指数函数的图象和性质(二)
学习目标 1.掌握指数函数的性质,培养逻辑推理的核心素养. 2.学会用指数函数的性质解决求函数的定义域、值域以及与单调性有关的问题,培养数学运算的核心素养.
任务一 指数函数的性质
问题.结合指数函数y=2x,y=3x,y=,y=的图象,类比研究幂函数性质的方法,函数y=ax(a>0,且a≠1) 有什么性质呢?
提示:可以从函数的定义域、值域、单调性、图象的变化特征等方面考虑.
指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象和性质
图象和性质 a>1 0<a<1
图象
性质 定义域:R
值域:(0,+∞)
过定点(0,1),即当x=0时,y=1
当x<0时,0<y<1;当x>0时,y>1 当x<0时,y>1;当x>0时,0<y<1
在R上是增函数,当x值趋近于正无穷大时,函数值趋近于正无穷大;当x值趋近于负无穷大时,函数值趋近于0 在R上是减函数,当x值趋近于正无穷大时,函数值趋近于0;当x值趋近于负无穷大时,函数值趋近于正无穷大
函数y=ax和y=(a>0,且a≠1)的图象关于y轴对称,且它们在R上的单调性相反
[微思考] 指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的底数a对图象有哪些影响?
提示:底数a与1的大小关系决定了指数函数图象的增减性:a>1时,图象单调递增;0<a<1时,图象单调递减.
底数的大小决定了图象相对位置的高低:不论是a>1,还是0<a<1,在第一象限内底数越小,函数图象越靠近x轴;底数越大,函数图象越靠近y轴.
角度1 比较大小
(链教材P85例1,P88例3,P90例5)比较下列各题中两个数的大小:
(1)1.40.3与1.40.4;(2)0.31.4与0.31.5;(3)a-3.14与(a>0且a≠1);(4)1.20.3和0.81.2.
解:(1)因为函数y=1.4x在R上是增函数,且0.3<0.4,所以1.40.3<1.40.4.
(2)因为函数y=0.3x在R上是减函数,且1.4<1.5,所以0.31.4>0.31.5.
(3)当a>1时,因为函数y=ax在R上是增函数,且-3.14>-π,故a-3.14>a-π=.
当0<a<1时,因为函数y=ax在R上是减函数,且-3.14>-π,故a-3.14<a-π=.
(4)由指数函数的性质,1.20.3>1.20=1,又0.81.2<0.80=1,所以1.20.3>0.81.2.
比较幂值大小的三种类型及处理方法
对点练1.(1)(多选题)下列判断正确的有( )
A.> B.20.3<20.5
C.π2> D.0.70.8<0.70.7
答案:BCD
解析:因为函数y=在R上是减函数,且-1.4>-2.1,所以<,故A不正确;因为函数y=2x在R上是增函数,且0.3<0.5,所以20.3<20.5,故B正确;因为函数y=πx在R上是增函数,且2>,所以π2>,故C正确;因为函数y=0.7x在R上是减函数,0.8>0.7,所以0.70.8<0.70.7,故D正确.故选BCD.
(2)比较下列各题中两个幂的值的大小:
①(2.3,(2.4;
②(,(;
③(-0.31,0.3.
解:①因为y=是(0,+∞)上的增函数,且2.3<2.4,所以(2.3<(2.4.
②因为y=是(0,+∞)上的减函数,且<,所以(>(.
③因为y=为偶函数,且是(0,+∞)上的增函数,而|-0.31|<|0.35|,所以(-0.31<0.3.
角度2 解简单的指数不等式
(链教材P85例2)解下列不等式:
(1)<32x; (2)≤;
(3)<ax+6(a>0,且a≠1).
解:(1)因为函数y=3x在R上是增函数,
所以x2-2x+3<2x,
即x2-4x+3<0,解得1<x<3,
所以原不等式的解集为{x|1<x<3}.
(2)因为=,
所以原不等式等价于≤,
因为函数y=在R上是减函数,所以解得x≥16,
所以原不等式的解集为{x|x≥16}.
(3)当0<a<1时,因为函数f(x)=ax在R上是减函数,
则不等式<ax+6化为x2-3x+1>x+6,即x2-4x-5>0,解得x<-1或x>5;
当a>1时,因为函数f(x)=ax在R上是增函数,
则不等式<ax+6化为x2-3x+1<x+6,即x2-4x-5<0,解得-1<x<5,
综上所述,当0<a<1时,原不等式的解集为{x|x<-1,或x>5};
当a>1时,原不等式的解集为.
指数型不等式的解法
1.指数型不等式af(x)>(a>0,且a≠1)的解法:当a>1时,f(x)>g(x);当0<a<1时,f(x)<g(x).
2.如果不等式的形式不是同底指数式的形式,要首先进行变形将不等式两边的底数进行统一,此时常用到以下结论:1=a0(a>0,且a≠1),a-x= (a>0,且a≠1)等.再利用指数函数单调性化为常规的不等式来解,注意底数对不等号方向的影响.
对点练2.(1)不等式>16的解集为( )
A.
B.∪
C.∪
D.
(2)集合A={x|y=},则集合A中实数x的取值范围为 .
答案:(1)B (2)[-3,+∞)
解析:(1)由不等式>16等价于>24,可得>4,所以2x+1<-4或2x+1>4,解得x<-或x>,所以不等式>16的解集为∪.故选B.
(2)由题意得4x-≥0,所以4x≥4-3,所以x≥-3.即实数x的取值范围为[-3,+∞).
任务二 指数型函数的定义域与值域
(链教材P88例4)求下列函数的定义域和值域:
(1)y=;(2)y=.
解:(1)因为x应满足x-4≠0,所以x≠4,
所以定义域为{x|x≠4,x∈R}.
因为≠0,所以≠1,
所以y=的值域为{y|y>0,且y≠1}.
(2)由题意知1-≥0,所以≤1=,所以x≥0,所以定义域为{x|x≥0,x∈R}.
因为x≥0,所以≤1.
又因为>0,
所以0<≤1.
所以0≤1-<1,所以0≤y<1,
所以此函数的值域为[0,1).
指数型函数的定义域、值域的求法
1.求与指数函数有关的函数的定义域时,首先观察函数是y=af(x)型还是y=f(ax)型,前者的定义域与f(x)的定义域一致,求后者的定义域时,往往转化为解指数不等式(组).
2.求与指数函数有关的函数的值域时,在运用前面介绍的求函数值域的方法的前提下,要注意指数函数的值域为(0,+∞),切记准确运用指数函数的单调性.
对点练3.已知函数f(x)=ax(a>0,且a≠1)的图象经过点.
(1)求a的值;
(2)求函数g(x)=a|x-1|(-3≤x≤3)的值域.
解:(1)因为f(x)=ax的图象经过点,
则a4=4,又a>0,所以a=.
(2)当-3≤x≤3时,-4≤x-1≤2,
则0≤≤4,
因为>1,所以f(x)=()x在R上是增函数,
则()0≤(≤()4,
即1≤(≤4,
所以g(x)的值域为.
任务三 指数函数性质的综合应用
已知函数f(x)=-.
(1)判断f(x) 的奇偶性,并说明理由;
(2)当x∈[1,2] 时,求f(x) 的值域.
解:(1)f(x)为奇函数,理由如下:
由题意知,f(x)的定义域为R,关于原点对称,
由f(x)=-=,得f(-x)=-=-=,
所以f(x)=-f(-x),故f(x)为奇函数.
(2)f(x)=-,因为函数y=2x+1在[1,2]上是增函数,
所以函数y=在[1,2]上是减函数,则函数y=-在[1,2]上是增函数,
故函数f(x)在[1,2]上是增函数,且f(1)=,f(2)=,
所以f(x)在[1,2]上的值域为[,].
函数性质的综合应用
1.解题过程中要关注、体会性质的应用,如果性质应用不充分,会导致解题步骤烦琐或无法求解,如本题中奇偶性、单调性的应用.
2.一元二次不等式的恒成立问题,可以结合相应的一元二次函数的图象,转化为等价的条件求解,恒成立问题还可以利用分离参数,转化为最值问题求解.
对点练4.已知函数f(x)=2x+a·2-x是定义在R上的偶函数.
(1)求a的值,并证明函数f(x)在上单调递增;
(2)求函数h(x)=f(x)+f,x∈[0,1]的值域.
解:(1)因为函数f(x)在R上为偶函数,所以f(x)=f(-x),
即2x+a·2-x=2-x+a·2x,(1-a)(2x-2-x)=0恒成立,
即a=1.所以f(x)=2x+2-x,
对任意的0≤x1<x2,
f(x1)-f(x2)=(+)-(+)
=,
因为0≤x1<x2,<,>0,-1>0,
所以f(x1)<f(x2),f(x)在区间上是单调递增函数.
(2)函数h(x)=f(x)+f=2x+2-x+22x+2-2x=+-2.
令t(x)=2x+2-x=2x+,
因为x∈[0,1],所以2x∈[1,2],所以t∈,
令φ(t)=t2+t-2,
故函数φ(t)在上单调递增,
当t=2时,h(x)min=φ(2)=4;
当t=时,h(x)max=φ=.
则函数h(x)的值域为.
任务 再现 指数函数的性质及应用
方法 提炼 单调性法、中间变量法、数形结合法、换元法、分类讨论法
易错 警示 求值域时易忽视指数函数隐含的条件ax>0;利用单调性解决问题时,易忽视对底数的讨论
1.函数f(x)=的定义域为( )
A.[0,2] B.[2,4]
C.(-∞,2] D.[2,+∞)
答案:C
解析:函数f(x)=有意义,则必有4-2x≥0,解得x≤2,所以定义域为(-∞,2].故选C.
2.函数y=2x-1-2(x≤2)的值域为( )
A. B.(-∞,0]
C. D.
答案:C
解析:因为x≤2,那么可知x-1≤1,而函数y=2x在R上是增函数,故有0<2x-1≤21=2,所以-2<y=2x-1-2≤0,所以函数的值域为(-2,0],故C正确.故选C.
3.设y1=40.9,y2=80.48,y3=,则y1,y2,y3的大小关系为( )
A.y3>y1>y2 B.y2>y1>y3
C.y1>y2>y3 D.y1>y3>y2
答案:D
解析:利用幂的运算性质可得,y1=40.9=21.8,y2=80.48=21.44,y3==21.5,再由y=2x是增函数,知y1>y3>y2.故选D.
4.设函数f(x)=2x-2-x,则使得f(x2)+f(2x-3)<0成立的x的解集是 .
答案:(-3,1)
解析:函数f(x)=2x-2-x的定义域为R,f(-x)=2-x-2x=-f(x),则f(x)为奇函数,f(x)=2x-2-x=2x-,因为y=2x在R上为增函数,y=在R上为减函数,所以y=-在R上为增函数,所以f(x)在R上为增函数,不等式f(x2)+f(2x-3)<0化为f(x2)<-f(2x-3)=f(3-2x),即x2<3-2x,解得-3<x<1,所以原不等式的解集为(-3,1).
课时分层评价26 指数函数的图象和性质(二)
(时间:40分钟 满分:100分)
(1—9题,每小题5分,共45分)
1.函数f(x)=的定义域为( )
A.
B.∪
C.
D.∪
答案:D
解析:函数f(x)=解得x≥2且x≠5.则函数定义域为∪.故选D.
2.已知0.3m>0.3n,则m,n的大小关系为( )
A.m>n B.m<n
C.m=n D.不能确定
答案:B
解析:函数y=0.3x是R上的减函数,由0.3m>0.3n,得m<n.故选B.
3.函数y=2|x|的最小值为( )
A.0 B.1
C.2 D.3
答案:B
解析:因为|x|≥0,当且仅当x=0时,等号成立,且y=2x在R上单调递增,可得y=2|x|≥20=1,所以函数y=2|x|的最小值为1.故选B.
4.函数y=-x+b与y=b-x(其中b>0,且b≠1)在同一坐标系中的图象只可能是( )
答案:C
解析:因为函数y=-x+b的图象是一条直线,函数y=b-x的图象是一条曲线,又由k=-1<0,b>0,故函数y=-x+b的图象过一、二、四象限,故可以排除A,B;又由C,D中函数y=b-x的图象都是上升的,故0<b<1,则函数y=-x+b的图象与y轴的交点在点(0,1)下方.故选C.
5.已知f(x)=3x-b(b为常数)的图象经过点(2,1),则f(4)的值为( )
A.3 B.6
C.9 D.81
答案:C
解析:因为f(x)=3x-b(b为常数)的图象经过点(2,1),f(2)=32-b=1,所以2-b=0,可知b=2,所以f(x)=3x-2,f(4)=9,可知C正确.故选C.
6.(多选题)已知e=2.718 28…为自然常数,π=3.141 59…为圆周率,则( )
A.e3<eπ B.e3>3π
C.3e<πe D.3e>π3
答案:AC
解析:因为函数y=ex是增函数,且3<π,所以e3<eπ,故A正确;因为函数y=x3是增函数,且e<3,所以e3<33,又函数y=3x是增函数,且3<π,所以33<3π,所以e3<3π,故B错误;因为函数y=xe在(0,+∞)上是增函数,且3<π,所以3e<πe,故C正确;因为函数y=πx是增函数,且e<3,所以πe<π3,所以3e<πe<π3,故D错误.故选AC.
7.函数f(x)=的定义域为 .
答案:{x|-1≤x≤1,且x≠0}
解析:要使f(x)有意义,则:解得-1≤x≤1且x≠0,所以f(x)的定义域为{x|-1≤x≤1,且x≠0}.
8.若函数f(x)=则f(x)的值域为 .
答案:∪
解析:当x>0时,f(x)=2;当x≤0时,f(x)=2x∈,故f(x)的值域为∪.
9.若函数f(x)=在上单调递增,则实数m的最小值为 .
答案:3
解析:因为f(x)==作函数f(x)=的图象如下,
结合图象可知,函数f(x)=在[3,+∞)上单调递增,所以m≥3,则实数m的最小值为3.
10.(10分)已知指数函数f(x)=ax(a>0,且a≠1)的图象过点.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求函数g(x)=f2(x)-2f(x)+5在x∈上的值域.
解:(1)因为函数f(x)=ax(a>0,且a≠1)的图象过点,则f(3)=a3=8,
解得a=2,因此f(x)=2x.
(2)g(x)=-2×2x+5,
令t=2x,因为x∈,则t∈,
令h(t)=t2-2t+5=+4,
当t∈时,函数h(t)单调递减,
此时,x∈[-1,0],
当t∈时,函数h(t)单调递增,此时,x∈,
故当x∈时,g(x)min=g(0)=4,
又因为g(-1)=+4=,
g(2)=+4=13,故g(x)max=13,
所以函数g(x)在.
(11—13题,每小题5分,共15分)
11.设f(x)=,x∈R,则f(x)是( )
A.奇函数且在(-∞,0)上单调递减
B.偶函数且在(-∞,0)上单调递减
C.奇函数且在(0,+∞)上单调递减
D.偶函数且在(0,+∞)上单调递减
答案:D
解析:依题意,得x∈R,且f(-x)===f(x),所以f(x)是偶函数.当x>0时,f(x)==,则f(x)单调递减;当x<0时,f(x)===3x,则f(x)单调递增.故选D.
12.(多选题)设函数f(x)=a-|x|(a>0,且a≠1),若f(2)=4,则( )
A.f(-2)>f(-1) B.f(-1)>f(-2)
C.f(-2)>f(2) D.f>f(3)
答案:AD
解析:因为f(x)=a-|x|,f(2)=4,所以a-2=4,解得a=(负值舍去),则f(x)==2|x|,易得f(x)是偶函数,且在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,故f(-2)>f(-1),f(-2)=f(2),f(-4)=f(4)>f(3),故A,D正确,B,C错误.故选AD.
13.若函数f(x)=当x∈时,f(x)有最小值,则实数a的取值范围是 .
答案:(-∞,0)
解析:由指数函数和二次函数图象可得f(x)在上的图象如图所示,显然当a<0时,f(x)≥f(0)=1,此时f(x)有最小值;当0≤a<1时,f(x)>f(a),没有最小值,所以实数a的取值范围为(-∞,0).
14.(10分)已知函数f(x)=b·ax(a,b为常数且a>0,且a≠1)的图象经过点A(1,27),B(2,243).
(1)试求a,b的值;
(2)若不等式+-m≥0在x∈(-∞,0]时恒成立,求实数m的取值范围.
解:(1)由于函数f(x)的图象经过A(1,27),B(2,243),所以解得a=9,b=3.
(2)原不等式+-m≥0
即为+-m≥0,
即m≤+在x∈(-∞,0]时恒成立,而y=+在x∈(-∞,0]时单调递减,
故在x=0时,+有最小值为2,故m≤2.
所以实数m的取值范围是(-∞,2].
15.(5分)(新定义)(多选题)高斯是德国著名的数学家,近代数学奠基者之一,用其名字命名的“高斯函数”为:设x∈R,用[x]表示不超过x的最大整数,则y=[x]称为高斯函数,例如:[-π]=-4,[1.5]=1,已知函数f(x)=,设g(x)=[f(x)],则下列结论正确的是( )
A.f(x)是奇函数
B.g(x)是奇函数
C.f(x)在R上是增函数
D.g(x)的值域是{-1,0}
答案:ACD
解析:由f(-x)===-f(x)且x∈R,则f(x)是奇函数,故A正确;由f(x)=1-,根据指数函数、复合函数单调性易知:f(x)在R上是增函数,故C正确;由g(1)=[f(1)]=[1-]=0,g(-1)=[f(-1)]=[1-]=-1,显然g(-1)≠-g(1),故B错误;当x≥0时,1+2x≥2,则f(x)=1-∈[0,1),此时g(x)=0;当x<0时,1<1+2x<2,则f(x)=1-∈(-1,0),此时g(x)=-1;所以g(x)的值域是{-1,0},故D正确.故选ACD.
16.(15分)已知函数y=f(x)是定义在R上的奇函数,且当x>0时,f(x)=1-.
(1)求函数f(x)在R上的解析式;
(2)若对任意实数m,f(m)+f(m2-t)>0恒成立,求实数t的取值范围.
解:(1)任取x<0,则-x>0,f(x)=-f(-x)=-1=,
当x>0时,f(x)=1-=,而f(0)=0符合上式,
所以函数f(x)在R上的解析式为f(x)=.
(2)任取x1,x2∈R且x1<x2,
f(x1)-f(x2)=-
==,
由x1<x2,得>0,<1,+1>0,+1>0,
则f(x1)-f(x2)<0,
即f(x1)<f(x2),
因此f(x)在R上单调递增,
而f(x)是奇函数,原不等式化为f(m)>-f(m2-t)=f(t-m2),
于是m>t-m2,即t<m2+m,依题意,对 m∈R,t<m2+m恒成立,
而m2+m=(m+)2-≥-,
当且仅当m=-时取等号,从而t<-,
所以实数t的取值范围为(-∞,-).
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指数函数的图象和性质(二)
第三章 §3 指数函数
学习目标
1.掌握指数函数的性质,培养逻辑推理的核心素养.
2.学会用指数函数的性质解决求函数的定义域、值域以及与单调性有关的问题,培养数学运算的核心素养.
任务一 指数函数的性质
问题导思
指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的图象和性质
新知构建
图象和性质 a>1 0<a<1
图象
性质 定义域:____
值域:___________
过定点________,即当x=0时,y=1
R
(0,+∞)
(0,1)
图象和性质 a>1 0<a<1
性质 当x<0时,_________;当x>0时,______ 当x<0时,______;当x>0时,_________
在R上是____函数,当x值趋近于正无穷大时,函数值趋近于__________;当x值趋近于负无穷大时,函数值趋近于___ 在R上是____函数,当x值趋近于正无穷大时,函数值趋近于___;当x值趋近于负无穷大时,函数值趋近于__________
0<y<1
y>1
y>1
0<y<1
增
正无穷大
0
减
0
正无穷大
指数函数y=ax(a>0,且a≠1)的底数a对图象有哪些影响?
提示:底数a与1的大小关系决定了指数函数图象的增减性:a>1时,图象单调递增;0<a<1时,图象单调递减.
底数的大小决定了图象相对位置的高低:不论是a>1,还是0<a<1,在第一象限内底数越小,函数图象越靠近x轴;底数越大,函数图象越靠近 y轴.
微思考
角度1 比较大小
(链教材P85例1,P88例3,P90例5)比较下列各题中两个数的 大小:
(1)1.40.3与1.40.4;
解:因为函数y=1.4x在R上是增函数,且0.3<0.4,所以1.40.3<1.40.4.
典例
1
(2)0.31.4与0.31.5;
解:因为函数y=0.3x在R上是减函数,且1.4<1.5,所以0.31.4>0.31.5.
(4)1.20.3和0.81.2.
解:由指数函数的性质,1.20.3>1.20=1,又0.81.2<0.80=1,所以1.20.3>0.81.2.
比较幂值大小的三种类型及处理方法
规律方法
√
√
√
典例
2
规律方法
√
[-3,+∞)
返回
任务二 指数型函数的定义域与值域
典例
3
指数型函数的定义域、值域的求法
1.求与指数函数有关的函数的定义域时,首先观察函数是y=af(x)型还是y=f(ax)型,前者的定义域与f(x)的定义域一致,求后者的定义域时,往往转化为解指数不等式(组).
2.求与指数函数有关的函数的值域时,在运用前面介绍的求函数值域的方法的前提下,要注意指数函数的值域为(0,+∞),切记准确运用指数函数的单调性.
规律方法
返回
任务三 指数函数性质的综合应用
典例
4
函数性质的综合应用
1.解题过程中要关注、体会性质的应用,如果性质应用不充分,会导致解题步骤烦琐或无法求解,如本题中奇偶性、单调性的 应用.
2.一元二次不等式的恒成立问题,可以结合相应的一元二次函数的图象,转化为等价的条件求解,恒成立问题还可以利用分离参数,转化为最值问题求解.
规律方法
返回
课堂小结
任务
再现 指数函数的性质及应用
方法
提炼 单调性法、中间变量法、数形结合法、换元法、分类讨论法
易错
警示 求值域时易忽视指数函数隐含的条件ax>0;利用单调性解决问题时,易忽视对底数的讨论
随堂评价
√
√
因为x≤2,那么可知x-1≤1,而函数y=2x在R上是增函数,故有0<2x-1≤21=2,所以-2<y=2x-1-2≤0,所以函数的值域为(-2,0],故C正确.故选C.
√
4.设函数f(x)=2x-2-x,则使得f(x2)+f(2x-3)<0成立的x的解集是__________.
(-3,1)
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课时分层评价
√
2.已知0.3m>0.3n,则m,n的大小关系为
A.m>n B.m<n
C.m=n D.不能确定
√
函数y=0.3x是R上的减函数,由0.3m>0.3n,得m<n.故选B.
3.函数y=2|x|的最小值为
A.0 B.1
C.2 D.3
√
因为|x|≥0,当且仅当x=0时,等号成立,且y=2x在R上单调递增,可得y=2|x|≥20=1,所以函数y=2|x|的最小值为1.故选B.
4.函数y=-x+b与y=b-x(其中b>0,且b≠1)在同一坐标系中的图象只可能是
因为函数y=-x+b的图象是一条直线,函数y=b-x的图象是一条曲线,又由k=-1<0,b>0,故函数y=-x+b的图象过一、二、四象限,故可以排除A,B;又由C,D中函数y=b-x的图象都是上升的,故0<b<1,则函数y=-x+b的图象与y轴的交点在点(0,1)下方.故选C.
√
5.已知f(x)=3x-b(b为常数)的图象经过点(2,1),则f(4)的值为
A.3 B.6
C.9 D.81
√
因为f(x)=3x-b(b为常数)的图象经过点(2,1),f(2)=32-b=1,所以2-b=0,可知b=2,所以f(x)=3x-2,f(4)=9,可知C正确.故选C.
6.(多选题)已知e=2.718 28…为自然常数,π=3.141 59…为圆周率,则
A.e3<eπ B.e3>3π
C.3e<πe D.3e>π3
√
因为函数y=ex是增函数,且3<π,所以e3<eπ,故A正确;因为函数y=x3是增函数,且e<3,所以e3<33,又函数y=3x是增函数,且3<π,所以33<3π,所以e3<3π,故B错误;因为函数y=xe在(0,+∞)上是增函数,且3<π,所以3e<πe,故C正确;因为函数y=πx是增函数,且e<3,所以πe<π3,所以3e<πe<π3,故D错误.故选AC.
√
{x|-1≤x≤1,且x≠0}
3
√
√
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(-∞,0)
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