高中数学 第二章 函数单元小结教案 新人教B版必修1.docx
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高中数学第二章函数单元小结教案新人教B版必修1
第二章函数
教学分析
本节课是对第二章的基本知识和方法的总结和归纳,从整体上来把握本章,使学生的基本知识系统化和网络化,基本方法条理化.本章内容,用集合定义函数,将函数拓展为映射,层层深入,环环相扣,组成了一个完整的整体.
三维目标
通过总结和归纳函数的知识,能够使学生综合运用知识解决有关问题,培养学生分析、探究和思考问题的能力,激发学生学习数学的兴趣,培养分类讨论的思想和抽象思维能力.
重点难点
教学重点:
①函数的基本知识.
②含有字母问题的研究.
③抽象函数的理解.
教学难点:
①分类讨论的标准划分.
②抽象函数的理解.
课时安排
1课时
导入新课
函数的概念和性质以及二次函数是高考的必考内容之一,为了系统掌握本章知识,教师直接点出课题.
推进新课
讨论结果:
思路1
例1求函数y=
的最大值和最小值.
分析:
把变量y看成常数,则函数的解析式可以整理成必有实数根的关于x的方程,利用判别式的符号得关于y的不等式,解不等式得y的取值范围,从而得函数的最值.
解:
(判别式法)由y=
得yx2-3x+4y=0,
∵x∈R,∴关于x的方程yx2-3x+4y=0必有实数根.
当y=0时,则x=0,故y=0是一个函数值;
当y≠0时,则关于x的方程yx2-3x+4y=0是一元二次方程,
则有Δ=(-3)2-4×4y2≥0,
∴0<y2≤
.∴-
≤y<0或0<y≤
,
综上所得,-
≤y≤
.
∴函数y=
的最小值是-
,最大值是
.
点评:
形如函数y=
(d≠0),当函数的定义域是R(此时e2-4df<0)时,常用判别式法求最值,其步骤是:
①把y看成常数,将函数解析式整理为关于x的方程的形式mx2+nx+k=0;②分类讨论m=0是否符合题意;③当m≠0时,关于x的方程mx2+nx+k=0中有x∈R,则此一元二次方程必有实数根,得n2-4mk≥0即关于y的不等式,解不等式组
此不等式组的解集与②中y的值取并集得函数的值域,从而得函数的最大值和最小值.
例2函数f(x)=x2-2ax+a在区间(-∞,1)上有最小值,则函数g(x)=
在区间(1,+∞)上一定( )
A.有最小值B.有最大值C.是减函数D.是增函数
解析:
函数f(x)=x2-2ax+a的对称轴是直线x=a,由于函数f(x)在开区间(-∞,1)上有最小值,所以直线x=a位于区间(-∞,1)内,即a<1.g(x)=
=x+
-2,下面用定义法判断函数g(x)在区间(1,+∞)上的单调性.
设1<x1<x2,则g(x1)-g(x2)=(x1+
-2)-(x2+
-2)=(x1-x2)+(
-
)
=(x1-x2)(1-
)=(x1-x2)
,
∵1<x1<x2,∴x1-x2<0,x1x2>1>0.
又∵a<1,∴x1x2>a.∴x1x2-a>0.∴g(x1)-g(x2)<0.∴g(x1)<g(x2).
∴函数g(x)在区间(1,+∞)上是增函数,函数g(x)在区间(1,+∞)上没有最值.故选D.
答案:
D
点评:
定义法判断函数f(x)的单调性步骤是:
①在所给区间上任取两个变量x1、x2;②比较f(x1)与f(x2)的大小,通常利用作差比较它们的大小,先作差,后将差变形,变形的手段是通分、分解因式,变形的结果常是完全平方加上一个常数或因式的积(商)等;③由②中差的符号确定函数的单调性.注意:
函数f(x)在开区间D上是单调函数,则f(x)在开区间D上没有最大值,也没有最小值.
例3求函数f(x)=
的单调区间.
分析:
函数f(x)是复合函数,利用口诀“同增异减”来求单调区间.
解:
函数的定义域是(-∞,-1]∪[1,+∞).
设y=
,u=x2-1,
当x≥0时,u=x2-1是增函数,y=
也是增函数,
又∵函数的定义域是(-∞,-1]∪[1,+∞),
∴函数f(x)=
在[1,+∞)上是增函数.
当x≤0时,u=x2-1是减函数,y=
也是增函数,
又∵函数的定义域是(-∞,-1]∪[1,+∞),
∴函数f(x)=
在(-∞,-1]上是减函数.
即函数f(x)的单调递增区间是[1,+∞),单调递减区间是(-∞,-1].
点评:
复合函数是指由若干个函数复合而成的函数,它的单调性与构成它的函数的单调性有密切联系,其单调性的规律为:
“同增异减”,即复合函数y=f[g(x)],如果y=f(u),u=g(x)有相同的单调性时,函数y=f[g(x)]为增函数,如果具有相异(即相反)的单调性,则函数y=f[g(x)]为减函数.讨论复合函数单调性的步骤是:
①求复合函数的定义域;②把复合函数分解成若干个常见的基本初等函数并分别判断其单调性;③依据复合函数的单调性规律口诀:
“同增异减”,判断出复合函数的单调性或写出其单调区间.
注意:
本题如果忽视函数的定义域,会错误地得到单调递增区间是[0,+∞),单调递减区间是(-∞,0].其避免方法是讨论函数的性质要遵守定义域优先的原则.
思路2
例1某商场以100元/件的价格购进一批衬衣,以高于进价的价格出售,销售有淡季与旺季之分,通过市场调查发现:
①销售量r(x)(件)与衬衣标价x(元/件)在销售旺季近似地符合函数关系:
r(x)=kx+b1;在销售淡季近似地符合函数关系:
r(x)=kx+b2,其中k<0,b1>0,b2>0且k、b1、b2为常数;
②在销售旺季,商场以140元/件的价格销售能获得最大销售利润;
③若称①中r(x)=0时的标价x为衬衣的“临界价格”,则销售旺季的“临界价格”是销售淡季的“临界价格”的1.5倍.
请根据上述信息,完成下面问题:
(1)填写表格中空格的内容:
(2)在销售淡季,该商场要获得最大销售利润,衬衣标价应定为多少元才合适?
分析:
(1)销售总利润y=销售量r(x)×每件利润,每件利润=标价-进价;
(2)转化为求二次函数y=f(x)的最大值,由条件②③求出b2与k的关系,应用二次函数的知识求解.
解:
(1)在销售旺季,y=(kx+b1)(x-100)=kx2-(100k-b1)x-100b1;
在销售淡季,y=(kx+b2)(x-100)=kx2-(100k-b2)x-100b2.
故表格为:
(2)∵k<0,b1>0,b2>0,∴-
>0,-
>0.
∴50-
>0,50-
>0.
则在销售旺季,y=kx2-(100k-b1)x-100b1,∴当x=
=50-
时,利润y取最大值;
在销售淡季,y=kx2-(100k-b2)x-100b2,∴当x=
=50-
时,利润y取最大值.
由②知,在销售旺季,商场以140元/件价格出售时,能获得最大利润.
因此在销售旺季,当标价x=50-
=140时,利润y取最大值.∴b1=180k.
∴此时销售量为r(x)=kx-180k.令kx-180k=0,得x=180,
即在销售旺季,衬衣的“临界价格”为180元/件.
∴由③知,在销售淡季,衬衣的“临界价格”为180×
=120元/件.
可见在销售淡季,当标价x=120元/件时,销售量为r(x)=kx+b2=0.
∴120k+b2=0.∴
=-120.
∴在销售淡季,当标价x=50-
=50+60=110元/件时,利润y取得最大值.
即在销售淡季,商场要获得最大利润,应将衬衣的标价定为110元/件合适.
点评:
在应用问题中,需解决利润最大、成本最少、费用最少等问题时,常常通过建立数学模型,转化为求函数最值的问题.其步骤是:
①阅读理解,审清题意.读题要做到逐字逐句,读懂题中的文字叙述,理解叙述所反映的实际背景,在此基础上,分析出已知什么,求什么,从中提炼出相应的数学问题;②引进数学符号,建立数学模型.如果条件中没有设未知数,那么要设自变量为x,函数为y,必要时引入其他相关辅助变量,并用x、y和辅助变量表示各相关量,然后根据问题已知条件,运用已掌握的数学知识及其他相关知识建立关系式,在此基础上将实际问题转化为求函数最值问题,即所谓建立数学模型;③利用数学的方法将得到的常规函数问题(即数学模型)予以解答,求得结果;④将所得结果再转译成具体问题的答案.
例2求函数y=|x+2|-|x-2|的最小值.
分析:
思路1:
画出函数的图象,利用函数最小值的几何意义,写出函数的最小值;思路2:
利用绝对值的几何意义,转化为数轴上的几何问题:
数轴上到±2两点的距离和的最小值.
解:
方法1(图象法):
y=|x+2|-|x-2|=
其图象如下图所示.
由图象得,函数的最小值是-4,最大值是4.
方法2(数形结合法):
函数的解析式y=|x+2|-|x-2|的几何意义是:
y是数轴上任意一点P到±2的对应点A、B的距离的差,即y=|PA|-|PB|,如下图所示,
观察数轴可得-|AB|≤|PA|-|PB|≤|AB|,
即函数y=|x+2|-|x-2|有最小值-4,最大值4.
点评:
求函数最值的方法:
图象法:
如果能够画出函数的图象,那么可以依据函数最值的几何意义,借助图象写出最值.其步骤是:
①画函数的图象;②观察函数的图象,找出图象的最高点和最低点,并确定它们的纵坐标;③由最高点和最低点的纵坐标写出函数的最值.
数形结合法:
如果函数的解析式含有绝对值或根号,那么能将函数的解析式赋予几何意义,结合图形利用其几何意义求最值.其步骤是:
①对函数的解析式赋予几何意义;②将函数的最值转化为几何问题;③应用几何知识求最值.
例3定义在(-1,1)上的函数f(x)满足:
对任意x、y∈(-1,1),都有f(x)+f(y)=f(
).
(1)求证:
函数f(x)是奇函数;
(2)若当x∈(-1,0)时,有f(x)>0,求证:
f(x)在(-1,1)上是减函数.
分析:
(1)定义法证明,利用赋值法获得f(0)的值进而取x=-y是解题关键;
(2)定义法证明,其中判定
的范围是关键.
证明:
(1)函数f(x)定义域是(-1,1),
由f(x)+f(y)=f(
),令x=y=0,得f(0)+f(0)=f(
),
∴f(0)=0.
令y=-x,得f(x)+f(-x)=f(
)=f(0)=0,
∴f(-x)=-f(x).
∴f(x)为奇函数.
(2)先证f(x)在(0,1)上单调递减,令0<x1<x2<1,则
f(x1)-f(x2)=f(x1)+f(-x2)=f(
)=f(-
),
∵0<x1<x2<1,∴x2-x1>0,1-x1x2>0.
∴
>0.
又(x2-x1)-(1-x1x2)=(x2-1)(x1+1)<0,
∴0<x2-x1<1-x1x2.
∴-1<-
<0.由题意知f(-
)>0,
∴f(x1)>f(x2).
∴f(x)在(0,1)上为减函数.
又f(x)为奇函数,
∴f(x)在(-1,1)上也是减函数.
点评:
对于抽象函数的单调性和奇偶性问题,必用单调性和奇偶性的定义来解决,即定义法是解决抽象函数单调性和奇偶性问题的通法;判断抽象函数的奇偶性与单调性时,在依托定义的基础上,用好赋值法,注意赋值的科学性、合理性.
1.已知二次函数f(x)满足条件f(0)=1和f(x+1)-f(x)=2x.
(1)求f(x);
(2)求f(x)在区间[-1,1]上的最大值和最小值.
分析:
(1)由于已知f(x)是二次函数,用待定系数法求f(x);
(2)结合二次函数的图象,写出最值.
解:
(1)设f(x)=ax2+bx+c,
由f(0)=1,可知c=1.
而f(x+1)-f(x)=[a(x+1)2+b(x+1)+c]-(ax2+bx+c)=2ax+a+b.
由f(x+1)-f(x)=2x,可得2a=2,a+b=0.
因而a=1,b=-1.
故f(x)=x2-x+1.
(2)∵f(x)=x2-x+1=(x-
)2+
,
∴当x∈[-1,1]时,f(x)的最小值是f(
)=
,f(x)的最大值是f(-1)=3.
2.已知函数f(x)对任意x、y∈R都有f(x+y)=f(x)+f(y),且x>0时,f(x)<0,f
(1)=-2.
(1)判断函数f(x)的奇偶性.
(2)当x∈[-3,3]时,函数f(x)是否有最值?
如果有,求出最值;如果没有,请说明理由.
分析:
本题中的函数f(x)是抽象函数,则用定义法判断f(x)的奇偶性和单调性.
(1)首先利用赋值法求得f(0),再利用定义法判断f(x)的奇偶性;
(2)利用定义法判断函数f(x)在[-3,3]内的单调性,利用单调法求出最值.
解:
(1)∵f(x+y)=f(x)+f(y),
∴f(0)=f(0)+f(0).∴f(0)=0.
而0=x-x,因此0=f(0)=f(x-x)=f(x)+f(-x),
即f(x)+f(-x)=0f(-x)=-f(x).
∴函数f(x)为奇函数.
(2)设x1<x2,由f(x+y)=f(x)+f(y),知
f(x2-x1)=f(x2)+f(-x1)=f(x2)-f(x1),
∵x1<x2,∴x2-x1>0.
又当x>0时,f(x)<0,
∴f(x2-x1)=f(x2)-f(x1)<0.
∴f(x2)<f(x1).
∴f(x1)>f(x2).
函数f(x)是定义域上的减函数,
当x∈[-3,3]时,函数f(x)有最值.
当x=-3时,函数有最大值f(-3);当x=3时,函数有最小值f(3).
f(3)=f(1+2)=f
(1)+f
(2)=f
(1)+f(1+1)=f
(1)+f
(1)+f
(1)=3f
(1)=-6,
f(-3)=-f(3)=6.
∴当x=-3时,函数有最大值6;当x=3时,函数有最小值-6.
问题:
某人定制了一批地砖.每块地砖(如图甲所示)是边长为0.4米的正方形ABCD,点E、F分别在边BC和CD上,△CFE、△ABE和四边形AEFD均由单一材料制成,制成△CFE、△ABE和四边形AEFD的三种材料的每平方米价格之比依次为3∶2∶1.若将此种地砖按图乙所示的形式铺设,能使中间的深色阴影部分成四边形EFGH.
(1)求证:
四边形EFGH是正方形;
(2)E、F在什么位置时,定制这批地砖所需的材料费用最省?
甲乙
分析:
(1)由于四块地砖拼出了四边形EFGH,只需证明△CFE、△CFG、△CGH、△CEH为等腰直角三角形即可;
(2)建立数学模型,转化为数学问题.设CE=x,每块地砖的费用为W,求出函数W=f(x)的解析式,转化为讨论求函数的最小值问题.
解:
(1)图乙可以看成是由四块图甲所示地砖绕点C按顺时针旋转90°后得到,则有CE=CF,∠ECF=90°,
∴△CFE为等腰直角三角形.
同理可得△CFG、△CGH、△CEH为等腰直角三角形,
∴四边形EFGH是正方形.
(2)设CE=x,则BE=0.4-x,每块地砖的费用为W,设制成△CFE、△ABE和四边形AEFD三种材料的每平方米价格依次为3a、2a、a(元),
W=
x2·3a+
×0.4×(0.4-x)×2a+[0.16-
x2-
×0.4×(0.4-x)]a
=a(x2-0.2x+0.24)
=a[(x-0.1)2+0.23](0<x<0.4).
由于a>0,则当x=0.1时,W有最小值,即总费用为最省,
即当CE=CF=0.1米时,总费用最省.
本节课总结了第二章的基本知识并形成知识网络,归纳了常见的解题方法.
已知函数y=f(x)的定义域是R,且对任意a、b∈R,都有f(a+b)=f(a)+f(b),并且当x>0时,f(x)<0恒成立,f
(1)=-1.
(1)证明函数y=f(x)是R上的减函数;
(2)证明函数y=f(x)是奇函数;
(3)求函数y=f(x)在[m,n](m、n∈Z,m<n)的值域.
分析:
(1)利用定义法证明函数的单调性;
(2)定义法证明函数的奇偶性,只需证明f(-x)=-f(x);(3)利用单调法求函数的的值域.
解:
(1)设x1、x2∈R,且x1<x2,
由题意得f(x2)=f[x1+(x2-x1)]=f(x1)+f(x2-x1).
∴f(x1)-f(x2)=-f(x2-x1).
∵x1<x2,∴x2-x1>0.
又∵当x>0时,f(x)<0恒成立,
∴f(x2-x1)<0.∴f(x1)-f(x2)>0.
∴函数y=f(x)是R上的减函数.
(2)令a=x,b=-x,得f(x-x)=f(x)+f(-x),即f(x)+f(-x)=f(0).
令a=b=0,得f(0)=f(0)+f(0),
∴f(0)=0.∴f(x)+f(-x)=0.
∴函数y=f(x)是奇函数.
(3)由
(1)得函数y=f(x)在[m,n]上是减函数,则有f(n)≤f(x)≤f(m).
∵对任意a、b∈R,都有f(a+b)=f(a)+f(b),
∴f(m)=f[(m-1)+1]=f(m-1)+f
(1)=f(m-2)+2f
(1)=…=mf
(1)=-m,
同理有f(n)=-n.
∴函数y=f(x)在[m,n](m、n∈Z,m<n)上的值域是[-n,-m].
本节在设计过程中,注重了两点:
一是体现学生的主体地位,注重引导学生思考,让学生学会学习;二是为了满足高考的要求,对教材内容适当拓展,例如关于函数值域的求法,教材中没有专题学习,本节课对此进行了归纳和总结.
知识点总结——函数概念及性质
1.函数的概念:
设A、B是非空的数集,如果按照某个确定的对应关系f,使对于集合A中的任意一个数x,在集合B中都有唯一确定的数f(x)和它对应,那么就称f:
A→B为从集合A到集合B的一个函数.记作:
y=f(x),x∈A.其中,x叫做自变量,x的取值范围A叫做函数的定义域;与x的值相对应的y值叫做函数值,函数值的集合{f(x)|x∈A}叫做函数的值域.
如果只给出解析式y=f(x),而没有指明它的定义域,则函数的定义域即是指能使这个式子有意义的实数的集合;函数的定义域、值域要写成集合或区间的形式.
能使函数式有意义的实数x的集合称为函数的定义域,求函数的定义域时列不等式组的主要依据是:
分式的分母不等于零;偶次方根的被开方数不小于零;对数式的真数必须大于零;如果函数是由一些基本函数通过四则运算结合而成的,那么它的定义域是使各部分都有意义的x的值组成的集合;实际问题中的函数的定义域还要保证实际问题有意义.求出不等式组的解集即为函数的定义域.
2.构成函数的三要素:
定义域、对应关系和值域
构成函数的三个要素是定义域、对应关系和值域.由于值域是由定义域和对应关系决定的,所以,如果两个函数的定义域和对应关系完全一致,即称这两个函数相等(或为同一函数);两个函数相等当且仅当它们的定义域和对应关系完全一致,而与表示自变量和函数值的字母无关.相同函数的判断方法:
①表达式相同;②定义域一致(两点必须同时具备).
函数的值域取决于定义域和对应法则,不论采取什么方法求函数的值域都应先考虑其定义域;应熟练掌握一次函数、二次函数,它是求解复杂函数值域的基础;求函数值域的常用方法有:
直接法、换元法、配方法、判别式法、单调性法等.
3.函数图象知识归纳
定义:
在平面直角坐标系中,以函数y=f(x)(x∈A)中的x为横坐标,函数值y为纵坐标的点P(x,y)的集合C,叫做函数y=f(x)(x∈A)的图象.C上每一点的坐标(x,y)均满足函数关系y=f(x),反过来,以满足y=f(x)的每一组有序实数对x、y为坐标的点(x,y),均在C上.即记为C={P(x,y)|y=f(x),x∈A}.图象C一般的是一条光滑的连续曲线(或直线),也可能是由与任意平行于y轴的直线最多只有一个交点的若干条曲线或离散点组成.
画法:
①描点法:
根据函数解析式和定义域,求出x、y的一些对应值并列表,以(x,y)为坐标在坐标系内描出相应的点P(x,y),最后用平滑的曲线将这些点连接起来.②图象变换法:
常用变换方法有三种,即平移变换、伸缩变换和对称变换.
作用:
直观地看出函数的性质;利用数形结合的方法分析解题的思路;提高解题的速度;发现解题中的错误.
4.区间的概念
区间的分类:
开区间、闭区间、半开半闭区间;无穷区间;区间的数轴表示.
5.映射
一般地,设A、B是两个非空的集合,如果按某一个确定的对应法则f,使对于集合A中的任意一个元素x,在集合B中都有唯一确定的元素y与之对应,那么就称对应f:
A→B为从集合A到集合B的一个映射,记作“f:
A→B”.给定一个集合A到B的映射,如果a∈A,b∈B,且元素a和元素b对应,那么,我们把元素b叫做元素a的象,元素a叫做元素b的原象.
注意:
函数是一种特殊的映射,映射是一种特殊的对应,
(1)集合A、B及对应法则f是确定的;
(2)对应法则有“方向性”,即强调从集合A到集合B的对应,它与从B到A的对应关系一般是不同的;(3)对于映射f:
A→B来说,则应满足:
①集合A中的每一个元素,在集合B中都有象,并且象是唯一的;②集合A中不同的元素,在集合B中对应的象可以是同一个;③不要求集合B中的每一个元素在集合A中都有原象.
6.函数表示法
函数图象既可以是连续的曲线,也可以是直线、折线、离散的点等等,注意判断一个图形是否是函数图象的依据.解析法:
必须注明函数的定义域.图象法:
描点法作图要注意:
确定函数的定义域;化简函数的解析式;观察函数的特征.列表法:
选取的自变量要有代表性,应能反映定义域的特征.解析法便于算出函数值;列表法便于查出函数值;图象法便于量出函数值.
分段函数:
在定义域的不同部分上有不同的解析表达式的函数,在不同的范围里求函数值时必须把自变量代入相应的表达式.分段函数的解析式不能写成几个不同的方程,而应写成函数值几种不同的表达式并用一个左大括号括起来,并分别注明各部分的自变量的取值情况.分段函数是一个函数,不要把它误认为是几个函数;分段函数的定义域是各段定义域的并集,值域是各段值域的并集.
复合函数:
如果y=f(u)(u∈M),u=g(x)(x∈A),则y=f[g(x)]=F(x)(x∈A)称为f、g的复合函数.
7.函数单调性
增函数:
设函数y=f(x)的定义域为I,如果对于定义域I内的某个区间D内的任意两个自变量x1、x2,当x1<x2时,都有f(x1)<f(x2),那么就说f(x)在区间D上是增函数.区间D称为y=f(x)的单调增区间.如果对于区间D上的任意两个自变量的值x1、x2,当x1<x2时,都有f(x1)>f(x2),那么就说f(x)在这个区间上是减函数.区间D称为y=f(x)的单调减区间.
注意:
函数的单调性是在定义域内的某个区间上的性质,是函数的局部性质;必须是对于区间D内的任意两个自变量x1、x2;当x1<x2时,总有f(x1)<f(x2).
图象的特点:
如果函数y=f(x)在某个区间是增函数或减函数,那么说函数y=f(x)在这一区间上具有(严格的)单调性,在单调区间上增函数的图象从左到右是上升的,减函数的图象从左到右是下降的.
函数单调区间与单调性的判定方法:
定义法,任取x1、x2∈D,且x1<x2;作差f(x1)-f(x2);变形(通常是因式分解和配方);定号〔即判断差f(x1)-f(x2)的正负〕;下结论〔指出函数f(x)在给定的区间D上的单调性〕.图象法(从图象上看升降);复合函数的单调性,复合函数f[g(x)]的单调性与构成它的函数u=g(x),y=f(u)的单调性密切相关,其规律如下:
函数
单调性
u=g(x)
增
增
减
减
y=f(u)
增
减
增
减
y=f[g(x)]
增
减
减
增