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函數(shù)值域求法十五種

 香花供養(yǎng) 2012-09-24
 
 

在函數(shù)的三要素中,定義域和值域起決定作用,而值域是由定義域和對(duì)應(yīng)法則共同確定。研究函數(shù)的值域,不但要重視對(duì)應(yīng)法則的作用,而且還要特別重視定義域?qū)χ涤虻闹萍s作用。確定函數(shù)的值域是研究函數(shù)不可缺少的重要一環(huán)。對(duì)于如何求函數(shù)的值域,是學(xué)生感到頭痛的問(wèn)題,它所涉及到的知識(shí)面廣,方法靈活多樣,在高考中經(jīng)常出現(xiàn),占有一定的地位,若方法運(yùn)用適當(dāng),就能起到簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程,避繁就簡(jiǎn),事半功倍的作用。本文就函數(shù)值域求法歸納如下,供參考。
基本知識(shí)
1.定義:因變量y的取值范圍叫做函數(shù)的值域(或函數(shù)值的集合)。
2.函數(shù)值域常見(jiàn)的求解思路:
⑴ 劃歸為幾類常見(jiàn)函數(shù),利用這些函數(shù)的圖象和性質(zhì)求解。
⑵ 反解函數(shù),將自變量x用函數(shù)y的代數(shù)式形式表示出來(lái),利用定義域建立函數(shù)y的不等式,解不等式即可獲解。
⑶ 可以從方程的角度理解函數(shù)的值域,從方程的角度講,函數(shù)的值域即為使關(guān)于x的方程y=f(x)在定義域內(nèi)有解的y得取值范圍。
特別地,若函數(shù)可看成關(guān)于x的一元二次方程,則可通過(guò)一元二次方程在函數(shù)定義域內(nèi)有解的條件,利用判別式求出函數(shù)的值域。
⑷ 可以用函數(shù)的單調(diào)性求值域。
⑸ 其他。

1. 直接觀察法
對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的函數(shù),通過(guò)對(duì)函數(shù)定義域、性質(zhì)的觀察,結(jié)合函數(shù)的解析式,求得函數(shù)的值域
例1. 求函數(shù)的值域。
解:∵
顯然函數(shù)的值域是:




2. 配方法
配方法是求二次函數(shù)值域最基本的方法之一。
例2. 求函數(shù)的值域。
解:將函數(shù)配方得:

由二次函數(shù)的性質(zhì)可知:當(dāng)x=1時(shí),,當(dāng)x=-1時(shí),
故函數(shù)的值域是:[4,8]

3. 判別式法



例3. 求函數(shù)的值域。
解:兩邊平方整理得:(1)

解得:
但此時(shí)的函數(shù)的定義域由,得
,僅保證關(guān)于x的方程:在實(shí)數(shù)集R有實(shí)根,而不能確保其實(shí)根在區(qū)間[0,2]上,即不能確保方程(1)有實(shí)根,由 求出的范圍可能比y的實(shí)際范圍大,故不能確定此函數(shù)的值域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_20.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">。
可以采取如下方法進(jìn)一步確定原函數(shù)的值域。


代入方程(1)

解得: 即當(dāng)時(shí),
原函數(shù)的值域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_26.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">
注:由判別式法來(lái)判斷函數(shù)的值域時(shí),若原函數(shù)的定義域不是實(shí)數(shù)集時(shí),應(yīng)綜合函數(shù)的定義域,將擴(kuò)大的部分剔除。

4. 反函數(shù)法
直接求函數(shù)的值域困難時(shí),可以通過(guò)求其原函數(shù)的定義域來(lái)確定原函數(shù)的值域。
例4. 求函數(shù)值域。

解:由原函數(shù)式可得:

則其反函數(shù)為:,其定義域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_30.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">
故所求函數(shù)的值域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_31.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

5. 函數(shù)有界性法
直接求函數(shù)的值域困難時(shí),可以利用已學(xué)過(guò)函數(shù)的有界性,反客為主來(lái)確定函數(shù)的值域。




例5. 求函數(shù)的值域。

解:由原函數(shù)式可得:,可化為:


解得:

故函數(shù)的值域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_40.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">


6. 函數(shù)單調(diào)性法
例6. 求函數(shù)的值域。
解:令在[2,10]上都是增函數(shù)
所以在[2,10]上是增函數(shù)
當(dāng)x=2時(shí),
當(dāng)x=10時(shí),

故所求函數(shù)的值域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_47.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">


例7. 求函數(shù)的值域。
解:原函數(shù)可化為:
,顯然上為無(wú)上界的增函數(shù)
所以上也為無(wú)上界的增函數(shù)
所以當(dāng)x=1時(shí),有最小值,原函數(shù)有最大值
顯然y>0,故原函數(shù)的值域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_59.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

7. 換元法
通過(guò)簡(jiǎn)單的換元把一個(gè)函數(shù)變?yōu)楹?jiǎn)單函數(shù),其題型特征是函數(shù)解析式含有根式或三角函數(shù)公式模型,換元法是數(shù)學(xué)方法中幾種最主要方法之一,在求函數(shù)的值域中同樣發(fā)揮作
例8. 求函數(shù)的值域。

解:因


故可令




故所求函數(shù)的值域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_69.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

例9. 求函數(shù)的值域。

解:原函數(shù)可變形為:

可令,則有

當(dāng)時(shí),
當(dāng)時(shí),
而此時(shí)有意義。
故所求函數(shù)的值域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_80.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

例10. 求函數(shù),的值域。
解:

,則

可得:
∴當(dāng)時(shí),,當(dāng)時(shí),
故所求函數(shù)的值域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_94.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">。

例11. 求函數(shù)的值域。
解:由,可得
故可令


當(dāng)時(shí),
當(dāng)時(shí),
故所求函數(shù)的值域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_106.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

8. 數(shù)形結(jié)合法
其題型是函數(shù)解析式具有明顯的某種幾何意義,如兩點(diǎn)的距離公式直線斜率等等,這類題目若運(yùn)用數(shù)形結(jié)合法,往往會(huì)更加簡(jiǎn)單,一目了然,賞心悅目。[
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例12. 求函數(shù)的值域。

解:原函數(shù)可化簡(jiǎn)得:y=|x-2|+|x+8|
上式可以看成數(shù)軸上點(diǎn)P(x)到定點(diǎn)A(2),B(-8)間的距離之和。
由上圖可知,當(dāng)點(diǎn)P在線段AB上時(shí),y=|x-2|+|x+8|=|AB|=10
當(dāng)點(diǎn)P在線段AB的延長(zhǎng)線或反向延長(zhǎng)線上時(shí),y=|x-2|+|x+8|>|AB|=10
故所求函數(shù)的值域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_109.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

例13. 求函數(shù)的值域。
解:原函數(shù)可變形為:

上式可看成x軸上的點(diǎn)P(x,0)到兩定點(diǎn)A(3,2),B(-2,-1)的距離之和,
由圖可知當(dāng)點(diǎn)P為線段與x軸的交點(diǎn)時(shí),,
故所求函數(shù)的值域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_113.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">


例14. 求函數(shù)的值域。
解:將函數(shù)變形為:
上式可看成定點(diǎn)A(3,2)到點(diǎn)P(x,0)的距離與定點(diǎn)B(-2,1)到點(diǎn)P(x,0)的距離之差。
即:y=|AP|-|BP|
由圖可知:(1)當(dāng)點(diǎn)P在x軸上且不是直線AB與x軸的交點(diǎn)時(shí),如點(diǎn)P',則構(gòu)成△ABP',根據(jù)三角形兩邊之差小于第三邊,有
即:
(2)當(dāng)點(diǎn)P恰好為直線AB與x軸的交點(diǎn)時(shí),有
綜上所述,可知函數(shù)的值域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_120.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

注:由例13,14可知,求兩距離之和時(shí),要將函數(shù)式變形,使A、B兩點(diǎn)在x軸的兩側(cè),而求兩距離之差時(shí),則要使A,B兩點(diǎn)在x軸的同側(cè)。
如:例13的A,B兩點(diǎn)坐標(biāo)分別為:(3,2),(-2,-1),在x軸的同側(cè);例14的A,B兩點(diǎn)坐標(biāo)分別為(3,2),(2,-1),在x軸的同側(cè)。

9. 不等式法
利用基本不等式,求函數(shù)的最值,其題型特征解析式是和式時(shí)要求積為定值,解析式是積時(shí)要求和為定值,不過(guò)有時(shí)需要用到拆項(xiàng)、添項(xiàng)和兩邊平方等技巧。
例15. 求函數(shù)的值域。
解:原函數(shù)變形為:

當(dāng)且僅當(dāng)tanx=cotx
即當(dāng)時(shí),等號(hào)成立
故原函數(shù)的值域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_127.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

例16. 求函數(shù)y=2sinxsin2x的值域。
解:y=4sinxsinxcosx


當(dāng)且僅當(dāng),即當(dāng)時(shí),等號(hào)成立。
可得:
故原函數(shù)的值域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_134.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

10. 映射法
原理:因?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_135.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">在定義域上x(chóng)與y是一一對(duì)應(yīng)的。故兩個(gè)變量中,若知道一個(gè)變量范圍,就可以求另一個(gè)變量范圍。
例17. 求函數(shù)的值域。

解:∵定義域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_137.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">





解得

故函數(shù)的值域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_143.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

11.最值法
對(duì)于閉區(qū)間[a,b]上的連續(xù)函數(shù)y=f(x),可求出y=f(x)在區(qū)間[a,b]內(nèi)的極值,并與邊界值f(a).f(b)作比較,求出函數(shù)的最值,可得到函數(shù)y的值域。[
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例18.已知,且滿足x+y=1,求函數(shù)z=xy+3x的值域。
點(diǎn)撥:根據(jù)已知條件求出自變量x的取值范圍,將目標(biāo)函數(shù)消元、配方,可求出函數(shù)的值域。
解:∵,上述分式不等式與不等式同解,解之得-1≤x≤3/2,又x+y=1,將y=1-x代入z=xy+3x中,得(-1≤x≤3/2),
且x∈[-1,3/2],函數(shù)z在區(qū)間[-1,3/2]上連續(xù),故只需比較邊界的大小。
當(dāng)x=-1時(shí),z=-5;當(dāng)x=3/2時(shí),z=15/4。
∴函數(shù)z的值域?yàn)椋鹺∣-5≤z≤15/4}。
點(diǎn)評(píng):本題是將函數(shù)的值域問(wèn)題轉(zhuǎn)化為函數(shù)的最值。對(duì)開(kāi)區(qū)間,若存在最值,也可通過(guò)求出最值而獲得函數(shù)的值域。
12.構(gòu)造法
根據(jù)函數(shù)的結(jié)構(gòu)特征,賦予幾何圖形,數(shù)形結(jié)合。
例19.求函數(shù)的值域。
點(diǎn)撥:將原函數(shù)變形,構(gòu)造平面圖形,由幾何知識(shí),確定出函數(shù)的值域。
解:原函數(shù)變形為
作一個(gè)長(zhǎng)為4、寬為3的矩形ABCD,再切割成12個(gè)單位正方形。設(shè)HK=x,則EK=2-x,KF=2+x,,。
由三角形三邊關(guān)系知,AK+KC≥AC=5。當(dāng)A、K、C三點(diǎn)共線時(shí)取等號(hào)。
∴原函數(shù)的知域?yàn)椋鹹|y≥5}。
點(diǎn)評(píng):對(duì)于形如函數(shù)(a,b,c均為正數(shù)),均可通過(guò)構(gòu)造幾何圖形,由幾何的性質(zhì),直觀明了、方便簡(jiǎn)捷。這是數(shù)形結(jié)合思想的體現(xiàn)。
13.比例法
對(duì)于一類含條件的函數(shù)的值域的求法,可將條件轉(zhuǎn)化為比例式,代入目標(biāo)函數(shù),進(jìn)而求出原函數(shù)的值域。
例20.已知x,y∈R,且3x-4y-5=0,求函數(shù)的值域。
點(diǎn)撥:將條件方程3x-4y-5=0轉(zhuǎn)化為比例式,設(shè)置參數(shù),代入原函數(shù)。
解:由3x-4y-5=0變形得,(x3)/4=(y-1)/3=k(k為參數(shù))
∴x=3+4k,y=1+3k,
。
當(dāng)k=-3/5時(shí),x=3/5,y=-4/5時(shí),。
函數(shù)的值域?yàn)椋鹺|z≥1}.
點(diǎn)評(píng):本題是多元函數(shù)關(guān)系,一般含有約束條件,將條件轉(zhuǎn)化為比例式,通過(guò)設(shè)參數(shù),可將原函數(shù)轉(zhuǎn)化為單函數(shù)的形式,這種解題方法體現(xiàn)諸多思想方法,具有一定的創(chuàng)新意識(shí)。
14.利用多項(xiàng)式的除法
例21.求函數(shù)y=(3x+2)/(x+1)的值域。
點(diǎn)撥:將原分式函數(shù),利用長(zhǎng)除法轉(zhuǎn)化為一個(gè)整式與一個(gè)分式之和。
解:y=(3x+2)/(x+1)=3-1/(x+1)。
∵1/(x+1)≠0,故y≠3。
∴函數(shù)y的值域?yàn)閥≠3的一切實(shí)數(shù)。
點(diǎn)評(píng):對(duì)于形如y=(ax+b)/(cx+d)的形式的函數(shù)均可利用這種方法。
15. 多種方法綜合運(yùn)用
例22. 求函數(shù)的值域。
解:令,則
(1)當(dāng)t>0時(shí),,當(dāng)且僅當(dāng)t=1,即x=-1時(shí)取等號(hào),所以
(2)當(dāng)t=0時(shí),y=0。
綜上所述,函數(shù)的值域?yàn)椋?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_161.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">
注:先換元,后用不等式法

例23. 求函數(shù)的值域。
解:

,則



∴當(dāng)時(shí),
當(dāng)時(shí),
此時(shí)都存在,故函數(shù)的值域?yàn)?img doc360img-src='http://image55.360doc.com/DownloadImg/2012/09/2421/27141909_175.jpg' style="FONT-FAMILY: " border="0" src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">
注:此題先用換元法,后用配方法,然后再運(yùn)用的有界性。
總之,在具體求某個(gè)函數(shù)的值域時(shí),首先要仔細(xì)、認(rèn)真觀察其題型特征,然后再選擇恰當(dāng)?shù)姆椒?,一般?yōu)先考慮直接法,函數(shù)單調(diào)性法和基本不等式法,然后才考慮用其他各種特殊方法。


 
 
 

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