破解特殊函数的解析式和图像

前言

周期性+左右平移

例1已知(f(x))的定义域为(R),且(f(x) =egin{cases}2^{-x}-1, &xleq 0 \f(x-1) ,&x>0 end{cases}),若方程(f(x)=x+a)有两个不同实根,求(a)的取值范围((-infty,1))

【法1】:基础作图法,利用给定的关系式得到函数在每一段上的解析式,然后分段作图。由(f(x)=f(x-1))可知(T=1)

(0<xleqslant 1)时,(x-1leqslant 0),故(f(x)=f(x-1)=2^{-(x-1)-1}=2^{1-x}-1)

(1<xleqslant 2)时,(x-2leqslant 0),故(f(x)=f(x-2)=2^{-(x-2)-1}=2^{2-x}-1)

(2<xleqslant 3)时,(x-3leqslant 0),故(f(x)=f(x-2)=2^{-(x-3)-1}=2^{3-x}-1)

(cdots)(cdots)(cdots)

依此类推,得到如下的解析式:

[f(x) =left{egin{array}{l}{2^{-x}-1,xleqslant 0}\{2^{1-x}-1,0< x leqslant 1} \{2^{2-x}-1,1< xleqslant 2}\{ 2^{3-x}-1,2< xleqslant 3} \ {2^{4-x}-1,3< xleqslant 4}\{cdots,cdots,}end{array} ight. ]

依托上述解析式,我们就能容易做出静态函数(y=f(x))和动态函数(y=x+a)的图像于同一个坐标系,

利用图像,就能轻松看出参数(a)的取值范围为(ain (-infty,1))

【法2】:快速作图法,解读给定的分段函数的解析式,第一段其实是作图的基础,难点是如何利用第二段来作图,

由于(f(x)=f(x-1)(x>0)),说明函数在((0,+infty))上部分图像向右有周期性(T=1)

又由于(f(x-1))的图像是把(f(x))的图像向右平移一个单位得到,故将第一段向右平移一个单位,然后截取图像的((0,1])区间上的部分即可。

这样,在区间((1,2])段上的图像,就是将((0,1])段上的图像向右平移一个单位即可,

在区间((2,3])段上的图像,就是将((1,2])段上的图像向右平移一个单位即可,以此类推,

得到区间((0,+infty))上的所有图像,然后在同一个坐标系中再做出动态函数(y=x+a)的图像,

利用图像,就能轻松看出参数(a)的取值范围为(ain (-infty,1))

解后反思:函数与方程的相互等价转化,数形结合思想; 特殊分段函数的图像做法; 分段函数中只包含周期性的图像做法;

周期性+纵轴平移

同时涉及左右平移和上下平移

例2已知函数(f(x) = egin{cases}x^2 &0leqslant xleqslant 1 \ f(x-1)+1 &x>1 end{cases}),求作函数图像。

【法1】:基础作图法,仿照上例中的法1,先求得分段函数的解析式,再依次做出其图像即可,(T=1)

(1leqslant xleqslant 2)时,(0leqslant x-1leqslant 1),故(f(x)=f(x-1)+1=(x-1)^2+1)

(2leqslant xleqslant 3)时,(0leqslant x-2leqslant 1),故(f(x)=f(x-2)+2=(x-2)^2+2)

(3leqslant xleqslant 4)时,(0leqslant x-3leqslant 1),故(f(x)=f(x-3)+3=(x-3)^2+3)

(cdots)(cdots)(cdots)

依此类推,得到如下的解析式:

[f(x) =left{egin{array}{l}{x^2,0leqslant xleqslant 1}\{(x-1)^2+1,1leqslant xleqslant 2}\{(x-2)^2+2,2leqslant xleqslant 3}\{(x-3)^2+3,3leqslant xleqslant 4}\{cdots,cdots,}end{array} ight. ]

【法2】:快速作图法,有了上例中的作图经验,类比上例这样做,先作区间([0,1])上的图像,

将区间([0,1])上的图像向右平移一个单位,再向上平移一个单位,得到([1,2])的图像;

将区间([1,2])上的图像向右平移一个单位,再向上平移一个单位,得到([2,3])的图像;

将区间([2,3])上的图像向右平移一个单位,再向上平移一个单位,得到([3,4])的图像;

以此类推,得到整个分段函数的图像。

周期性+纵轴伸缩

例4【2016凤中模拟】已知函数(f(x)=egin{cases}1-|x+1|,&-2leq xleq 0 \ 2f(x-2) ,&x>0 end{cases}),若方程(f(x)=x+a)在区间([-2,4])内有三个不同实根,求(a)的取值范围__________。

思路:在同一个坐标系中做出分段函数(y=f(x)(xin[-2,4]))和函数(y=x+a)((a)是动态的),

利用数形结合求解。 关键是怎么做出分段函数(f(x))的图像?

先做出(xin[-2,0])上的函数(f(x)=1-|x+1|)的图像, 具体可以这样做,

(|x|longrightarrow|x+1|longrightarrow-|x+1|longrightarrow1-|x+1|),再截取得到(xin[-2,0])上的图像即可。

难点是第二段(f(x)=2f(x-2)(x>0),)此时我们可以这样理解,

这样的效果是由(f(x)=f(x-2)(周期变换))(y=2f(x)(振幅变换))叠加而成的,

因此我们可以将(xin[-2,0])上的函数(f(x)=1-|x+1|)的图像先向右平移2个单位,

然后再将纵坐标扩大2倍, 这样就得到了(xin[0,2])上的函数图像;

再将(xin[0,2])上的函数图像先向右平移2个单位,然后再将纵坐标扩大2倍,

这样就得到了(xin[2,4])上的函数图像;整个(xin[-2,4])上的函数图像如右图的橘黄色部分所示;

函数(y=x+a(a动态))的图像如图中的绿色直线所示,让这条绿色的直线沿(y)轴平行移动,

根据两个图像有三个交点,就可以得到(a)的取值范围((-2<a<0)(a=1))。

感悟反思:

1、函数与方程的相互等价转化,数形结合思想;

2、分段函数的图像做法;

3、分段函数中包含周期性和振幅变换的图像做法;

例5【2019年高考数学试卷理科新课标Ⅱ第12题】设函数(f(x))的定义域为(R),满足(f(x+1)=2f(x)),且当(xin (0,1])时,(f(x)=x(x-1)),若对于任意(xin (-infty,m]),都有(f(x)geqslant -cfrac{8}{9}),则(m)的取值范围是【】

$A.(-infty,cfrac{9}{4}]$ $B.(-infty,cfrac{7}{3}]$ $C.(-infty,cfrac{5}{2}]$ $D.(-infty,cfrac{8}{3}]$

分析:要想弄清楚这类题目的求解,最好先理解题目中给定的条件的目的,

给定条件“(f(x+1)=2f(x))”是为了让你用来求解其他区间上的解析式,以便于求解或作图;

给定条件“(xin (0,1])时,(f(x)=x(x-1))”,是我们作图或者求其他区间上的解析式的基础;因此我们需要先求得函数的解析式;

给定条件“(xin (-infty,m]),都有(f(x)geqslant -cfrac{8}{9})”,是让我们做出函数(y=f(x))的图像和(y=-cfrac{8}{9})的图像,从图像上判断,在函数(y=f(x))的哪一段上满足(f(x))的图像一直在直线(y=-cfrac{8}{9})的上方。

解析:令(x+1=t),则(x=t-1),即给定条件(f(x+1)=2f(x))变形为(f(t)=2f(t-1))

(f(x)=2f(x-1)star),这是我们下来变换要使用的重要的表达式;

由于(xin (0,1])时,(f(x)=x(x-1))①,

则当(xin (1,2])时,(x-1in (0,1]),则由(star)和①式得到,即(f(x)=2f(x-1)=2(x-1)(x-2))②;

(xin (2,3])时,(x-1in (1,2]),则由(star)和②式得到,即(f(x)=2f(x-1)=2 imes 2[(x-1)-1][(x-2)-1]=4(x-2)(x-3))③;

以下区间的解析式求解用不上,不过我们还是看看,

(xin (3,4])时,(x-1in (2,3]),则由(star)和③式得到,此时(f(x)=2f(x-1)=2 imes 4[(x-1)-2][(x-1)-3]=8(x-3)(x-4))④;

同理,我们还可以求得(xin (-1,0])时的解析式;

则当(xin (-1,0])时,(x+1in (0,1]),则由(f(x+1)=2f(x))得到,即(f(x)=cfrac{1}{2}f(x+1)=cfrac{1}{2}x(x+1))⑤;

在坐标系中做出分段函数在区间((-1,3])上的图像以及直线(y=-cfrac{8}{9})

由图像可知,我们求解方程(4(x-2)(x-3)=-cfrac{8}{9}),解得(x=cfrac{7}{3})(x=cfrac{8}{3})(结合图像舍去)

(m=cfrac{7}{3}),故选(B)

解后反思:

  • 1、本题目涉及到的知识点比较多:分段函数,求解析式,换元法,二次函数,数形结合等等;

  • 2、对表达式(f(x)=2f(x-1))的理解,它是两种变换,比如平移变换(f(x)=f(x-1))和振幅变换(f(x)=2f(A))的融合,理解了本题目后,以后碰到类似题目,我们就可知这样理解,(f(x-1))的意思是将基础图像(y=x(x-1))向右平移一个单位,再乘以(2),意思是在原来平移的图像的基础上在(y)轴方向扩大(2)倍,这样做图像就快多了。

  • 3、我们还可以不详细求解各区间段上的解析式,而利用图像直接写出解析式。比如向右平移一次后我们知道,函数图像经过点((1,0))((2,0)),则解析式为(y=a(x-1)(x-2)),且知道最低点为((cfrac{1}{2},-cfrac{1}{2})),可知(a=2),即(xin (1,2])时,(f(x)=2(x-1)(x-2))

  • 4、能不能不做变换,直接利用(f(x+1)=2f(x))来求解析式呢?也可以,不过你必须始终紧紧盯住自变量(x)的取值不放,

比如(xin (0,1])时,(f(x)=x(x-1)),由(f(x+1)=2f(x)),先求得(f(x+1)=2x(x-1)),注意到(x+1in (1,2]),要求解(xin (1,2])上的解析式,还得换元,令(x+1=tin (1,2]),则(x=t-1),代入(f(x+1)=2x(x-1)),变形得到(f(t)=2(t-1)(t-2))(tin (1,2]),即(f(x)=2(x-1)(x-2))(xin (1,2]).

  • 5、注意函数的解析式的写法和理解。

形式一:(f(x)=left{egin{array}{l}{x(x-1),xin(0,1]}\{2(x-1)(x-2),xin(1,2]}\{4(x-2)(x-3),xin(2,3]}\{8(x-3)(x-4),xin(3,4]}\{cdots,cdots}end{array} ight.)

形式二:(f(x)=left{egin{array}{l}{x(x-1),xin(0,1]}\{2f(x-1),x>1}end{array} ight.)

原文地址:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/11812911.html