函数的概念和图象及映射的概念
【学习目标】
了解构成函数的要素有定义域、对应法则、值域,会求一些简单函数的定义域和值域;掌握函数的三种表示方法(图象法、列表法、解析法),会根据不同的需要选择恰当的方法表示函数;了解简单的分段函数,并能简单应用,了解映射的概念,进一步了解函数式非空数集到非空数集的映射。
【典型例题】
类型一、映射的概念
例1.下列集合到集合的对应是映射的是( )
A、:中的数平方;
B、:中的数开方;
C、:中的数取倒数;
D、:中的数取绝对值;
【思路点拨】 依据映射的定义及函数的定义判断.
【答案】A;
【解析】B选项中1开平方的结果是,在B中有两个象,B不是映射;C选项中的倒数不存在,C不是映射;D选项中的绝对值还是,不是正数,D也不是映射。
【总结升华】
1.判断是否映射的方法:先看集合A中的每个元素是否在集合B中都有象;再看集合A中的每个元素的象是否唯一;
2.函数是非空数集到非空数集的特殊映射,函数一定是映射,映射不一定是函数.
举一反三:
【变式1】设集合A=R,集合B=R+,则从集合A到集合B的映射只可能是( )
A 、 B、
C、 D 、
【答案】C;
【解析】A、B、D中元素没有象。
【变式2】设集合,,则下述对应法则中,不能构成A到B的映射的是( )
A、 B、
C、 D、
【答案】D;
【解析】在D中在B中没有象。
例2. 已知在映射的作用下的像是,求在作用下的像和在 作用下的原像。
【思路点拨】求在作用下的像,即已知,求;求在 作用下的原像,即为已知,求.
【解析】,
所以在作用下的像是;
或
所以在作用下的原像是.
【总结升华】弄清题意,明白已知是什么,求的又是什么是本题的关键.
举一反三:
【变式1】给定映射,点的原象是__________________。
【答案】;
【解析】
【变式2】在映射,,且,则与A中的元素对应的B中的元素为( )
A、 B、 C、 D、
【答案】A;
【解析】
类型二、函数的概念
例3.下列各组函数中表示同一函数的是 。
(1),; (2);
(3); (4)。
【思路点拨】判定两个函数相同的方法:当两个函数的三要素相同或者两个函数的对应法则与定义域相同时,两个函数是相同的。
【解析】表示同一函数的是(1)、(3)。
其中第(2)组的定义域不同,第(4)组的对应法则不同。
【总结升华】对应法则相同与函数的解析式相同是不一样的。对应法则是函数的核心,如(1)、(3)的对应法则是相同的。
举一反三:
【变式】下列各组函数的图象相同的是( )
A、 B、
C、 D、
【答案】D;
【解析】实质为函数相同。A、C中两个函数的定义域不同;B中的对应法则不同。
例4.设,求,;
【思路点拨】 将看作一个整体,换元,求出,再求出.
【解析】设(),则(),
∴ ()
∴(),
().
【总结升华】换元法是常用的求解析式法,注意新元的范围,最后要给出函数的定义域;也可以用 配凑的方法;除以之外,若已知函数类型,还可以利用待定系数法求函数解析式。
举一反三:
【变式1】(1)若,求;
(2)已知,求;
(3)已知,求的值。
【答案】
(1)解法一:
∵
,
∴。
解法二 :令x+3=y,则x=y-3。
∴
∴。
(2) ①
在①中用代换得
,
代入①中解得;
(3)∵,
∴
于是有。
【变式2】 已知函数分别由下表给出:
则满足的的值是 .
【答案】2;
【解析】∵;
;
.
∴中.
类型三、函数的图象
例5.把函数y=(x-2)2+2的图象向左平移一个单位,再向上平移一个单位,所得图象对应的函数解析式为_________。
【思路点拨】关于函数图象变换经常会考察这两个内容,给出函数解析式说明变换过程,或给出变换过程写解析式。
【解析】把图象左移一个单位,解析式变为y=(x+1-2)2+2=(x-1)2+2,向上平移一个单位,解析式变为y=[(x-1)2+2]+1=(x-1)2+3.
例6.作函数y=的图象。
【解析】必须选择好变换的顺序。
y= y= y=
【总结升华】在第二步中,翻折变换是对x而言,因而绝对值应加在x上。本题不能先翻折再平移,因为
y=y=y=, 所得并非所求图象。
例7.试讨论方程 |x2-4x+3|=a的解的个数(a∈R).
【解析】本题采用数形结合的方式。
把方程的解的个数看成函数y=|x2-4x+3|和函数y=a的交点个数。
y=|x2-4x+3|的图象是y'=x2-4x+3的图象保留x轴以上部分,将x轴以下部分沿x轴翻折上来形成的图象,而y=a是一条垂直于y轴的直线,如图,由图象可知,a<0时,方程无实解。a=0或a>1时,方程有两个实数解;a=1时,方程有三个实数解;0
例8.给定实数a,a≠0且a≠1,设函数y=(x∈R,x≠).
求证:这个函数图象关于直线y=x成轴对称图形。
【解析】(一)要证明f(x)的图象关于y=x对称,需要证明y=f(x)图象上任意一点P关于y=x的对称点P'仍在y=f(x)的图象上。因而设P(x0,y0)是y=f(x)上任一点,则y0=,而P(x0,y0)关于直线y=x的对称点的坐标为P'(y0,x0),只需验证P'(y0,x0)也在y=f(x)上。
∵ f(y0)===x0,
∴ (y0,x0)也在y=f(x)的图象上,
∴ y=f(x)=(x∈R,x≠)图象关于y=x对称。
(二)联想到函数与反函数图象之间的关系,我们只需证明函数的反函数就是它本身即可。从而由
y==()=(1+)
∵ x≠, ∴ ≠0, ∴y≠,
反解x,得x=( y≠) 即f-1(x)=(x≠),
∴ f(x)=f-1(x),又 ∵ y=f(x)与y=f-1(x)图象关于y=x对称,
∴ y=f(x)=(x≠)的图象关于直线y=x成轴对称图形。
【总结升华】函数与反函数的图象对称是两个函数关于y=x的对称问题,而本题是要证明函数图象自身关于y=x对称。
例9.已知f(x)当x∈R时恒满足f(2+x)=f(2-x),若方程f(x)=0恰有5个不同的实数根,求各根之和。
【解析】由f(2+x)=f(2-x),则y=f(x)图象关于x=2对称,从而f(x)=0的解若≠2则应成对出现。由题意,作出草图如右,
∴ ∴ x1+x2+x3+x4+x5=10.
例10.若, , ,设为、、中的较大者,求的解析式。
【解析】在同一坐标系中做出三个函数、、的图象。
由图可知,的图象就是图中用红色标注的折线。
令,解出,即A点横坐标为,
令,解出, 即B点横坐标为
∴
【变式1】当在实数集R上任取值时,函数相应的值等于、2 、三个之中最大的那个值.
(1)求与;
(2)在给定的坐标系中画出的图象,并写出的解析式;
【答案】
(1), .
(2)
例11.函数y=x2-3|x|+(x∈R)的单调区间有________。
【解析】设f(x)=x2-3x+,则y=x2-3|x|+=(|x|)2-3|x|+=f(|x|),
由翻折变换知
因而,函数的增区间有[-,0]和[,+∞);减区间有(-∞,-]和[0, ].
【总结升华】这两个增区间和减区间不能合并,事实上,y=x2-3|x|+在[-,0]∪[,+∞)不具有单调性。
【巩固练习】
1、设集合A=[0,1],B=[0,2],由以下图形给出的对应f中,能构成从A到B的映射f: A(B的是( )。
2、设函数则的值为( )
A. B. C. D.
3、设,则的定义域为( )
A. B.
C. D.
4、已知 ,,则( )
A.-4 B.4 C.-2 D.2
5、函数的图象是( )
A B C D
6、已知函数y=f(x)的图象关于直线x=-1对称,且当x>0时f(x)= ,则当x<-2时,f(x)=( )
A. - B. C. - D. -
7、汽车经过启动、加速行驶、匀速行驶、减速行驶之后停车,若把这一过程中汽车的行驶路程看作时间的函数,其图像可能是( )
A. B. C. D.
8、设函数的图象关于直线对称,则的值为
A . 3 B. 2 C. 1 D.
9、若函数满足,则下列各式不恒成立的( )
A. B.
C. D.
10、已知:集合,,映射满足,那么映射的个数是多少?
11、已知函数f(x)= (a,b为常数),且方程f(x)-x+12=0有两个实根为=3,=4.
求函数f(x)的解析式;
设k>1,解关于x的不等式f(x)< .
12、数的值域.
13、函数的值域
y=x2+4x+3 (-3≤x≤1)
14、知f(x)=x2+4x+3,求f(x)在区间[t,t+1]上的最小值g(t)和最大值h(t).
15、公司拥有汽车100辆.当每辆车的月租金为3 000元时,可全部租出.当每辆车的月租金每增加50元时,未租出的车将会增加一辆.租出的车每月需要维护费150元,未租出的车每辆每月需要维护费50元.?
(1)当每辆车的月租金定为3 600元时,能租出多少辆车??
(2)当每辆车的月租金定为多少元时,租赁公司的月收益最大?最大月收益是多少??
【答案与解析】
1、答案:D
解析:在图A中,显然有一部分A中元素无象;图B中,对(0,1)之间的元素,却对应着2个不同的象;在图C中,虽然所有元素都有象,但一部分不在[0,2]范围内,也就是说在给定集合B中,这部分元素仍无象,图D中,集合A的每个元素在B中均有惟一的象;由映射定义,应选D。
2、答案:A
解析:∵, ∴.
3、答案:B
解析: 由得的定义域为
故,解得
故的定义域为。
4、答案:A
5、答案:A
6、答案:C
解析:由f(x)的图象关于直线x=-1对称得
f(x)=f(-2-x) ①
∴当x<-2时, -2-x>0
∴再由已知得 f(-2-x)= ②
于是由①②得当x<-2时 f(x)= ,
即f(x)= -,应选C.
7、答案:A.
解析:根据汽车加速行驶,匀速行驶,减速行驶结合函数图像可知。
8、答案:A
解析:∵函数的图象关于直线对称,
∴即,把选项ABCD的值逐一代入,可以确定选A.
9、答案:
提示:令有,,正确.
令,有,正确.
令,有,,正确.
令,则.
由于,,
于是当时,,故不恒成立,故选.
10、思路提示:满足,则只可能,即、、中可以全部为,或各取一个.
解:∵,且
∴有.
当时,只有一个映射;
当中恰有一个为,而另两个分别为,时,有个映射.因此所求的映射的个数为.
11、解析:
(1)将=3, =4分别代入方程得
,
∴(x≠2).
(2)原不等式
(x-2)(x-1)(x-k)>0
注意到这里k>1,
(ⅰ)当1(ⅱ)当k=2时,原不等式(x-2)2(x-1)>0x>1且x≠2.
∴原不等式的解集为(1,2)∪(2,+∞);
(ⅲ)当k>2时,原不等式的解集为(1,2) ∪(k,+∞);
于是综合(ⅰ) (ⅱ) (ⅲ)得
当1当k>2时,原不等式解集为(1,2) ∪(k,+∞)。
12、?解析:设,则,当时,y有最小值,所求函数的值域为.
13、解析:可借助数形结合思想利用它们的图象得到值域,即“图象法”.
画出y=x2+4x+3(-3≤x≤1)的图象,如图所示,
当x∈[-3,1]时,得y∈[-1,8]
14、因抛物线的对称轴是x= -2,所以分类讨论:
(1) ①当t+1<-2,即t<-3时, g(t)=f(t+1);②当,即时g(t)=f(-2);③当t>-2时, g(t)=f(t).
(2) ①当 -2-t(t+1)-(-2), 即t时, h(t)= f(t); ②当-2-t< (t+1)-(-2), 即t时, h(t)= f(t+1).
综上所述:,
15、解析:(1)当每辆车的月租金定为3 600元时,未租出的车辆数为=12,所以这时租出了88辆车.
(2)设每辆车的月租金定为x元,则租赁公司的月收益为f(x)=(100-×50.
整理得f(x)=- +162x-21 000=-(x-4 050)2+307 050.?
所以,当x=4 050时,f(x)最大,最大值为f(4 050)=307 050.
即当每辆车的月租金定为4 050元时,租赁公司的月收益最大,最大月收益为307 050元.