點(2,f(2))處的切線方程;

(2)求經(jīng)過點A(2,-2)的曲線f(x)的切線方程.

錯因:“過點A的曲線的切線方程”與“在點A處的曲線的切線方程”是不相同的,后者A必為切點,前者未必是切點.曲線在某點處的切線,若有,則只有一條;曲線過某點的切線往往不止一條.切線與曲線的公共點不一定只有一個.

正解:(1)因為f′(x)=3x2-8x+5,所以f′(2)=1,又f(2)=-2,

所以曲線f(x)在點(2,f(2))處的切線方程為y-(-2)=x-2,即x-y-4=0.

(2)設(shè)切點坐標為(x0,x30-4x20+5x0-4),因為f′(x0)=3x20-8x0+5,所以切線方程為y-(-2)=(3x20-8x0+5)(x-2),

又切線過點(x0,x30-4x20+5x0-4),所以x30-4x20+5x0-2=(3x20-8x0+5)(x0-2),

整理得(x0-2)2(x0-1)=0,

解得x0=2或x0=1,

所以經(jīng)過點A(2,-2)的曲線f(x)的切線方程為x-y-4=0或y+2=0.

糾錯訓(xùn)練12:已知曲線f(x)=2x3-3x,過點M(0,32)作曲線f(x)的切線,求切線方程.

答案:設(shè)切點坐標為N(x0,2x30-3x0),則切線的斜率k=f′(x0)=6x20-3,故切線方程為y=(6x20-3)x+32,又因為點N在切線上,所以2x30-3x0=(6x20-3)x0+32,

解得x0=-2,所以切線方程為y=21x+32.

易錯點七:分類討論標準不清晰

例13?若函數(shù)f(x)=mx2+mx+1的定義域為一切實數(shù),則實數(shù)m的取值范圍是????.

錯因:沒有分類討論的意識.

正解:由題意可得mx2+mx+1≥0恒成立.

當(dāng)m=0時,1≥0恒成立;

當(dāng)m≠0時,則m>0,

Δ=m2-4m≤0,

解得0

綜上可得:0≤m≤4.

例14?已知函數(shù)f(x)=2a·4x-2x-1.若關(guān)于x的方程f(x)=0有解,求a的取值范圍.

錯因:分類討論的標準不清晰.

正解:關(guān)于x的方程2a(2x)2-2x-1=0有解,等價于方程2am2-m-1=0(m>0)在(0,+∞)上有解.

記g(m)=2am2-m-1,m>0,

當(dāng)a=0時,g(m)=0的解為m=-1<0,不成立.

當(dāng)a<0時,g(m)的圖象開口向下,對稱軸m=14a<0,則g(m)在區(qū)間(0,+∞)上單調(diào)遞減,且圖象過點(0,-1),不成立.

當(dāng)a>0時,g(m)的圖象開口向上,對稱軸m=14a>0,則g(m)在區(qū)間(0,14a]上單調(diào)遞減,在區(qū)間[14a,+∞)上單調(diào)遞增,且圖象過點(0,-1),必有一個根為正,

所以,a>0.

綜上所述,a的取值范圍是(0,+∞).

糾錯訓(xùn)練13:已知函數(shù)f(x)=(a-1)lnx+ax2+1,討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性.

答案:f(x)的定義域為(0,+∞),

f′(x)=a-1x+2ax=2ax2+a-1x.

(1)當(dāng)a≥1時,f′(x)>0,故f(x)在區(qū)間(0,+∞)上單調(diào)遞增;

(2)當(dāng)a≤0時,f′(x)<0,故f(x)在區(qū)間(0,+∞)上單調(diào)遞減;

(3)當(dāng)00,故f(x)在區(qū)間(0,1-a2a)上單調(diào)遞減,在區(qū)間(1-a2a,+∞)上單調(diào)遞增.

易錯點八:沒有數(shù)形結(jié)合的意識

例15?(1)已知實數(shù)a,b滿足等式(12)a=(13)b,下列五個關(guān)系式:①0

其中不可能成立的關(guān)系式有????個.

(2)若曲線y=|2x-1|與直線y=b有兩個公共點,則b的取值范圍為????.

錯因:僅僅著眼于代數(shù)式的結(jié)構(gòu)特征,不善于構(gòu)造函數(shù),利用函數(shù)圖象解決問題,沒有數(shù)形結(jié)合的意識.

正解:(1)函數(shù)y1=(12)x與y2=(13)x的圖象如圖所示.

由(12)a=(13)b得,a

故①②⑤可能成立,③④不可能成立.

(2)曲線y=|2x-1|與直線y=b的圖象如圖所示,由圖象可得,如果曲線y=|2x-1|與直線y=b有兩個公共點,則b的取值范圍是(0,1).

糾錯訓(xùn)練14:已知f(x)=|lgx|,x>0,

2|x|,x≤0,則關(guān)于x的方程2f2(x)-3f(x)+1=0的解的個數(shù)為????.

解答:關(guān)于f(x)的方程

2f2(x)-3f(x)+1=0的解為f(x)=12或f(x)=1.作出y=f(x)的圖象,由圖象知直線y=12與函數(shù)y=f(x)的圖象有2個公共點;直線y=1與函數(shù)y=f(x)的圖象有3個公共點.故關(guān)于x的方程2f2(x)-3f(x)+1=0有5個解.

(作者:王小青,江蘇省如皋中學(xué))

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