突破4.2 指数函数重难点突破-【新教材优创】突破满分数学之2022-2023学年高一(上)数学辅导讲义(人教A版2019必修1)

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名称 突破4.2 指数函数重难点突破-【新教材优创】突破满分数学之2022-2023学年高一(上)数学辅导讲义(人教A版2019必修1)
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资源类型 试卷
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2022-09-22 17:48:04

文档简介

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突破4.2 指数函数
一、考情分析
二、考点梳理
考点一 指数函数及其性质
(1)概念:函数y=ax(a>0且a≠1)叫做指数函数,其中指数x是自变量,函数的定义域是R,a是底数.
(2)指数函数的图象与性质
a>1 0图象
定义域 R
值域 (0,+∞)
性质 过定点(0,1),即x=0时,y=1
当x>0时,y>1;当x<0时,01;当x>0时,0在(-∞,+∞)上是增函数 在(-∞,+∞)上是减函数
三、题型突破
(一) 指数函数的概念
例1、(1)、(2021·江苏·无锡市市北高级中学高一期中)已知指数函数的图象经过点,则( )
A.8 B.16 C. D.
【答案】B
【分析】把点,代入函数解析式,即可求出的值.
【详解】解:由题意可得,
解得,
故选:B.
(2)、(2022·全国·高一课时练习)若函数(,且)是指数函数,则________.
【答案】8
【分析】根据指函数的定义求解即可.
【详解】解:因为函数是指数函数,
所以,所以.
故答案为:8.
【变式训练1-1】、(2023·全国·高三专题练习)(多选题)下列函数是指数函数的有( )
A. B. C. D.
【答案】BC
【分析】根据指数函数的定义逐一判断即可.
【详解】解:对于A,函数不是指数函数,
对于B,函数是指数函数;
对于C,函数是指数函数;
对于D,函数不是指数函数.
故选:BC.
【变式训练1-2】、(2023·全国·高三专题练习)若函数为指数函数,则a=________.
【答案】2
【分析】利用指数函数的定义列方程组即可解得.
【详解】因为函数为指数函数,
所以,解得a=2.
故答案为:2
(二) 指数函数的图像与性质
例2.(1)、(2021·黑龙江·哈尔滨三中高三阶段练习(文))函数且的图象可能是( )

A.①③ B.②④ C.④ D.①
【答案】C
【分析】分,,根据指数函数和图象平移判断.
【详解】当时,,函数的图象为过点的上升的曲线,函数图象由函数向下平移个单位可得,故①②错误;
当时,,函数的图象为过点的下降的曲线,函数图象由函数向下平移个单位可得,故④ 正确③错误;
故选:C
(2).(2022·全国)已知函数(其中)的图象如图所示,则函数的图像是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】
根据二次函数图象上特殊点的正负性,结合指数型函数的性质进行判断即可.
【详解】
由图象可知:,因为,所以由可得:,由可得:,由可得:,
因此有,所以函数是减函数,,所以选项A符合,
故选:A
【变式训练2-1】、(2022·全国·高一课时练习)函数①;②;③;④的图象如图所示,a,b,c,d分别是下列四个数:,,,中的一个,则a,b,c,d的值分别是( )
A.,,, B.,,,
C.,,,, D.,,,,
【答案】C
【分析】根据指数函数的性质,结合函数图象判断底数的大小关系.
【详解】由题图,直线与函数图象的交点的纵坐标从上到下依次为c,d,a,b,而.
故选:C.
【变式训练2-2】.(2021·全国高一课前预习)在同一直角坐标系中,函数与在上的图象可能是( ).
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】
根据幂函数和指数函数的图象,即可逐项判断,得出结果.
【详解】
为幂函数,为指数函数
A. 过定点,可知,,的图象符合,故可能.
B. 过定点,可知,,的图象不符合,故不可能.
C. 过定点,可知,,的图象不符合,故不可能.
D.图象中无幂函数图象,故不可能.
故选:A
【点睛】
本题考查了幂函数和指数函数的图象,考查了理解辨析能力和逻辑推理能力,属于一般题目.
(三) 定点问题
例3.(1)、(2021·上海市建平中学高一期中)函数恒过定点___________.
【答案】
【分析】利用指数型函数的特征,求解函数恒过的定点坐标.
【详解】当,即时,,
所以恒过定点.
故答案为:
(2).(2021·玉溪第二中学高二月考(理))函数且的图像必经过点________
【答案】
【分析】
指数函数(且)的图像必经过点,由此计算即可.
【详解】
令,解得,当时,
所以函数且的图像必经过点.
故答案为:
【变式训练3-1】、(浙江省名校协作体2022-2023学年高二上学期开学考试数学试题)函数的图象恒过定点,若点在直线上,则的最小值为_________.
【答案】
【分析】由指数函数的性质,可得,再根据基本不等式“”的用法,即可求出结果.
【详解】∵函数的图象恒过定点,则,
∴,
当且仅当,即,时取等号.
故答案为:.
【变式训练3-2】、(2022·宁夏·银川二中高二期末(理))函数的图象恒过定点_____________.
【答案】(1,3)
【分析】根据指数函数的性质,即可得答案.
【详解】令,可得,
所以,即图象恒过定点(1,3).
故答案为:(1,3)
(四) 利用指数函数的单调性比较大小
例4.(1)、(2022·北京八中高二期末)已知,,,则a,b,c按从小到大排列为___________.
【答案】
【分析】根据指数函数性质比较大小.
【详解】,,
所以.
故答案为:.
(2)、(2023·全国·高三专题练习)已知,则的大小关系为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】根据指数函数的单调性比较大小.
【详解】∵是减函数,,所以,
又,
∴.
故选:C.
【变式训练4-1】、(2023·全国·高三专题练习)若,则a b c的大小关系是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用幂函数和指数函数的单调性比较大小
【详解】因为在上单调递增,且,
所以,即,
因为在上单调递减,且,
所以,即,
所以,即
故选:A
【变式训练4-2】、(2022·全国·模拟预测)若,,,,则( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】利用指数函数的单调性结合中间值法可得出、、的大小关系.
【详解】因为,所以,则函数单调递减,
因此,即,所以,
又,所以,
故选:B.
(五) 求指数型复合函数的定义域与值域
例5.(1)、(2022·全国)(多选题)若指数函数在区间上的最大值和最小值的和为,则的值可能是( )
A. B. C. D.
【答案】BC
【分析】
对分类讨论,结合指数函数的单调性,求得函数的最大值和最小值,列出方程,即可求解.
【详解】
当时,函数在区间上为单调递增函数,
当时,,当时,,
所以,即,解得或,
因为,所以;
当时,函数在区间上为单调递减函数,
当时,,当时,,
所以,即,解得或,
因为,所以.
综上可得,实数的值为或.
故选:BC
(2)、(2022·全国·高一课时练习)函数的定义域为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据二次根式的被开方式非负,列出不等式,求解不等式可得答案.
【详解】由题意得,即,解得.
故选:C.
【变式训练5-1】、(2022·全国·高一课时练习)(多选题)已知函数,(且)在区间上的最大值比最小值大,则a的值可以为( )
A. B.2 C. D.
【答案】AC
【分析】分、讨论,利用的单调性求出最大值、最小值再做差可得答案.
【详解】当时,在区间上单调递减,此时,,所以,解得或(舍去);
当时,在区间上单调递增,此时,,所以,解得或(舍去).
故选:AC.
【变式训练5-2】、(2022·全国·高一课时练习)函数的定义域为M,值域为,则M=______.
【答案】
【分析】根据值域列出关系式,求解指数不等式即可求得答案.
【详解】因为函数的值域为,所以,所以,
即,故,所以,则函数的定义域为.
故答案为:
(六) 求指数型复合函数的最值与单调区间
例6、(1)、(2022·山西吕梁·高一期末)已知函数在区间(-1,2)上单调递增,则实数a的取值范围是_________.
【答案】
【分析】由复合函数单调性得出在区间上单调递减,对分类讨论,结合单调性得到不等关系,求出实数a的取值范围.
【详解】由函数在区间上单调递增,
得函数在区间上单调递减,
当时,在区间上单调递减,符合题意.
当时,由在区间上单调递减,
得,解得:.
当时,由在区间上单调递减,
得,解得:.
综上所述,的取值范围是.
(2).(2022·上海师大附中高一期末)函数的单调减区间是_________.
【答案】##
【分析】根据复合函数的单调性“同增异减”,即可求解.
【详解】令,
根据复合函数单调性可知,内层函数在上单调递减,在上单调递增,
外层函数在定义域上单调递增,所以函数#在上单调递减,在上单调递增.
故答案为:.
【变式训练6-1】、(2022·全国·高一课时练习)(多选题)已知函数,则下列结论正确的是( )
A.函数的定义域为R
B.函数的值域为
C.函数的图象关于y轴对称
D.函数在R上为增函数
【答案】ABD
【分析】根据指数函数的性质,结合偶函数定义、单调性的性质逐一判断即可.
【详解】A:因为,所以函数的定义域为R,因此本选项结论正确;
B:,
由,所以函数的值域为,因此本选项结论正确;
C:因为,所以函数是奇函数,其图象关于原点对称,不关于y轴对称,因此本选项说法不正确;
D:因为函数是增函数,因为,所以函数是减函数,
因此函数是增函数,所以本选项结论正确,
故选:ABD
【变式训练6-2】、(2022·安徽·歙县教研室高一期末)若函数在区间上为增函数,则实数的取值范围为______.
【答案】
【分析】由复合函数的同增异减性质判断得在上单调递减,再结合对称轴和区间边界值建立不等式即可求解.
【详解】由复合函数的同增异减性质可得,在上严格单调递减,
二次函数开口向上,对称轴为
所以,即
故答案为:
【变式训练6-3】、(2023·全国·高三专题练习)求函数的单调区间___________.
【答案】增区间为,减区间为
【分析】由换元法,结合复合函数的单调性求解即可.
【详解】设t=>0,又在上单调递减,在上单调递增.令≤4,得x≥-2,令>4,得x<-2.而函数t=在R上单调递减,所以函数的增区间为,减区间为.
故答案为:增区间为,减区间为
【变式训练6-4】、(2022·全国·高一课时练习)(多选)已知函数,则( )
A.函数的定义域为R B.函数的值域为
C.函数在上单调递增 D.函数在上单调递减
【答案】ABD
【分析】由函数的表达式可得函数的定义域可判断A;令,则,,结合指数函数的单调性得到函数的值域,可判断B;根据复合函数单调性的判断方法可得函数的单调性可判断C、D.
【详解】令,则.
对于A,的定义域与的定义域相同,为R,故A正确;
对于B,,的值域为,所以函数的值域为,故B正确;
对于C、D,因为在上单调递增,且,在定义域上单调递减,所以根据复合函数单调性法则,得函数在上单调递减,所以C不正确,D正确.
故选:ABD.
(七) 指数型复合函数的综合问题
例7、(2022·全国·高一课时练习)已知函数(,且),求函数在上的值域.
【答案】答案见解析.
【分析】应用换元法,令则,讨论、,注意定义域的范围,结合二次函数性质判断单调性,根据单调性求值域即可.
【详解】令,则可化为.
当,时,,又在上单调递增,
∴,即;
当,时,,又在上单调递增,
∴,即.
综上,当时,函数在上的值域是;
当时,函数在上的值域是.
例8、(2020·广西·兴安县第二中学高一期中)已知定义域为R的函数 是奇函数.
(1)求a、b的值;
(2)证明f(x)在(-∞,+∞)上为减函数;
(3)若对于任意R,不等式恒成立,求k的范围
【答案】(1),;
(2)证明见解析;
(3)
【分析】(1)根据奇函数的性质由特殊值求得参数值,然后验证结论成立.
(2)由单调性的定义证明;
(3)由奇偶性变形,由单调性化简后求解.
(1)
由已知,, ,
,,所以,解得,
,此时定义域是R,,为奇函数.
所以,;
(2)
由(1),
设任意两个实数,,则,
,所以,即,
所以是减函数;
(3)
不等式化为,
是奇函数,则有,
是减函数,所以,
所以恒成立,易知的最小值是,
所以.
例9.(2023·全国·高三专题练习)已知函数,若的值域是,求的值.
【答案】0
【分析】利用换元法,令,则,则由题意可知的值域为,从而可求出的值
【详解】令,则,
因为的值域是,即的值域是,
所以的值域为,
若,则为二次函数,其值域不可能为,
若,则,其值域为,
所以
例10.(2022·云南·罗平县第一中学高二开学考试)已知函数.
(1)判断函数的奇偶性并加以证明;
(2),不等式成立,求实数的取值范围.
【答案】(1)为奇函数,证明见解析
(2)
【分析】(1)首先求出函数的定义域,再只要检验与的关系即可判断;
(2)首先判断函数的单调性,再结合函数的单调性及奇偶性将函数不等式转化为自变量的不等式,然后结合二次不等式的恒成立问题进行求解.
(1)
解:函数为奇函数,证明如下:
函数的定义域,
因为,
所以为上的奇函数;
(2)
解:因为,因为在定义域上单调递增,且,又在上单调递增,
所以在上单调递增,
则不等式恒成立,即恒成立,
即恒成立,
所以恒成立,即恒成立,
所以,解得,
所以的范围为.
(八) 指数函数的应用
例11、(2022·全国·高一课时练习)我们知道比较适合生活的安静环境的声强级(噪音级)为,声强(单位:)与声强级(单位:)的函数关系式为(,为常数).某型号高铁行驶在无村庄区域的声强为,声强级为,驶进市区附近降低速度后的声强为,声强级为,若要使该高铁驶入市区时的声强级达到安静环境要求,则声强的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】利用题意得到,解出的值,代回得到,通过单调性可以得到最大值
【详解】由题意可知,解得,,所以,易得当越大时,越大,
所以当时,达到安静环境要求下的取得最大值.
故选:B.
【变式训练11-1】、(2021·福建福州·高一期末)2020年10月1日至8日,央视推出大型主题报道《坐着高铁看中国》,8天8条高铁主线,全景式展示“十三五”规划成就和中国之美.我国高铁技术在世界上遥遥领先,高铁运行时不仅速度比普通列车快,而且噪声小.我们知道比较适合生活的安静环境的声强级(噪音级)为30~40分贝(符号:),声强(单位:)与声强级(单位:)的函数关系式为(,为常数).某型号高铁行驶在无村庄区域的声强为,声强级为,驶进市区附近降低速度后的声强为,声强级为,若要使该高铁驶入市区时的声强级达到安静环境要求,则声强的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】根据和的两组值代入解析式求出和,再代入的最大值可得的最大值.
【详解】由题意可知,解得,,
所以,
所以当取最大值时,取得最大值
故选:B.
【点睛】关键点点睛:根据和的两组值代入解析式求出和是解题关键.
四、课堂训练
1.(2022·山西·高二期末)已知,则的大小关系为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用指数函数的单调性及中间值即可求解.
【详解】因为在上单调递减,又,所以,
即,又因为,所以.
故选:A.
2.(2022·全国·高三专题练习)(多选题)函数在下列哪些区间内单调递减( )
A. B. C. D.
【答案】ACD
【分析】利用复合函数的单调性可知函数在上单调递减,由此可得到正确选项.
【详解】由题意,函数在上单调递减,
又由函数在上单调递增,在上单调递减,
由复合函数的单调性可知,函数在上单调递减,
结合选项,可得选项符合题意.
故选:ACD.
3.(2022·四川·成都外国语学校高二阶段练习)函数的图象恒过定点__________
【答案】
【分析】利用指数函数的性质可得答案.
【详解】令,即时,,可得函数的图象恒过定点,
故答案为:
4.(2022·河南安阳·模拟预测)已知函数是偶函数,则_________.
【答案】-1
【分析】利用偶函数的定义直接求解.
【详解】函数的定义域为R.
因为函数是偶函数,所以,即对任意恒成立,
亦即对任意恒成立,
所以.
故答案为:-1
5.(2022·广西北海·高二期末)已知偶函数.
(1)求实数m的值;
(2)经过研究可知,函数在区间上单调递减,求满足条件的实数a的取值范围.
【答案】(1)0;
(2).
【分析】(1)首先求出函数的定义域,再根据偶函数的性质,利用特殊值求出参数的值,再代入检验即可;
(2)根据偶函数的性质将函数不等式转化为自变量的不等式,解得即可.
(1)
由,有,
可得函数的定义域为,
,,
由函数为偶函数,有,
解得,
当时,,
由,
可知此时函数为偶函数,符合题意,
由上知实数m的值为0;
(2)
由函数为偶函数,且函数在区间上单调递减,
由,有,
解得且且,
故实数a的取值范围为.
6.(2023·全国·高三专题练习)设函数,是定义域为R的奇函数
(1)确定的值
(2)若,判断并证明的单调性;
(3)若,使得对一切恒成立,求出的范围.
【答案】(1)2;
(2)单调递增,证明见解析;
(3).
【分析】(1)利用奇函数定义直接计算作答.
(2)求出a值,再利用函数单调性定义证明作答.
(3)把给定不等式等价变形,再利用函数单调性求出最小值,列式计算作答.
(1)
因是定义域为的奇函数,
则,而,解得,
所以的值是2.
(2)
由(1)得,是定义域为的奇函数,
而,则,即,又,解得,
则函数在上单调递增,
,,,
因,则,,于是得,即,
所以函数在定义域上单调递增.
(3)
当时,,

,而函数在上单调递增,,
于是得,令,函数在上单调递减,
当,即时,,因此,,解得,
所以的范围是.
【点睛】关键点睛:涉及不等式恒成立问题,将给定不等式等价转化,构造函数,利用函数思想是解决问题的关键.
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突破4.2 指数函数
一、考情分析
二、考点梳理
考点一 指数函数及其性质
(1)概念:函数y=ax(a>0且a≠1)叫做指数函数,其中指数x是自变量,函数的定义域是R,a是底数.
(2)指数函数的图象与性质
a>1 0图象
定义域 R
值域 (0,+∞)
性质 过定点(0,1),即x=0时,y=1
当x>0时,y>1;当x<0时,01;当x>0时,0在(-∞,+∞)上是增函数 在(-∞,+∞)上是减函数
三、题型突破
(一) 指数函数的概念
例1、(1)、(2021·江苏·无锡市市北高级中学高一期中)已知指数函数的图象经过点,则( )
A.8 B.16 C. D.
(2)、(2022·全国·高一课时练习)若函数(,且)是指数函数,则________.
【变式训练1-1】、(2023·全国·高三专题练习)(多选题)下列函数是指数函数的有( )
A. B. C. D.
【变式训练1-2】、(2023·全国·高三专题练习)若函数为指数函数,则a=________.
(二) 指数函数的图像与性质
例2.(1)、(2021·黑龙江·哈尔滨三中高三阶段练习(文))函数且的图象可能是( )

A.①③ B.②④ C.④ D.①
(2).(2022·全国)已知函数(其中)的图象如图所示,则函数的图像是( )
A. B.
C. D.
【变式训练2-1】、(2022·全国·高一课时练习)函数①;②;③;④的图象如图所示,a,b,c,d分别是下列四个数:,,,中的一个,则a,b,c,d的值分别是( )
A.,,, B.,,,
C.,,,, D.,,,,
【变式训练2-2】.(2021·全国高一课前预习)在同一直角坐标系中,函数与在上的图象可能是( ).
A. B. C. D.
(三) 定点问题
例3.(1)、(2021·上海市建平中学高一期中)函数恒过定点___________.
(2).(2021·玉溪第二中学高二月考(理))函数且的图像必经过点________
【变式训练3-1】、(浙江省名校协作体2022-2023学年高二上学期开学考试数学试题)函数的图象恒过定点,若点在直线上,则的最小值为_________.
【变式训练3-2】、(2022·宁夏·银川二中高二期末(理))函数的图象恒过定点_____________.
(四) 利用指数函数的单调性比较大小
例4.(1)、(2022·北京八中高二期末)已知,,,则a,b,c按从小到大排列为___________.
(2)、(2023·全国·高三专题练习)已知,则的大小关系为( )
A. B.
C. D.
【变式训练4-1】、(2023·全国·高三专题练习)若,则a b c的大小关系是( )
A. B. C. D.
【变式训练4-2】、(2022·全国·模拟预测)若,,,,则( )
A. B.
C. D.
(五) 求指数型复合函数的定义域与值域
例5.(1)、(2022·全国)(多选题)若指数函数在区间上的最大值和最小值的和为,则的值可能是( )
A. B. C. D.
(2)、(2022·全国·高一课时练习)函数的定义域为( )
A. B. C. D.
【变式训练5-1】、(2022·全国·高一课时练习)(多选题)已知函数,(且)在区间上的最大值比最小值大,则a的值可以为( )
A. B.2 C. D.
【变式训练5-2】、(2022·全国·高一课时练习)函数的定义域为M,值域为,则M=______.
(六) 求指数型复合函数的最值与单调区间
例6、(1)、(2022·山西吕梁·高一期末)已知函数在区间(-1,2)上单调递增,则实数a的取值范围是_________.
(2).(2022·上海师大附中高一期末)函数的单调减区间是_________.
【变式训练6-1】、(2022·全国·高一课时练习)(多选题)已知函数,则下列结论正确的是( )
A.函数的定义域为R
B.函数的值域为
C.函数的图象关于y轴对称
D.函数在R上为增函数
【变式训练6-2】、(2022·安徽·歙县教研室高一期末)若函数在区间上为增函数,则实数的取值范围为______.
【变式训练6-3】、(2023·全国·高三专题练习)求函数的单调区间___________.
【变式训练6-4】、(2022·全国·高一课时练习)(多选)已知函数,则( )
A.函数的定义域为R B.函数的值域为
C.函数在上单调递增 D.函数在上单调递减
(七) 指数型复合函数的综合问题
例7、(2022·全国·高一课时练习)已知函数(,且),求函数在上的值域.
例8、(2020·广西·兴安县第二中学高一期中)已知定义域为R的函数 是奇函数.
(1)求a、b的值;
(2)证明f(x)在(-∞,+∞)上为减函数;
(3)若对于任意R,不等式恒成立,求k的范围
例9.(2023·全国·高三专题练习)已知函数,若的值域是,求的值.
例10.(2022·云南·罗平县第一中学高二开学考试)已知函数.
(1)判断函数的奇偶性并加以证明;
(2),不等式成立,求实数的取值范围.
(八) 指数函数的应用
例11、(2022·全国·高一课时练习)我们知道比较适合生活的安静环境的声强级(噪音级)为,声强(单位:)与声强级(单位:)的函数关系式为(,为常数).某型号高铁行驶在无村庄区域的声强为,声强级为,驶进市区附近降低速度后的声强为,声强级为,若要使该高铁驶入市区时的声强级达到安静环境要求,则声强的最大值为( )
A. B. C. D.
【变式训练11-1】、(2021·福建福州·高一期末)2020年10月1日至8日,央视推出大型主题报道《坐着高铁看中国》,8天8条高铁主线,全景式展示“十三五”规划成就和中国之美.我国高铁技术在世界上遥遥领先,高铁运行时不仅速度比普通列车快,而且噪声小.我们知道比较适合生活的安静环境的声强级(噪音级)为30~40分贝(符号:),声强(单位:)与声强级(单位:)的函数关系式为(,为常数).某型号高铁行驶在无村庄区域的声强为,声强级为,驶进市区附近降低速度后的声强为,声强级为,若要使该高铁驶入市区时的声强级达到安静环境要求,则声强的最大值为( )
A. B. C. D.
四、课堂训练
1.(2022·山西·高二期末)已知,则的大小关系为( )
A. B. C. D.
2.(2022·全国·高三专题练习)(多选题)函数在下列哪些区间内单调递减( )
A. B. C. D.
3.(2022·四川·成都外国语学校高二阶段练习)函数的图象恒过定点__________
4.(2022·河南安阳·模拟预测)已知函数是偶函数,则_________.
5.(2022·广西北海·高二期末)已知偶函数.
(1)求实数m的值;
(2)经过研究可知,函数在区间上单调递减,求满足条件的实数a的取值范围.
6.(2023·全国·高三专题练习)设函数,是定义域为R的奇函数
(1)确定的值
(2)若,判断并证明的单调性;
(3)若,使得对一切恒成立,求出的范围.
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