摘要:本文主要探究了含有絕對(duì)值的函數(shù)的幾種重要形式向分段函數(shù)的轉(zhuǎn)化,并對(duì)絕對(duì)值函數(shù)的最值、值域、自變量取值范圍、參數(shù)取值范圍等問題進(jìn)行了討論.
關(guān)鍵詞:絕對(duì)值函數(shù);分段函數(shù)
函數(shù)是高中階段數(shù)學(xué)的核心內(nèi)容,貫穿于整個(gè)高中數(shù)學(xué)的教學(xué)過程.含有絕對(duì)值的函數(shù)是一類常見的函數(shù)類型,這類函數(shù)看起來是由一次函數(shù)、二次函數(shù)等基本函數(shù)組成的,但又與它們有很大差異,并且通常與函數(shù)的值域(最值)、不等式、方程等知識(shí)聯(lián)系在一起,綜合性比較強(qiáng). 學(xué)生在處理這類問題時(shí),往往由于考慮不嚴(yán)密而引起種種錯(cuò)誤,如何解決這類問題呢?分段討論是基本的策略, 逐段處理,將問題轉(zhuǎn)化為基本函數(shù)后,再各個(gè)擊破,最后歸納總結(jié).這一過程包含著分類、轉(zhuǎn)化、數(shù)形結(jié)合等多種數(shù)學(xué)思想的綜合運(yùn)用.下面就其常見類型及解題策略舉例說明.
■與一次函數(shù)有關(guān)的絕對(duì)值函數(shù)
1. 函數(shù)y=ax-k+h的性質(zhì)及應(yīng)用
函數(shù)y=|x|的圖象是由第一、二象限的角平分線構(gòu)成的V字形(如圖1),而函數(shù)y=ax-k+h是由函數(shù)y=x的圖象經(jīng)過平移翻折等圖形變換得到的,其中a的符號(hào)決定V字開口方向:當(dāng)a>0時(shí),V字開口向上;當(dāng)a<0時(shí),沿著x軸翻折后V字開口向下. a的大小決定V字開口大?。喝鬭=1,則張口角度為直角;若a>1,則張口角度為銳角;則a<1,則張口角度為鈍角. 把函數(shù)y=ax的圖象沿著x軸向左(k<0)或向右(k>0)平移k個(gè)單位,再沿著y軸向上(h>0)或向下(h<0)平移h個(gè)單位后得到y(tǒng)=ax-k+h的圖象,即頂點(diǎn)為(k,h)的V字形(如圖2).
例1(07安徽)圖3中的圖象所表示的函數(shù)的解析式為()
■
圖3
A. y=■x-1(0≤x≤2)
B. y=■-■x-1(0≤x≤2)
C. y=■-x-1(0≤x≤2)
D. y=1-x-1(0≤x≤2)
分析與解:由上述性質(zhì)容易得到應(yīng)選B.
例2 已知不等式x2<2-x-t有負(fù)數(shù)解,求t的取值范圍.
分析與解:原不等式等價(jià)于“-x2+2>x-t”, y=x-t表示頂點(diǎn)在x軸上的V字,如圖4. 從圖象上來看,要使該不等式有負(fù)數(shù)解,則在左半平面拋物線y=-x2+2上至少有一點(diǎn)在V字形的上方,所以當(dāng)V字頂點(diǎn)在線段AB之間時(shí),原不等式有負(fù)數(shù)解,對(duì)應(yīng)t的取值范圍是-■,2.
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圖4
2. 形如y=■aix-ki的函數(shù)
對(duì)于含有多個(gè)絕對(duì)值的形如y=■aix-ki的函數(shù),一般是先根據(jù)n個(gè)分界點(diǎn)ki將函數(shù)分成n+1段,去掉絕對(duì)值符號(hào)寫出分段函數(shù)形式,然后根據(jù)一次函數(shù)的性質(zhì)或由圖象(折線)解答問題.
例3?搖 (09重慶)設(shè)函數(shù)f(x)=x+3- x-1,若不等式f(x)≤a2-3a對(duì)任意實(shí)數(shù)x恒成立,則實(shí)數(shù)a的取值范圍為()
A. (-∞,-1]∪[4,+∞)
B. (-∞,-2]∪[5,+∞)
C. [1,2]
D. (-∞,1]∪[2,+∞)
解析:由圖象(圖5)可知,當(dāng)x≥1時(shí),函數(shù)fmax(x)=4. 所以有a2-3a≥4,解得a≤-1或a≥4. 故本題選A.
例4?搖 (08山東)設(shè)函數(shù)f(x)=x+1+ x-a的圖象關(guān)于直線x=1對(duì)稱,則a=_______.
解:因?yàn)榉纸琰c(diǎn)x=-1和x=a關(guān)于直線x=1對(duì)稱,所以a=3.
例5 (08寧夏)已知函數(shù)f(x)=2x-1-x-4.
(1)解不等式f(x)>2.
?。?)求函數(shù)y=f(x)的最小值.
解:(1)原函數(shù)可化為
f(x)=-x-5,x≤-■,?搖3x-3,-■
?。?)由函數(shù)y=f(x)的圖象可知,當(dāng)x=-■時(shí),函數(shù)取得最小值-■.
■與二次函數(shù)有關(guān)的含有絕對(duì)值的函數(shù)
1. 形如y=ax2+bx+c(a≠0)的函數(shù)
函數(shù)y=ax2+bx+c(a≠0)的圖象是由函數(shù)y=ax2+bx+c位于x軸下方的圖象沿x軸向上翻折后與其上方的部分組成.
例6設(shè)a>0,a≠1,函數(shù)f(x)=logaax2-x在[3,4]上是增函數(shù),求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
■
圖6
解:令g(x)=ax2-x(如圖6). 若a>1,由[3,4]?哿■,+∞,則g(x)在[3,4]上是增函數(shù),所以f(x)在[3,4]上是增函數(shù). 若a<1,欲使f(x)在[3,4]是增函數(shù),需使g(x)在[3,4]上應(yīng)為減函數(shù),則[3,4]?哿■,■,所以3≥■,4<■,即■≤a<■. 故a的取值范圍是a>1或■≤a<■.
例7(08浙江)已知t為常數(shù),函數(shù)y=x2-2x-t在區(qū)間[0,2]上的最大值為2,求t.
解:因?yàn)楹瘮?shù)y=x2-2x-t在[0,2]上只有在x=0,1,2處才有可能取得最大值. 若在x=0或2處取得最大值2, 解得t=±2,其中t=2不合題意,舍去;若在x=1處取得最大值2,解得t=1或-3,其中t=-3不合題意,舍去. 所以t=-2或1.
2. 形如y=f(x)+a(x+b1)x+b2(a≠0,f(x)至多為二次函數(shù))
先由分界點(diǎn)-b2去掉絕對(duì)值符號(hào),把函數(shù)寫成分段形式后逐段討論,最后再歸納總結(jié).
例8 (09江蘇)設(shè)a為實(shí)數(shù),函數(shù)f(x)=2x2+(x-a)x-a.
(1)若f(0)≥1,求a的取值范圍;
?。?)求f(x)的最小值;
?。?)設(shè)函數(shù)h(x)=f(x),x∈(a,+∞),直接寫出(不需給出演算步驟)不等式h(x)≥1的解集.
解:(1)若f(0)≥1,則-aa≥1?圯a<0,a2≥1,?圯a≤-1.
(2)當(dāng)x≥a時(shí),f(x)=3x2-2ax+a2,fmin(x)=f(a),a≥0,f■,a<0,
即fmin(x)=2a2,a≥0,■a2,a<0.
當(dāng)x≤a時(shí),f(x)=x2+2ax-a2,fmin(x)=f(-a),a≥0,f(a),a<0, 即fmin(x)=-2a2,a≥0,2a2,a<0.
綜上得fmin(x)=-2a2,a≥0,■a2,a<0.
?。?)當(dāng)x∈(a,+∞)時(shí),由h(x)≥1得3x2-2ax+a2-1≥0,Δ=4a2-12(a2-1)=12-8a2.
①當(dāng)a≤-■或a≥■時(shí), Δ≤0. 此時(shí)不等式的解集為(a,+∞);
?、诋?dāng)-■0,所以有
x-■x-■≥0,x>a,
當(dāng)a∈■,■時(shí),原不等式的解集為(a,+∞);
當(dāng)a∈-■,■時(shí), 原不等式的解集為■,+∞;
當(dāng)a∈-■,-■時(shí), 原不等式的解集為a,■∪■,+∞.
本題第(2)問也可以分a≥0和a<0兩種情況分別畫出函數(shù)的草圖:在分界點(diǎn)x=a處由兩支拋物線拼接而成. 再根據(jù)草圖求出函數(shù)的最小值表達(dá)式.
■與其他基本函數(shù)有關(guān)的絕對(duì)值函數(shù)
與指數(shù)、對(duì)數(shù)及三角函數(shù)有關(guān)的絕對(duì)值函數(shù),一般利用數(shù)形結(jié)合的思想,通過圖形解決問題.
例9 (08江西)函數(shù)y=tanx+sinx-tanx-sinx在區(qū)間■,■內(nèi)的圖象是
?。ǎ?
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■
解:因?yàn)楹瘮?shù)y=tanx+sinx-tanx-sinx=2tanx(tanx≤sinx),2sinx(tanx>sinx),所以本題應(yīng)選D.
例10若函數(shù)f(x)=log3x,若f(x)>f(3.5),則x的取值范圍是___________.
解:畫出函數(shù)f(x)=log■x的圖象,由圖象可知x的取值范圍是0