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  • 分段函数

    相关概念

    分段函数是一类比较特殊的函数。

    给出方式

    • 直接给出分段函数;[1]
    • 间接给出,需要利用奇偶性求解;[2]
    • 间接给出,需要化简完善,有难度的情形;[3]
    • 用程序框图给出:[4]
    • 用新定义形式给出;

    • 用绝对值的形式给出;

    研究内容

    • 分段函数的定义域、值域、单调性、奇偶性、周期性、对称性等等;

    • 常多见两段式分段函数,组成分段函数的两部分多为一次、二次函数,指数函数、对数函数、幂函数等;

    常考题型

    • 已知分段函数的单调性,求参数的取值范围

    例1已知(a>0),函数(f(x))满足(f(x)=egin{cases} (3-a)x-3 &xleq 7 \ a^{x-6} &x>7 end{cases}),函数(f(x))(R)上单调递增,求(a)的取值范围。

    分析:由题目可知,(egin{cases} &3-a>0 ① \ &a>1 ②\ &(3-a)7-3leq a^{7-6}③end{cases});即(egin{cases}&a<3 \ &a>1 \ &age cfrac{9}{4}end{cases})

    解得:(ain[cfrac{9}{4},3))

    反思:1、本题目常犯的错误是缺少第三条的限制;学生常认为函数在两段上分别单调递增,则在整体定义域(R)上一定单调递增,这个认知是错误的。原因是前者是后者的必要不充分条件。

    2、防错秘籍:既要保证每段上的单调性,还要保证转折点处的单调性。

    对照例已知(a>0),数列({a_n})满足(a_n = egin{cases} &(3-a)n-3 &nleq 7 \ &a^{n-6} &n>7 end{cases}),数列({a_n})是单调递增数列,求(a)的取值范围。

    考点:数列的单调性,分段函数,数列与分段函数的交汇

    分析:由题目可知,(egin{cases} 3-a>0,\ a>1,\ (3-a)7-3<a^{8-6},end{cases}),解得:(ain(2,3))

    感悟反思:1、本题目和上例非常类似,但是又不一样,原因是数列是特殊的函数,所以在③中不等式的两端的自变量的取值不一样,而且不能取等号。

    2、如果是一般的函数(f(x)),则比较点(A)和点(C)的函数值的大小关系;现在是分段数列,那么我们需要比较的是点(A)和点(B)的函数值的大小关系;

    • 已知分段函数的值域,求参数的取值范围

    例2【2017抚州模拟】【值域是(R)】已知函数(f(x)=egin{cases}(1-2a)x+3a,&x<1\2^{x-1}&xge 1end{cases})的值域是R,则实数(a)的取值范围是多少?

    分析:由于(xge 1)(f(x)=2^{x-1}in[1,+infty)),由函数的值域是R ,

    (egin{cases}1-2a>0\(1-2a)cdot 1+3age 1end{cases}),解得(ain[0,cfrac{1}{2}))

    例3【单调性&值域是R】【(2017(cdot)山东烟台二中月考】若分段函数(f(x)=egin{cases}(1-a)x+2a,x<1\lnx,xge 1end{cases})的值域为R,则(a)的取值范围是_________。

    分析:先做出分段函数的第二段,当做第一段时,会考虑斜率(1-a)

    当做射线(y=(1-a)x+2a(x<1))的图像时,(1-aleq 0)都不符合题意,只有(1-a>0)才有可能符合题意。

    由于要求函数的值域为R,故要求分段函数的两段图像在(y)轴上的射影要占满(y)轴,

    然后将其转化为文字语言,即左端函数的最大值必须大于或等于右端函数的最小值,

    再转化为数学语言,即((1-a)cdot 1+2age ln1)

    即需要满足(egin{cases}1-a>0\(1-a)cdot 1+2age ln1end{cases})

    解得(-1leq a<1);即(ain[-1,1))

    说明:注意三种数学语言的顺利转化。

    • 由分段函数方程求解参数的值

    例4【求解分段函数方程】已知实数(a eq 0),函数(f(x)=egin{cases}2x+a,&x< 1\-x-2a,&xge 1 end{cases}).若(f(1-a)=f(1+a)),求(a)的值。

    解析:分段函数的问题一般都需要分类讨论来处理;

    (a>0)时,(1-a<1,1+a>1)

    (f(1-a)=2(1-a)+a=f(1+a)=-(1+a)-2a),解得(a=-cfrac{3}{2}),不符,舍去;

    (a<0)时,(1-a>1,1+a<1)

    (f(1-a)=-(1-a)-2a=f(1+a)=2(1+a)+a),解得(a=-cfrac{3}{4}),符合;

    综上,(a=-cfrac{3}{4}).

    解后反思:仿此方法思路,也可以求解分段函数方程。

    • 求解分段函数不等式

    例5【由图像给出单调性】已知函数(f(x)=egin{cases}x^2+4x,&xge0\4x-x^2,&x<0end{cases}),若(f(2-a^2)>f(a)),求实数(a)的取值范围。

    分析:自行作图,结合分段函数(f(x))的大致图像可知,

    (f(x))(R)上单调递增,故由(f(2-a^2)>f(a))

    可直接脱掉符号(f),得到(2-a^2>a),解得(-2<a<1).

    例6已知函数(f(x))满足(f(x)=egin{cases} cfrac{1}{2}x+1 &xleq 0 \ -(x-1)^2 &x>0end{cases}),使得函数(f(x)ge -1)成立的(x)的取值范围。

    分析:此类题目是求解分段函数不等式,关键是等价转化。

    解析:原不等式(Longleftrightarrow egin{cases} &xleq 0 \ &cfrac{1}{2}x+1ge -1 end{cases})(egin{cases} &x> 0 \ &-(x-1)^2ge -1 end{cases})

    解得(egin{cases} & xleq 0 \ &xge -4end{cases})(egin{cases} &x> 0 \ &0 leq x leq 2end{cases})

    (xin [-4,2])

    • 由分段函数给出函数的单调性

    例7【由图像给出单调性】已知函数(f(x)=egin{cases}-1,&xge0\x^2-1,&x<0end{cases}),则满足不等式(f(3-x^2)<f(2x))的取值范围是()。

    $A.[-3,0)$ $B.(-3,0)$ $C.(-3,1)$ $D.(-3,-sqrt{3})$

    分析:做出函数的图像,由图像可知,

    原不等式等价于(egin{cases}3-x^2ge0\2x<0end{cases})(egin{cases}3-x^2<0\2x<0\3-x^2>2xend{cases}).

    解得(-sqrt{3}leq x<0)(-3<x<-sqrt{3}),故(-3<x<0),选(B)

    典例剖析

    例8已知函数(f(x)=egin{cases}ax^2+1&xge 0\(a^2-1)e^{ax}&x<0end{cases})((-infty,+infty))上单调,求参数(a)的取值范围。

    分析:当函数(f(x))在R上单调递增时,则需要每一段单调递增且还要保证转折点处的单调性。

    故需要满足(egin{cases}a>0\(a^2-1)>0\acdot 0^2+1ge (a^2-1)cdot e^{acdot 0}end{cases})

    解得(1<aleq sqrt{2})

    当函数(f(x))在R上单调递减时,

    需要满足(egin{cases}a<0\(a^2-1)>0\acdot 0^2+1leq (a^2-1)cdot e^{acdot 0}end{cases})

    解得(aleq -sqrt{2})

    综上所述,(a)的取值范围是((-infty,-sqrt{2}]cup(1,sqrt{2}])

    解后反思:

    1、第一种情形,当(a>0)时,为什么必须(a^2-1>0)才能保证函数(y=(a^2-1)e^{ax})的单增性?

    (xge 0)(a>0)时,函数(y=ax)单增,则(y=e^{ax})单增,

    此时若要(y=(a^2-1)e^{ax})的单增,则必须(a^2-1>0)

    2、第二种情形,当(a<0)时,为什么还是必须(a^2-1>0)才能保证函数(y=(a^2-1)e^{ax})的单减性?

    (xge 0)(a<0)时,函数(y=ax)单减,则(y=e^{ax})单减,

    此时若要(y=(a^2-1)e^{ax})的单减,则必须(a^2-1>0)

    否则就会单调递增。

    例9【变式对照题】【2017(cdot)山东烟台二中月考改编】若分段函数(f(x)=egin{cases}(1-a)x+2a,x<1\lnx,xge 1end{cases})在R上单调递增,则(a)的取值范围是_________。

    分析:第二段单调递增已经保证,只需要第一段单调递增,(1-a>0)

    且在断点处满足大小关系即可,此时左端函数的最大值必须小于或等于右端函数的最小值,

    ((1-a)cdot 1+2aleq ln1),即图像②和③是满足题意的,

    故需要满足(egin{cases}1-a>0\(1-a)cdot 1+2aleq ln1end{cases})

    解得(aleq -1),即(ain (-infty,-1])

    • 分段函数的实际应用[最值]

    例10【求解分段函数的最值,应用问题】

    某工厂某种产品的年固定成本为250万元,每生产(x)千件该产品需要另外投入的生产成本为(G(x))(单位:万元),当年产量不足80千件时,(G(x)=cfrac{1}{3}x^2+10x);当年产量不小于80千件时,(G(x)=51x+cfrac{10000}{x}-1450);已知每件产品的售价为0.05万元。通过市场分析,该工厂生产的产品能全部售完,则该工厂在这一产品的生产中所获年利润的最大值是多少?

    分析:本题目的实质是求解分段函数的最大值,但是还有几个难点:其一单位的统一,其二根据常识列出年利润的分段函数,其三在每一段上求最大值,最后比较得到函数在整个定义域上的最大值。其中(“利润=销售量 imes 价格-生产成本-固定成本”)

    解析:由题目得到生产成本为(G(x)=egin{cases} cfrac{1}{3}x^2+10x &x<80 \ 51x+cfrac{10000}{x}-1450 &xge 80end{cases}).

    每千件的价格为(1000 imes 0.05=50(万元))

    (x)千件的销售额为(1000 imes 0.05x=50x(万元))

    设年利润函数为(y)

    (y=f(x)=egin{cases} 50x-(cfrac{1}{3}x^2+10x)-250, &x<80 \ 50x-(51x+cfrac{10000}{x}-1450)-250 &xge 80end{cases}).

    接下来在每一段上分别求函数的最大值,

    (x<80)时,(f_1(x)= 50x-(cfrac{1}{3}x^2+10x)-250=-cfrac{1}{3}(x-60)^2+950, x<80)

    故当(x=60 in (0,80))时,([f_1(x)]_{max}=950(万元))

    (xge 80)时,(f_2(x)= 50x-(51x+cfrac{10000}{x}-1450)-250=1200-(x+cfrac{10000}{x})ge 1200-2 imes 100=1000, xge 80)

    故当(x=100 in (80,+infty))时,([f_2(x)]_{max}=1000(万元)>[f_1(x)]_{max}=950(万元))

    故所获年利润的最大值1000万元。

    备注:若某一段上的函数为三次多项式函数,可以利用导数求解其最大值;

    例11设函数(f(x)=egin{cases}x^2+x,&x<0\-x^2,&xge 0 end{cases}),若(f(f(a))leq 2),则实数(a)的取值范围是_____.

    法1:若能将(f(a))理解成已知函数的(x)

    则可以将(f(f(a))leq 2)等价转化为以下的两个不等式组:

    (egin{cases}&f(a)<0\&f^2(a)+f(a)leq 2 end{cases})

    或者 (egin{cases}&f(a)ge0\&-f^2(a)leq 2 end{cases})

    分别解得:(-2leq f(a)<0)(f(a)ge 0),故(f(a)ge -2)

    到此问题转化为已知(f(x)=egin{cases}x^2+x,&x<0\-x^2,&xge 0 end{cases})(f(a)ge -2)

    求实数(a)的取值范围,这就容易多了。

    再次转化为(egin{cases}&a<0\&a^2+age -2 end{cases})

    或者 (egin{cases}&age0\&-a^2ge -2 end{cases})

    分别解得:(a<0)(0leq aleq sqrt{2}),故实数(a)的取值范围为((-infty,+sqrt{2}])

    解后反思:本题经过两次抽丝剥茧般的处理,第一次的结果得到(f(a)ge -2)

    第二次的结果得到(ain (-infty,+sqrt{2}])

    法2:图像法

    自行做出函数图像,结合图像可知,

    要使得(f(f(a))leq 2),则必须(f(a)ge -2)

    这时就转化为分段函数不等式问题了。

    (f(a)ge -2)等价于以下两个不等式组:

    (egin{cases}&a<0 \&a^2+age -2end{cases})

    或者(egin{cases}&age 0 \&-a^2ge -2end{cases})

    解得(a<0)或者(0leq aleq sqrt{2}),故(ain(-infty,sqrt{2}])

    例12【2018凤翔中学高三文科数学冲刺模拟第10套第8题】已知(f(x)=egin{cases}1,&xin[0,1]\x-3,&x otin[0,1]end{cases}),则使得(f(f(x))=1)成立的(x)的取值范围是【】

    $A.[0,1]$ $B.[0,1]cup{7}$ $C.[0,1]cup [3,4]$ $D.[0,1]cup[3,4]cup{7}$

    分析:本题目属于求解分段函数方程,可以将(f(x))这个整体视为已知中的(x),则原分段函数方程等价于

    第一种情形,(0leq f(x)leq 1)(f(x)=1);或第二种情形,(f(x)-3=1)(f(x) otin[0,1])

    其中第一种可化简为(0leq f(x)leq 1),再等价转化为(egin{cases}xin[0,1]\f(x)=1end{cases})(egin{cases}x otin[0,1]\0leq x-3leq 1end{cases})

    解得(0leq xleq 1)(3leq xleq 4)

    第二种可化简为(f(x)=4),再等价转化为(egin{cases}xin[0,1]\1=4end{cases})(egin{cases}x otin[0,1]\x-3=4end{cases}),解得(x=7)

    综上所述,(x)的取值范围是([0,1]cup[3,4]cup{7}),故选(D)

    例13【2015山东高考】已知函数(f(x)=egin{cases}3x-1&x<1 \2^x&xge 1end{cases}),且满足(f(f(a))=2^{f(a)}),求(a)的取值范围。

    法1:如果将(f(a))视为一个整体,则结合已知条件可知,必有(f(a)ge 1)

    这时题目转化为给定(f(x)=egin{cases}3x-1&x<1 \2^x&xge 1end{cases}),已知(f(a)ge 1)

    等价转化为以下两个不等式组:

    (egin{cases}&a<1 \&3a-1ge 1end{cases})

    或者(egin{cases}&age 1 \&2^age 1end{cases})

    解得(cfrac{2}{3}leq a<1)或者(age 1)

    (ain[cfrac{2}{3},+infty))

    法2:分以下三种情况讨论(想想为什么?):

    1、当(a<cfrac{2}{3})时,(f(a)=3a-1<1)

    则此时(f(f(a))=3(3a-1)-1=9a-4)(2^{f(a)}=2^{3a-1})

    不满足(f(f(a))=2^{f(a)})验证

    2、当(cfrac{2}{3}leq a<1)时,(f(a)=3a-1ge1)

    则此时(f(f(a))=2^{3a-1})(2^{f(a)}=2^{3a-1})

    满足(f(f(a))=2^{f(a)}),故(cfrac{2}{3}leq a<1)

    3、当(age 1)时,(f(a)=2^age1),则此时(f(f(a))=2^{2^a})(2^{f(a)}=2^{2^a})

    满足(f(f(a))=2^{f(a)}),故(age 1)

    终上所述,故(ain[cfrac{2}{3},+infty))

    例14例7【求解分段函数方程】【2016第三次全国大联考第15题】已知(f(x))是定义在R上的奇函数,且当(x<0)时,(f(x)=2x-1),若(f(a)=3),求实数(a)的值。

    分析:先由奇偶性求得(x>0)时,(f(x)=2x+1)

    即得到函数的解析式为(f(x)=egin{cases}2x-1&x<0\0&x=0\2x+1&x>0end{cases}),且已知(f(a)=3),求(a)的值,

    等价转化为三个不等式组 (egin{cases}a<0\2a-1=3end{cases}),或(egin{cases}a=0\0=3end{cases}),或(egin{cases}a>0\2a+1=3end{cases})

    解得(a=1)

    例15【求解分段函数不等式】【2016第三次全国大联考第11题】已知函数(f(x)=egin{cases}ln^2x+alnx+b&x>0\e^x+cfrac{1}{4}&xleq 0end{cases}),且(f(e)=f(1))(f(e^2)=f(0)+cfrac{11}{4}),则不等式(f(lnx)ge 1)的解集是什么?

    分析:本题目先由(f(e)=f(1))(f(e^2)=f(0)+cfrac{11}{4})解得常数(a=-1,b=2)

    到此题目转化为给定分段函数(f(x)=egin{cases}ln^2x-lnx+2&x>0\e^x+cfrac{1}{4}&xleq 0end{cases})

    已知(f(lnx)ge 1),求不等式的解集。

    等价转化为两个不等式组:(egin{cases}lnx>0\ln^2(lnx)-ln(lnx)+2ge1end{cases}①)

    (egin{cases}lnxleq 0\e^{lnx}+cfrac{1}{4}ge 1end{cases}②)

    解①中的第二个不等式,令(ln(lnx)=t),则不等式变为(t^2-t+1ge 0)

    (t^2-t+1ge 0)恒成立,故(lnx>0)满足此式,

    即①的结果是(lnx>0),解得(x>1)

    解②得到(cfrac{3}{4}leq x leq 1)

    综合以上得到(f(lnx)ge 1)的解集({xmid xge cfrac{3}{4}})

    例16【利用分段函数图像解不等式】若函数(f(x)=cfrac{x+1}{|x|+1},xin R),求解不等式(f(x^2-2x)<f(3x-4))的解集。

    分析:先分类讨论,去掉绝对值符号,将函数转化为分段函数,

    (xge 0)时,(f(x)=1) ,当(x<0)时,(f(x)=cfrac{x+1}{-x+1}=-1-cfrac{2}{x-1})

    (f(x)=egin{cases} 1 &xge 0 \ -1-cfrac{2}{x-1} &x<0end{cases})

    自行做出函数图像,课件

    则由图可知,原不等式等价于(egin{cases} &x^2-2x< 0 \ &3x-4ge 0end{cases})

    或者(egin{cases} &x^2-2x< 3x-4\ &3x-4leq 0end{cases}Longrightarrow) (egin{cases} &0<x< 2 \ &xge cfrac{4}{3} end{cases})

    或者(egin{cases} &1<x< 4 \ &xleq cfrac{4}{3}end{cases})

    (cfrac{4}{3}leq x <2或1<xleq cfrac{4}{3}),综合得到(xin (1,2))

    例17【2017全国卷3文科第16题理科第15题高考真题】设函数(f(x)=egin{cases}x+1,&xleq 0\2^x,&x>0end{cases}),则满足(f(x)+f(x-dfrac{1}{2})>1)(x)的取值范围是_________。

    法1:由题意可知,

    由于(f(x)=egin{cases}x+1,&xleq 0\2^x,&x>0end{cases})

    (f(x-frac{1}{2})=egin{cases}x+frac{1}{2},&xleq frac{1}{2}\2^{x-frac{1}{2}},&x>frac{1}{2}end{cases})

    对不等式分(xleq 0)(0<xleq cfrac{1}{2})(x>cfrac{1}{2})三段讨论如下,

    (xleq 0)时,原不等式为(x+1+x+cfrac{1}{2}>1)

    解得(x>-cfrac{1}{4}),即(-cfrac{1}{4}<xleq 0)

    (0<xleq cfrac{1}{2})时,原不等式为(2^x+x+cfrac{1}{2}>1),即(2^x>cfrac{1}{2}-x)

    此时为超越不等式,需要借助图像求解,做出函数图像,由图像可知,显然成立;

    (x>cfrac{1}{2})时,原不等式为(2^x+2^{x-cfrac{1}{2}}>1),即(2^{x-cfrac{1}{2}}>1-2^x)

    此时为超越不等式,需要借助图像求解,做出函数图像,由图像可知,显然成立;

    综上可知,(x>-cfrac{1}{4})

    解后反思:代数不等式往往可以用数的方法求解,但超越不等式就不能用常规的方法求解,此时可以考虑从形入手,借助函数的图像求解。

    法2:由于(f(x)=egin{cases}x+1,&xleq 0\2^x,&x>0end{cases})

    (f(x-frac{1}{2})=egin{cases}x+frac{1}{2},&xleq frac{1}{2}\2^{x-frac{1}{2}},&x>frac{1}{2}end{cases})

    故分(xleq 0;0<xleq cfrac{1}{2}、x> cfrac{1}{2})三段做等价转化如下:

    (egin{cases}&xleq 0\&x+1+x+frac{1}{2}>1end{cases}(1);)

    或者(egin{cases}&0<xleq frac{1}{2}\&2^x+x+frac{1}{2}>1end{cases}(2);)

    或者(egin{cases}&x>frac{1}{2}\&2^x+2^{x-frac{1}{2}}>1end{cases}(3);)

    解(1)得到(-cfrac{1}{4}<xleq 0)

    解(2)得到(0<xleq cfrac{1}{2}),其中求解不等式(2^x>cfrac{1}{2}-x)时需要用到图像,

    做出图像可以看到,其解集为(x>x_0(x_0为负))

    故和对应的小前提求交集得到(0<xleq cfrac{1}{2})

    解(3)得到(x>cfrac{1}{2}),其中求解(2^x+2^{x-frac{1}{2}}>1)时,

    先验证对应的小前提(x>cfrac{1}{2})是否满足不等式,

    若满足就不需要解了,若不满足再动手解不等式。

    本题验证是满足的。故求交集得到(x>cfrac{1}{2})

    综上所述,原不等式的解集是((-cfrac{1}{4},+infty))

    法3:(简洁解法)待补充

    难点:函数图像的交点坐标的求解,原问题转化为(f(x)=1-f(x-cfrac{1}{2}))

    (x+1=1-(x-cfrac{1}{2}+1)),解得(x=-cfrac{1}{4})

    由图像可得不等式的解集为((-cfrac{1}{4},+infty))

    例18【2016(cdot)青岛模拟】函数(f(x)=|x^2-a|)在区间([-1,1])上的最大值(M(a))的最小值是()

    $A.cfrac{1}{4}$ $B.cfrac{1}{3}$ $C.cfrac{1}{2}$ $D.cfrac{1}{5}$

    分析:本题目自然是先要求出最大值(M(a)),然后再求其最小值。结合函数(y=x^2-a)的函数图像,先分类如下:

    (aleq 0)时,自己做出函数图像可知最大值(M(a)=|1-a|=1-a)

    (a>0)时,最大值(M(a)=max{a,|1-a|})

    我们再令(a>|1-a|),两边平方,得到(a>cfrac{1}{2})

    (a>cfrac{1}{2})时,(M(a)=a)

    (0<a<cfrac{1}{2})时,(M(a)=|1-a|=1-a)

    将最大值函数(M(a))作以整理

    得到分段函数(M(a)=egin{cases}1-a,&aleq cfrac{1}{2}\a,&a>cfrac{1}{2}end{cases})

    接下来求分段函数(M(a))的最小值即可。

    利用图像或者单调性都可以得到(M(a)_{min}=cfrac{1}{2}),故选(C).

    例19【2017(cdot)凤翔中学高三文科第二次月考第16题】设函数(f(x)=egin{cases}2e^{x-1},&x<2\log_3;(x^2-1),&xge 2end{cases}),则不等式(f(x)>2)的解集是______________.

    分析:原不等式等价于以下两个不等式组(egin{cases}x<2\2e^{x-1}>2end{cases})

    或者(egin{cases}xge2\log_3;(x^2-1)>2end{cases})

    分别解得(1<x<2)(x>sqrt{10})

    故解集为((1,2)cup(sqrt{10},+infty))

    例20【分段函数的应用】如图所示,函数(y=f(x))的图像由两条射线和三条线段组成,若对(forall xin R)(f(x)>f(x-2))恒成立,则正实数(a)的取值范围是_______。

    分析:此题目的求解关键是理解图像和给定的条件对(forall xin R)(f(x)>f(x-2))恒成立,

    其中自变量(x)(x-2)相隔2个单位且满足(x>x-2)

    (f(x)>f(x-2))可知,符合题目的自变量的取值须差值在2个单位之内。

    解:由图像可得(a>0)(f(4a)=a)(f(-4a)=-a)

    (forall xin R)(f(x)>f(x-2))恒成立,

    则须满足条件(egin{cases}4a-(-2a)<2\2a-(-4a)<2end{cases})

    解得(a<cfrac{1}{3})

    故正实数(a)的取值范围是((0,cfrac{1}{3}))

    例20-变式1如上图所示,函数(y=f(x))的图像由两条射线和三条线段组成,若对(forall xin R)(f(x)>f(x-1))恒成立,则正实数(a)的取值范围是_______。

    分析:由图像可得(a>0)(f(4a)=a)(f(-4a)=-a)

    (forall xin R)(f(x)>f(x-1))恒成立,

    则须满足条件(egin{cases}4a-(-2a)<1\2a-(-4a)<1end{cases})

    解得(a<cfrac{1}{6})

    故正实数(a)的取值范围是((0,cfrac{1}{6}))

    例20-变式2如上图所示,函数(y=f(x))的图像由两条射线和三条线段组成,若对(forall xin R)(f(x)>f(x-12asinphi))恒成立,其中(a>0,0<phi<cfrac{pi}{2}),则(phi)的最小值是_______。

    分析:由(a>0,0<phi<cfrac{pi}{2}),则(sinphiin (0,1))

    (x>x-12asinphi),对(forall xin R)(f(x)>f(x-12asinphi))成立,

    则有(4a-(-2a)leq x-(x-12asinphi)=12asinphi)

    (sinphige cfrac{1}{2}),故(phige cfrac{pi}{6})

    (phi_{min}=cfrac{pi}{6})

    • 和分段函数有关的分离参数的技巧;

    如函数(f(x)=egin{cases}x^2+4x,xleq 0\xlnx,x>0end{cases})(g(x)=kx-1),若方程(f(x)-g(x)=0)(xin(-2,2))有三个实根,则实数(k)的取值范围是【】

    $A(1,ln2sqrt{e})$ $B(ln2sqrt{e},cfrac{3}{2})$ $C(cfrac{3}{2},2)$ $D(1,ln2sqrt{e})cup(cfrac{3}{2},2)$

    分析:显然(x=0)不是方程(f(x)-g(x)=0)的根,故可变形为(k=cfrac{f(x)+1}{x})

    (phi(x)=cfrac{f(x)+1}{x}=egin{cases}x+cfrac{1}{x}+4,x<0\cfrac{1}{x}+lnx,x>0end{cases}),即(k=phi(x))(xin(-2,2))有三个实根,

    用导数方法研究函数(phi(x))的单调性,做出其图像

    由图像可得,要使得函数(y=k)与函数(y=phi(x))有三个交点,则(kin (1,ln2sqrt{e})cup(cfrac{3}{2},2))

    例21【已知分段函数不等式求参数的取值范围】已知函数(f(x)=left{egin{array}{l}{log_2x, x>0}\{log_{frac{1}{2}}(-x),x<0}end{array} ight.),若(f(a)>f(-a)),求(a)的取值范围。

    分析:常规法,针对(a)分类讨论如下,

    ①当(a>0)时,(-a<0),原不等式等价于(left{egin{array}{l}{a>0}\{log_2a>log_{frac{1}{2}}a}end{array} ight.)

    (left{egin{array}{l}{a>0}\{a>frac{1}{a}}end{array} ight.)

    解得(a>1)

    ②当(a<0)时,(-a>0),原不等式等价于(left{egin{array}{l}{a<0}\{log_{frac{1}{2}}(-a)>log_2(-a)}end{array} ight.)

    (left{egin{array}{l}{a<0}\{cfrac{1}{-a}>-a}end{array} ight.)

    解得(-1<a<0)

    综上可得,(ain (-1,0)cup(1,+infty))

    例22【2019届高三理科函数及其表示课时作业第18题】设函数(f(x)=left{egin{array}{l}{sqrt{x},0<x<1}\{2(x-1),xge 1}end{array} ight.),若(f(a)=f(a+1)),求(f(cfrac{1}{a}))的值_________。

    分析:当(0<a<1)时,(a+1>1)

    (f(a)=f(a+1))变形为(sqrt{a}=2[(a+1)-1]),即(sqrt{a}=2a)

    解得(a=0)(舍去)或(a=cfrac{1}{4})

    (age 1)时,(a+1ge 2)

    (f(a)=f(a+1))变形为(2(a-1)=2[(a+1)-1]),解得(ain varnothing)

    综上,(a=cfrac{1}{4})

    故有(f(cfrac{1}{a})=f(4)=2(4-1)=6)

    例23【2019届宝鸡中学高三文科第一次月考第16题】已知函数(f(x)=left{egin{array}{l}{x^2-4ax+2,x<1}\{log_ax,xge 1}end{array} ight.),在((-infty,+infty))上单调递减,求实数(a)的取值范围。

    分析:在第一段上,(y=x^2-4ax+2=(x-2a)^2+2-4a^2)

    要使得在第一段上单调递减,则必须(2age 1)①;

    要使得在第二段上单调递减,必须(0<a<1)②;

    同时,在断点处必须满足(1^2-4acdot 1+2ge log_a1),即(3-4age 0)③,

    联立①②③,可得(ain [cfrac{1}{2},cfrac{3}{4}])

    例24【学生问题】已知函数(f(x)=left{egin{array}{l}{log_2(x^2+x+a),xge 1}\{1-x^2,x<1}end{array} ight.)的值域为(R),则常数(a)的取值范围是【】

    $A[0,+infty)$ $B(-2,-1]$ $C(-2,0]$ $D(-infty,0]$

    分析:要保证第一段函数存在,则(g(x)=x^2+x+a=(x+cfrac{1}{2})^2+a-cfrac{1}{4}),其对称轴为(x=-cfrac{1}{2}),则在([1,+infty))上单调递增,

    (g(x)_{min}=g(1)=1+1+a=2+a),要使函数有意义,则(2+a>0)①;

    又第二段函数的最小值要小于或等于第一段的最大值,则(2+aleq 1)②;

    由①②可知,则(-2<aleq -1),故选(B)

    例25设分段函数 (f(x)=egin{cases} 2x,&xleq 0 \ log_2^{;;x} ,&x>0 end{cases})若对任意给定的(tin (1,+∞)),都存在唯一的(xin R),满足(f(f(x))=2a^2t^2+at,)则正实数(a)的最小值是【】

    $A.2$ $B.cfrac{1}{2}$ $C.cfrac{1}{4}$ $D.cfrac{1}{8}$

    【分析】此题的突破口在于如何才会存在唯一的(x)满足条件,结合(f(x))的值域范围或者图象,易知只有在(f(x))的自变量与因变量存在一一对应的关系时,即只有当(f(x)>2)时,才会存在一一对应.

    【解答】解:根据(f(x))的函数,我们易得出其值域为(R,)

    又∵(f(x)=2x)((x≤0))时,值域为((0,1])(f(x)=log_2^x)((x>0))时,其值域为(R)

    ∴可以看出(f(x))((0,1])上有两个解,

    要想(f(f(x))=2a^2t^2+at,)(tin(1,+∞))上只有唯一的(xin R)满足,

    必有(f(f(x))>1) (因为(2a^2t^2+at>0)),

    所以:(f(x)>2,)解得:(x>4)

    (x>4)时,(x)(f(f(x)))存在一一对应的关系,

    (2a^2t^2+at>1,t∈(1,+∞),)(a>0,)

    所以有:((2at-1)(at+1)>0,)解得:(t>cfrac{1}{2a})或者(t<-cfrac{1}{a})(舍去),

    (cfrac{1}{2a} leq 1),∴(age cfrac{1}{2}),故选:(B)

    解后反思:本题主要考查了分段函数的应用,本题关键是可以把(2a^2t^2+at)当作是一个数,然后确定数的大小后再把它作为一个关于(t)的函数.

    延伸阅读

    1、由抽象函数不等式求参数的取值范围


    1. 函数(f(x)=egin{cases}2x+a,&x< 1\-x-2a,&xge 1 end{cases}). ↩︎

    2. 已知奇函数(f(x))满足(x>0)时,(f(x)=2^x),则利用奇偶性可知函数(f(x)=left{egin{array}{l}{2^x,x>0}\{0,x=0}\{-2^{-x},x<0}end{array} ight.) ↩︎

    3. 已知函数(f(x)=left{egin{array}{l}{2-|x|,xleq 2}\{(x-2)^2,x>2}end{array} ight.,)(g(x)=3-f(2-x)),求函数(y=g(x))的解析式。
      分析:由(f(x)=left{egin{array}{l}{2-|x|,xleq 2}\{(x-2)^2,x>2}end{array} ight.,)得到
      (f(2-x)=left{egin{array}{l}{2-|2-x|,2-xleq 2}\{(2-x-2)^2,2-x>2}end{array} ight.,)
      (f(2-x)=left{egin{array}{l}{2-|2-x|,xge 0}\{x^2,x<0}end{array} ight.,)
      再分类讨论去掉绝对值符号得到
      (f(2-x)=left{egin{array}{l}{4-x,x>2}\{x,0leq xleq 2}\{x^2,x<0}end{array} ight.,)
      故当(x<0)时,(g(x)=3-x^2)
      (0leq xleq 2)时,(g(x)=3-x)(f(x)=2-x)
      (x>2)时,(g(x)=x-1)(f(x)=(x-2)^2)
      故函数(g(x)=left{egin{array}{l}{3-x^2,x<0}\{3-x,0leq xleq 2}\{x-1,x>2}end{array} ight.) ↩︎

    4. 注意以下的程序框图的作用;
      其实质是给出分段函数:(f(x)=egin{cases}3-x,&x<-1\x^2,&-1leqslant xleqslant 1\x+1,&x>1end{cases}). ↩︎

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