绝对值函数
前言
主要涉及绝对值函数与指数型函数,对数型函数的复合函数的常用结论的理解和掌握;
函数图像
熟练掌握以下函数的图像的做法,
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\(f(x)=-x^2+2|x|+2=\left\{\begin{array}{l}{-x^2+2x+2,x\geqslant 0}\\{-x^2-2x+2,x<0}\end{array}\right.\)
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由\(y=|x|\)的图像和性质,引申出\(f(x)=|x+a|\)的图像和性质;\(f(x)=|2x+a|\)的图像和性质;\(f(x)=k|x-1|\)的图像和性质;
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函数\(y=2^{|x|}\)的图像和性质,\(y=lg|x|\)的图像和性质,\(y=|lgx|\)的图像和性质
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做函数\(y=log_2(|x-2|+1)\)的图像,以\(y=log_2(|x|+1)\)为模板,
常识积累
分析:\(f(x)=|2^x-1|=\left\{\begin{array}{l}{2^x-1,x\geqslant 0}\\{1-2^x,x<0}\end{array}\right.\)
不妨设\(a\)在左,\(b\)在右,则由图可知,\(a<0\),\(b>0\)
则\(f(a)=1-2^a\),\(f(b)=2^b-1\),由\(1-2^a=2^b-1\),得到\(2^a+2^b=2\).
分析:\(f(x)=|2^x-1|=\left\{\begin{array}{l}{2^x-1,x\geqslant 0}\\{1-2^x,x<0}\end{array}\right.\) 则由图可知,\(a<b<0\),\(c>0\)
则\(f(a)=1-2^a\),\(f(b)=1-2^b\),\(f(c)=2^c-1\),\(f(a)>f(c)>f(b)\),
得到\(1-2^a>2^c-1>1-2^b\),由\(1-2^a>2^c-1\),得到\(2^a+2^c<2\)。故选\(D\)。
分析:\(f(x)=|lgx|=\left\{\begin{array}{l}{lgx,x\geqslant 1}\\{-lgx,0<x<1}\end{array}\right.\) 则由图可知,\(0<a<1\),\(b>1\)
则\(f(a)=-lga\),\(f(b)=lgb\),由\(f(a)=f(b)\),得到\(-lga=lgb\),
即\(lga+lgb=0\),即\(lgab=0\),则\(ab=1\)。
法1:类比上题,可知\((a-1)(b-1)=1\)。
法2:\(f(x)=|lg(x-1)|=\left\{\begin{array}{l}{lg(x-1),x\geqslant 2}\\{-lg(x-1),1<x<2}\end{array}\right.\) 则由图可知,\(1<a<2\),\(b>2\)
则\(f(a)=-lg(a-1)\),\(f(b)=lg(b-1)\),由\(f(a)=f(b)\),得到\(-lg(a-1)=lg(b-1)\),
即\(lg(a-1)+lg(b-1)=0\),即\(lg(a-1)(b-1)=0\),则\((a-1)(b-1)=1\)。
分析:由图可知,函数的对称轴为\(x=1\),故由\(f(a)=f(b)\),可知\(\cfrac{a+b}{2}=1\),则\(a+b=2\).
典例剖析
分析:由于\(x\in [\cfrac{3}{2},4]\),故两边同除以\(x\),得到\(|ax+\cfrac{4a}{x}+b|\leqslant 2\),
设\(f(x)=ax+\cfrac{4a}{x}+b=a(x+\cfrac{4}{x})+b\),由于\(x\in [\cfrac{3}{2},4]\),则\(x+\cfrac{4}{x}\in [4,5]\),
由于\(|f(x)|\leqslant 2\),故得到
\(-2\leqslant 4a+b\leqslant 2\);\(-2\leqslant 5a+b\leqslant 2\);
\(6a+b=-(4a+b)+2(5a+b)\),
而\(-2+2\times (-2)\leqslant 6a+b\leqslant 2+2\times2\),
故\((6a+b)_{max}=6\)
分析:由题目易知,当\(x< 0\)时,\(f(x)=2^{-x}\),即\(f(x)=\left\{\begin{array}{l}{2^x,x\geqslant 0}\\{2^{-x},x<0}\end{array}\right.\)
故函数的解析式\(f(x)=2^{|x|}\),[说明:此处用到合二为一的策略,便于下一步运算;]
则在区间\([a,a+2]\)上,\(f(x+a)\ge f^2(x)\)恒成立可以转化为
不等式\(2^{|x+a|}\ge 2^{|2x|}\)恒成立,再将超越不等式转化为代数不等式,
即\({|x+a|}\ge {|2x|}\)恒成立,两边平方做差,
即\(3x^2-2ax-a^2\leq 0\)在区间\([a,a+2]\)上恒成立,
令\(h(x)=3x^2-2ax-a^2\),只需满足\(\begin{cases}h(a)\leq 0\\h(a+2)\leq 0\end{cases}\),
即\(\begin{cases}3a^2-2a^2-a^2\leq 0\\3(a+2)^2-2a(a+2)-a^2\leq 0\end{cases}\),
解得\(a\leq -\cfrac{3}{2}\).
解后反思:①、将函数\(f(x)\)的解析式做成分段函数的形式,就很容易将思路引入分类讨论;如果能用到合二为一的策略,就避免了分类讨论的岔路口;再次提醒最好将函数\(f(x)=2^{|x|}\)看成一个模板函数。
②、当转化得到函数\(g(x)=2^{|x+a|}-2^{|2x|}\ge 0\)恒成立后,如果想到分类讨论去掉绝对值符号,就会极其麻烦;
③、如果出现了两个绝对值符号,去掉的最好方法就是同时平方的方法。
分析:将函数转化为\(f(x)=|x|^2-|x|+a\),故\(f(x)\)为偶函数,
重点做\(x\ge 0\)时的函数图像,\(f(x)=x^2-x+a=(x-\cfrac{1}{2})^2+a-\cfrac{1}{4}(x\ge 0)\),
对称轴为\(x=\cfrac{1}{2}\),最低点为\((\cfrac{1}{2},a-\cfrac{1}{4})\),和\(y\)轴的交点为\((0 ,a)\),
再完善\(x<0\)时的图像,得到函数\(y=f(x)\)的完整图像,
想一想,当参数\(a\)变化时,\(f(x)\)的图像如何变化?
由图像可知,要使得函数\(f(x)=x^2-|x|+a\)与\(y=1\)有\(4\)个交点,
则必须满足\(a>1\)且\(a-\cfrac{1}{4}<1\),
解得\(a\in (1,\cfrac{5}{4})\)。
分析:由图可知,\(0<m<1\),\(n>1\),且\(mn=1\),故 \(0<m^2<m<1<n\),
由 \(f(x)\) 在区间 \([m^2,n]\) 上的最大值为 \(2\),又函数 \([m^2,1]\) 上单调递减,在 \([1,n]\)上单调递增,
故\(f(x)_{max}=f(m^2)=2\) 或 \(f(x)_{max}=f(n)=2\)
当 \(f(m^2)=-log_3m^2=2\),即\(m=\cfrac{1}{3}\),此时 \(n=3\), \(|log_3n|=1\),符合题意;
当 \(f(x)_{max}=f(n)=2\),即\(|log_3n|=log_3n=2\),即\(n=9\),此时 \(m=\cfrac{1}{9}\),
则此时 \(f(m^2)=|log_3m^2|=-log_3(\frac{1}{9})^2=4\),不符合题意,故舍去;
综上所述,\(m=\cfrac{1}{3}\),则\(n=3\),故\(\cfrac{n}{m}=9\)。
分析:先得到\(mn=1\),则\(\cfrac{2}{m+1}+\cfrac{2}{n+1}=\cfrac{2(m+n)+4}{mn+m+m+1}=\cfrac{2(m+n+2)}{m+n+2}=2\)。故选\(C\)。
分析:\(f(x)=|lg(x-1)|=\left\{\begin{array}{l}{lg(x-1),x\geqslant 2}\\{-lg(x-1),1<x<2}\end{array}\right.\) 则由图可知,\(1<a<2\),\(b>2\)
则\(f(a)=-lg(a-1)\),\(f(b)=lg(b-1)\),由\(f(a)=f(b)\),得到\(-lg(a-1)=lg(b-1)\),
即\(lg(a-1)+lg(b-1)=0\),即\(lg(a-1)(b-1)=0\),则\((a-1)(b-1)=1\)。
则\(a=\cfrac{1}{b-1}+1\),且\(1<a<2\),\(b>2\)
即\(ab=(\cfrac{1}{b-1}+1)b=\cfrac{b}{b-1}+1=1+\cfrac{1}{b-1}+6\)
\(=2+\cfrac{1}{b-1}+(b-1)>2+2\sqrt{\cfrac{1}{b-1}\times (b-1)}=4\),等号不能取到,
故\(ab\in (4,+\infty)\).
法1:由于对任意\(x_1\in[0,3]\),总存在\(x_2\in [2,3]\)使得\(|f(x_1)|\leqslant g(x_2)\)成立,
则\(|f(x_1)|\leqslant g(x_2)_{max}\),\(x_1\in[0,3]\),\(x_2\in [2,3]\)
而\(g(x_2)_{max}=2\),则\(|f(x_1)|\leqslant 2\),即\(-2\leqslant x^2-2x+3a\leqslant 2\),
则\(-2\leqslant x^2-2x+3a\)在\(x\in[0,3]\)上恒成立,且\(x^2-2x+3a\leqslant 2\)在\(x_1\in[0,3]\)上恒成立,,
即\(-3a\leqslant x^2-2x+2\)在\(x\in[0,3]\)上恒成立,
而\(y=x^2-2x+2\)在\(x\in[0,3]\)上的\(y_{min}=1\),故解得\(a\geqslant -\cfrac{1}{3}\)①;
且\(-3a\geqslant x^2-2x-2\)在\(x\in[0,3]\)上恒成立,
而\(y=x^2-2x-2\)在\(x\in[0,3]\)上的\(y_{max}=1\),解得\(a\leqslant -\cfrac{1}{3}\)②;
由①②求交集,得到\(a=-\cfrac{1}{3}\)。
注释,带有绝对值求左端的最值的思路,没有去掉绝对值的转化好。
解析:令\(a_n=3n-63\leq 0\),则\(n\leq 21\),
故数列\(\{|a_n|\}\)的通项公式为\(|a_n|= \begin{cases}63-3n &n\leq 21 \\ 3n-63 &n\ge22 \end{cases}\)
[备注:由于数列的通项公式是分段函数,所以其前\(n\)项和自然也应该用分段函数来表达刻画]
\(1^。\) 当\(n\leq 21\),\(T_n=|a_1|+|a_2|+\cdots+|a_n|\)
\(=-a_1-a_2-\cdots-a_n\)
\(=-\cfrac{(a_1+a_n)\times n}{2}\)
\(=-\cfrac{[-60+(3n-63)]\times n}{2}\)
\(=-\cfrac{3n^2-123n}{2}=\cfrac{123n-3n^2}{2}\).
\(2^。\) 当\(n\ge 22\),\(T_n=|a_1|+|a_2|+\cdots+|a_n|\)
\(=-a_1-a_2-\cdots-a_{21}+a_{22}+\cdots+a_n\)
\(=(a_1+a_2+\cdots+a_{21}+a_{22}+\cdots+a_n)-2(a_1+a_2+\cdots+a_{21})\)
\(=S_n-2S_{21}\)\(=\cfrac{[-60+(3n-63)]n}{2}-2\times\cfrac{[(3\times 1-63)+(3\times 21-63)]\times 21}{2}\)
$=\cfrac{3n^2-123n}{2}+1260 $.
故数列\(\{|a_n|\}\)的前\(n\)项和\(T_n=\begin{cases}\cfrac{123n-3n^2}{2} &n\leq 21 \\ \cfrac{3n^2-123n}{2}+1260 &n\ge 22\end{cases}\)
解析: 令\(t=g(x)=1-|2x+4|=\left\{\begin{array}{l}-2x-3, x>-2\\2x+5, x\leqslant -2\end{array}\right.\)
则\(g(x)\)在\([-2,+\infty)\)上单调递减,在\((-\infty,-2]\)上单调递增,
又\(y=5^{t}\)在\(R\)上是增函数,所以\(f(x)\)的单调递增区间是\((-\infty,-2]\),故选\(D\)。
法1:利用示意图图像求解;
由于\(f(x+2)\) 的图象关于\(y\) 轴对称,故 \(f(x)\) 的图象关于直线 \(x=2\) 对称,
则有\(f(1)=f(3)\),由\(f(\ln x)-f(1)<0\)得到,\(f(\ln x)<f(1)\),
又由于\(f(x)\) 在 \((2,+\infty)\) 上单调递减,可得 \(f(x)\) 在 \((-\infty, 2)\) 上单调递增,
故得到即\(\ln x<1=\ln e\)或\(\ln x>3=\ln e^3\),
解得 \(0<x<e\) 或 \(x>e^{3}\),故选:\(C\).
法2:类比偶函数的性质求解;
\(f(x+2)\) 的图象关于 \(y\) 轴对称,故\(f(x)\)的图象关于直线 \(x=2\) 对称,
且\(f(x)\)在在\((-\infty, 2)\)上单调递增,\((2,+\infty)\)上单调递减,
由\(f(\ln x)-f(1)<0\)先变形为 \(f(\ln x)<f(1)\),
则结合绝对值的定义,得到\(|\ln x-2|>|1-2|=1\)故自变量的值\(x\)距离对称轴\(x=2\)越远,则函数值\(f(x)\)越小;由\(f(\ln x)\)\(<\)\(f(1)\),则得到\(|\ln x-2|\)\(>\)\(|1-2|\)
即\(|\ln x-2|>1\)
所以\(\ln x-2>1\) 或\(\ln x-2<-1\),即\(\ln x<1=\ln e\)或\(\ln x>3=\ln e^3\),
解得 \(0<x<e\) 或 \(x>e^{3}\),故选:\(C\).
解析:由\(f(a)=f(b)\),即\(|1-\cfrac{1}{a}|=|1-\cfrac{1}{b}|\),结合\(f(x)\)的图象可知,\(a<1<b\),
故去掉绝对值符号,得到\(\cfrac{1}{a}-1=1-\cfrac{1}{b}\),
故得到\(\cfrac{1}{a}+\cfrac{1}{b}=2\),且\(0<a<1<b\),
则 \(4a+b=\cfrac{1}{2}\times 2 \times(4a+b)=\cfrac{1}{2}\times(\cfrac{1}{a}+\cfrac{1}{b})\times(4a+b)\)
\(=\cfrac{1}{2}(4+1+\cfrac{b}{a}+\cfrac{4a}{b})\geqslant \cfrac{1}{2}(5+2\sqrt{4}=9\),
当且仅当 \(\cfrac{b}{a}=\cfrac{4a}{b}\) 且 \(\cfrac{1}{a}+\cfrac{1}{b}=2\) 时,
即 \(a=\cfrac{3}{4}\) 且 \(b=\cfrac{3}{2}\) 时取到等号;故 \((4a+b)_{\min}=\cfrac{9}{2}\) .
解析:\(x|x|+y|y|=2\) 的化简是难点,可以针对 \(x\) 和 \(y\) 分类讨论如下:
\(\left\{\begin{array}{l}{x\geqslant0}\\{y\geqslant0}\\{x^2+y^2=2}\end{array}\right.\quad\) 或 \(\left\{\begin{array}{l}{x\geqslant0}\\{y<0}\\{x^2-y^2=2}\end{array}\right.\quad\) 或 \(\left\{\begin{array}{l}{x<0}\\{y<0}\\{-x^2-y^2=2}\end{array}\right.\quad\) 或 \(\left\{\begin{array}{l}{x<0}\\{y\geqslant0}\\{-x^2+y^2=2}\end{array}\right.\quad\)
手工画出图形,如图中的红色曲线,\(y=\pm x\) 对应图中的两条蓝色直线,且是渐近线,故两个图像只有一个交点 \((1,1)\) ,故 \(A\cap B\) 为单元素集合,故选 \(A\) .
对应练习
提示:\(n+m=2+\cfrac{1}{2}=\cfrac{5}{2}\)