对数与对数函数
【高考要求】
1.理解对数的概念及其运算性质,知道用换底公式能将一般对数转化为自然对数或常用对数,了解对数在简化运算中的作用.
2.理解对数函数的概念,理解对数函数的单调性与函数图象通过的特殊点,知道指数函数y =a x
与对数函数y =log a x 互为反函数(a>0,a ≠1),体会对数函数是一类重要的函数模型.
【知识梳理】
1.对数的概念 (1)对数的定义
如果a x =N (a >0且a ≠1),那么数x 叫做以a 为底N 的对数,记作___ x =log a N ___,其中__ a __叫做对数的底数,__ N __叫做真数.真数N 为正数(负数和零无对数). 说明:①实质上,上述对数表达式,不过是指数函数x a y =的另一种表达形式,例如:8134=与
81log 43= 这两个式子表达是同一关系,因此,有关系式.log N x N a a x =?=
②“log ”同“+”“×”
“
”等符号一样,表示一种运算,即已知一个数和它的幂求指数的运算,这
种运算叫对数运算,不过对数运算的符号写在数的前面。 ③对数的底数和真数
从对数的实质看:如果a b =N (a >0且a ≠1),那么b 叫做以a 为底N 的对数,即b =log a N .它是知道底数和幂求指数的过程.底数a 从定义中已知其大于0且不等于1;N 在对数式中叫真数,在指数式中,它就是幂,所以它自然应该是大于0的. (2)几种常见对数
2.对数的性质与运算法则
(1).对数基本性质:log 10a =,log 1a a =,log a N
a
N =---对数恒等式
(2).对数运算性质:若0,1,0,0a a M N >≠>>且,则: ①log ()log log a a a MN M N =+
②log log log a
a a M
M N N =-
③log log ()n a a M n M n R =∈
(3).换底公式:log log (0,1;0,1;0)log c a c b
b a a
c c b a
=
>≠>≠> 推论:①log log (,,0)m n
a a n M M m n R m m =
∈≠ ②1log log a b b a
= 点评:(1)要熟练掌握公式的运用和逆用。
(2)在使用公式的过程中,要注意公式成立的条件。
例如:真数为两负数的积,).5(log ).3(log 22--不能写成).5(log ).3(log 22--=).5(log )3(log 22-+-
3.对数函数的图象与性质
① 对数函数定义:函数)1,0(log ≠>=a a x y a 且称对数函数, 说明:(1)一个函数为对数函数的条件是: ①系数为1;
① 底数为大于0且不等于1的正常数; ② 变量为真数.
③ 在对数式中,真数必须是大于0的,所以对数函数y =log a x 的定义域应为{x |x >0}. ④ 对数型函数的定义域:特别应注意的是:真数大于零、底数大于零且不等于1。 ②函数图像:
1)对数函数的图象都经过点(0,1),且图象都在第一、四象限;
2)对数函数都以y 轴为渐近线(当10<a 时,图象向下无限接近y 轴);
3)对于相同的)1,0(≠>a a a 且,函数x y x y a
a 1log log ==与的图象关于x 轴对称。
4.反函数
反函数及其性质
①互为反函数的两个函数的图象关于直线x y =对称。
②若函数)(x f y =上有一点),(b a ,则),(a b 必在其反函数图象上,反之若),(a b 在反函数图象上,则
),(b a 必在原函数图象上。
由对数的定义容易知道:指数函数y =a x 与对数函数___.y =log a x _______互为反函数,它们的图象关于直线 ___y =x _____对称. 由指数函数)1,0(≠>=a a a y x 的定义域R ∈x ,值域0>y ,容易得到对数函数)1,0(log ≠>=a a x y a 的定义域为0>x ,值域为R ,
变化对图象的影响
从顺时针方向看图象,从顺时针方向看图象,
【考点突破】
考点一 对数形式与指数形式的互化
【例1-1】下列指数式改写成对数式;
①1624= ②27
13
3
=- ③205=a ④45.021=???
??b
【例1-2】下列对数式改写成指数式;
①3125log 5= ②23l o g 3
1-= ③699.1lg -=a
【例1-3】求下列各式的.x
①32log 8-
=x ; ②4
3
27log =x ; ③0)(log log 52=x ; ④.1)(lg log 3=x 【解析】①由32log 8-=x ,得32
332)2(8--==x ,即41
=x ;
②由4
327log =x ,得2743=x ,即3433=x ,故813)3(434
3
===x ;
③由0)(log log 52=x ,得.12log 05==x 故551==x ; ④由1)(lg log 3=x ,得.3lg =x 故.1000103==x
【点评】对数的定义是对数形式和指数形式互化的依据,而对数形式与指数形式的互化又是解决问题重要手段。
考点二 对数式的化简求值与运算性质 【例2-1】计算下列各式.
①2
log ②lg100+ ③lg 25+lg 2·lg 50+(lg 2)2; ④(log 32+log 92)·(log 43+log 83).
【解析】 ①2
2211
log log log 2122
==-=-
②1
2
2
115lg100lg10ln 2lg10ln 2222
e e +=+=+
=+= ③原式=(lg 2)2+(1+lg 5)lg 2+lg 52=(lg 2+lg 5+1)lg 2+2lg 5
=(1+1)lg 2+2lg 5=2(lg 2+lg 5)=2.
④原式=????lg 2lg 3+lg 2lg 9·????lg 3lg 4+lg 3lg 8=????lg 2lg 3+lg 22lg 3·????lg 32lg 2+lg 33lg 2=3lg 22lg 3·5lg 36lg 2=5
4. 【例2-2】已知,518,9log 18==b a 求.45log 36
解法一:∵518,9log 18==b a ,∴.5log 18b =
∴.29
18log 12log 15log 9log )218(log )59(log 36log 45log 45log 181818181818181836a b
a b a -+=++=++=??==
解法二:∵,518,9log 18==b a ∴.18lg 5lg ,18lg 9lg b a == ∴.218lg 18lg 218lg 18lg 9lg 18lg 25lg 9lg 9
18lg )59lg(36lg 45lg 45log 2
36a
b
a a
b a -+=-+=-+=?==
【例2-3】设3643==y x ,求
y
x 1
2+的值. 【解析】(1)∵,364,363==y x ∴,36log ,36log 43==y x ∴
3log 3log 36log 136log 113636363===x ,
,4log 4log 36
log 1
36log 113636364===y ∴
4log 3log 21
23636+=+y
x .1)49(log 36=?= 【探究提高】 (1)在对数运算中,先利用幂的运算把底数或真数进行变形,化成分数指数幂的形式,使幂的底数最简,然后再运用对数运算法则化简合并,在运算中要注意化同底和指数与对数互化. (2)熟练地运用对数的三个运算性质并配以代数式的恒等变形是对数计算、化简、证明常用的技巧. 【练习】(1)计算:log 2.56.25+lg
1001+ln e +3
log 122+= .213 (2)求值:3log 333558log 9
32
log 2log 2-+- 【解析】原式32log 3)9log 32(log 2log 23333-+--=3332log 25log 223log 231
=-++-=-
②22
lg 25lg8lg 5lg 20(lg 2)3
+
+?+; 原式=210
2lg 52lg 2lg lg(210)lg 22
++??+=2lg )12)(lg 2lg 1()25lg(22++-+?=3 (3)设2a =5b =m ,且1a +1
b
=2,则m 的值为( )
A.10 B .10 C .20 D .100
【答案】A
考点三 对数的概念及应用 【例3-1】对数函数的判断 随写
【例3-2】若函数2
(21)log (54)a y x a a -=+-+是对数函数,则a 的值为______.
【例3-3】若函数2
2log [(1))4
a
y ax a x =+-+的定义域为R ,则实数a 的取值范围是_____________. 【练习】(1)对数函数的图象过点(16,2),则函数的解析式为_________ (2)函数y =
log 23
(2x -1)的定义域是( )
A .[1,2]
B .[1,2)
C .1[,1]2
D .1(,1]2
【解析】 由23
log (21)0x -≥?0<2x -1≤1?1
2
考点四 对数函数的图象及应用 【例4-1】函数log (1)2a y x =+-(0,1)a a >≠的图象恒过点________ 【例4-2】已知0n ____ 【解析】 ∵m <0,n <0,∵m n =log a c ·log c b =log a b 【规律方法】用对数函数的图象与性质比较大小 (1)同底数的两个对数值的大小比较【注意底数范围】 (2)同真数的对数值大小关系 (3)同对数值比较真数大小 (4)利用中间量(0或1) (5)作差或作商法,结合换底公式及对数运算性质. 【练习】(1)已知函数f (x )=log a (x +b ) (a >0且a ≠1)的图象过两点(-1,0)和(0,1),则a =______,b =____. (2)若点(a ,b )在y =lg x 图象上,a ≠1,则下列点也在此图象上的是( ) A. 1(,)b a B.(10,1)a b - C. 10 ( ,1)b a + D .2 (,2)a b (3)比较大小: log 1.10.7与log 1.20.7. 【解析】作出y =log 1.1x 与y =log 1.2x 的图象, 如图所示,两图象与x =0.7相交可知log 1.10.7 考点五 对数函数的值域与最值 随写 考点六 对数函数的性质及应用 角度一 对数型函数的奇偶性 【例6-1】若函数()log (a f x x =是奇函数,则a = 【解析】由于()log (a f x x =+ 是奇函数,∴()()0f x f x -+=, 即log (log (0a a x x + +-+=, ∴22log 20212a a a a =?=?=±,又0a >,∴2 a = 角度二 对数型函数的单调性 【例6-2-1】22()log (65)f x x x =-+-的单调减区间为( ) A .[3,)+∞ B .(0,3] C .(1,3] D .[3,5) 【例6-2-2】已知y =log a (2-ax )在区间[0,1]上是x 的减函数,求a 的取值范围. 【解析】先求函数定义域:由2-ax >0,得ax <2 又a 是对数的底数,∴a >0且a ≠1,∴x <a 2 由递减区间[0,1]应在定义域内可得 a 2 >1,∴a <2,又2-ax 在x ∈[0,1]是减函数 ∴y =log a (2-ax )在区间[0,1]也是减函数,由复合函数单调性可知:a >1 ∴1<a <2 【规律方法】求解与对数函数有关的复合函数的单调性的步骤: ①确定定义域; ②弄清函数是由哪些基本初等函数复合而成的,将复合函数分解成基本初等函数y =f (u ),u =g (x ); ③分别确定这两个函数的单调区间; ④若这两个函数同增或同减,则y =f (g (x ))为增函数,若一增一减,则y =f (g (x ))为减函数,即“同增异减”. 角度三 比较对数值的大小 【例6-3-1】比较大小:log 323与log 56 5 【解析】 ∵log 323 5 . 【例6-3-2】设a =log 3π,b =log 23,c =log 32,则 ( ) A .a >b >c B .a >c >b C .b >a >c D .b >c >a 【解析】a =log 3π>1,b =12log 23,则12 2,∴a>b>c. 【例6-3-3】已知10<<< A .0)(log B .1)(log 0< C .2)(log 1< D .2)(log >xy a 【解析】∵a y x a <<<<,10,∴1log log =>a x a a ,同理1lo g >y a .∴2log log >+y x a a ,即.2)(lo g >xy a 【答案】D 角度四 解简单的对数不等式或方程 【例6-4】已知f (x )是偶函数,且在[0,+∞)上是减函数,若f (lg x )>f (2),则x 的取值范围是( ) A .1( ,1)100 B .1(0,)(1,)100+∞ C .1(,100)100 D .(0,1)(100,)+∞ 【解析】 法一:不等式可化为?????lg x ≥0lg x <2或?????lg x <0-lg x <2,解得1≤x <100或1 100<x <1,所以1(,100)100 x ∈ 法二:由偶函数的定义可知,f (x )=f (-x )=f (|x |),故不等式f (lg x )>f (2)可化为|lg x |<2,即-2<lg x <2, 解得1 100<x <100。 【答案】C 【练习】 (1).已知函数x x x f +-=11lg )(,若2 1 )(=a f ,则)(a f -等于( ) A . 2 1 B .- 2 1 C . 2 D .-2 【答案】B (2)函数f (x )=12 log (x 2-2x -3)的单调递增区间是_____(-∞,-1)_____ (3)函数f (x )=log a (ax -3)在[1,3]上单调递增,则a 的取值范围是( ) A .(1,+∞) B .(0,1) C .1(0,)3 D .(3,+∞) 【解析】 由于a >0,且a ≠1,所以u =ax -3为增函数, 所以若函数f (x )为增函数,则f (x )=log a u 必为增函数,所以a >1. 又u =ax -3在[1,3]上恒为正,所以a -3>0,即a >3. 【答案】D (4)已知奇函数f (x )在R 上是增函数.若a =-f (log 21 5),b =f (log 24.1),c =f (20.8),则a ,b ,c 的大小关 系为( ) A .a B .b C .c D .c 【解析】由f (x )是奇函数可得,a =-f (log 21 5)=f (log 25),因为log 25>log 24.1>log 24=2>20.8,且函数f (x )是增 函数,所以c (5)定义在R 上的偶函数f (x )在[0,+∞)上递增,f (1 3 )=0,则满足)(log 8 1x f >0的x 的取值范围是 ( ) A .(0,+∞) B .(0,1 2 )∪(2,+∞) C .(0,18)∪(1 2 ,2) D .(0,1 2 ) 【解析】由题意可得:f (x )=f (-x )=f (|x |),f (|log 18x |)>f (13),f (x )在[0,+∞)上递增,于是|log 18x |>1 3,解得x 的取值范围是(0,1 2 )∪(2,+∞). 【答案】B 【失误与防范】 1.在运算性质log a M n =n log a M 时,要特别注意条件,在无M >0的条件下应为log a M n =n log a |M |(n ∈N *,且n 为偶数). 2.指数函数y =a x (a >0,且a ≠1)与对数函数y =log a x (a >0,且a ≠1)互为反函数,应从概念、图象和性质三个方面理解它们之间的联系与区别. 3.明确函数图象的位置和形状要通过研究函数的性质,要记忆函数的性质可借助于函数的图象.因此要掌握指数函数和对数函数的性质首先要熟记指数函数和对数函数的图象. 课后练习 一、选择题 1. 当1,0≠>a a 时,下列说法正确的是( ) ①若M N =,则N M a a log log =; ②若N M a a log log =,则M N =; ③若22log log N M a a =,则M N =; ④若M N =,则.log log 22N M a a = A .①与② B .②与④ C .② D .①②③④ 2. 2 5)(log 5 a -(a ≠0)化简得结果是( ) A.-a B.a 2 C.|a | D.a 【答案】C 3. log 7[log 3(log 2x )]=0,则2 1 - x 等于( ) A. 3 1 B. 3 21 C. 2 21 D. 3 31 【答案】C 4. 已知32a =,那么33log 82log 6-用表示是( ) A.2a - B.52a - C.23(1)a a -+ D. 2 3a a - 【答案】A 5. 2log (2)log log a a a M N M N -=+,则N M 的值为( ) A. 4 1 B.4 C.1 D.4或1 【答案】B 6.设M ={y |y =(1 2 )x ,x ∈[0,+∞)},N ={y |y =log 2x ,x ∈(0,1]},则集合M ∪N 等于 ( ) A .(-∞,0)∪[1,+∞) B .[0,+∞) C .(-∞,1] D .(-∞,0)∪(0,1) 【答案】C 7. 设a =log 32,b =ln 2,c =5- 1 2,则 ( ) A .a B .b C .c D .c 【解析】∵1a =log 23>1,1b =log 2e>1,log 23>log 2e.∴1a >1 b >1,∴0 ∵a =log 32>log 33=12,∴a >12. b =ln 2>ln e =12,∴b >12. c =5- 1 2=15<12,∴c 8. 若log 9log 90m n <<,那么,m n 满足的条件是( ) A.1m n >> B.1n m >> C. 01n m <<< D.01m n <<< 【答案】C 9.已知函数f (x )=a x +log a x (a >0,a ≠1)在[1,2]上的最大值与最小值之和为log a 2+6,则a 的值为 ( ) A.12 B.14 C.2 D.4 【解析】当x >0时,函数a x ,log a x 的单调性相同,因此函数f (x )=a x +log a x 是(0,+∞)上的单调函数,f (x )在[1,2]上的最大值与最小值之和为f (1)+f (2)=a 2+a +log a 2,由题意得a 2+a +log a 2=6+log a 2.即a 2+a -6=0,解得a =2或a =-3(舍去). 【答案】C 10.函数f (x )=ln (x +3) 1-2x 的定义域是( ) A .(-3,0) B .(-3,0] C .(-∞,-3)∪(0,+∞) D .(-∞,-3)∪(-3,0) 【解析】因为f (x )=ln (x +3) 1-2x ,所以要使函数f (x )有意义,需使? ????x +3>0,1-2x >0,即-3 ,x ≤0, 1-log 2x ,x >0, 则f(f(3))=( ) A.43 B.23 C .-4 3 D .-3 [解析] 由f (x )的解析式可得f (3)=1-log 23,又1-log 23<0,则f (f (3))=f (1-log 23)=22-log 23=222log 23=43, 故选A. 12.若函数f (x )=????? log 2 x ,x >0,log 12 (-x ),x <0,若f (a )>f (-a ),则实数a 的取值范围是( ) A .(-1,0)∪(0,1) B .(-∞,-1)∪(1,+∞) C .(-1,0)∪(1,+∞) D .(-∞,-1)∪(0,1) 【解析】①当a >0时,f (a )=log 2a ,f (-a )=a 2 1log ,f (a )>f (-a ),即log 2a >a 2 1log =log 21 a , ∴a >1 a ,解得a >1. ②当a <0时,f (a )=)(log 2 1a -,f (-a )=log 2(-a ),f (a )>f (-a ),即)(log 2 1a ->log 2(-a )=a -1log 2 1 , ∴-a <1 -a ,解得-11. 【答案】C 二.填空题 13. 若lg2=a ,lg3=b ,则log 512=________【答案】 2 1 14.函数)1,0(1)2(log ≠>+-=a a x y a 恒过定点 .【答案】(3,1) 15. 3a =2,则log 38-2log 36=__________ 【答案】 a b a -+12 16若log 2a 1+a 2 1+a <0,则a 的取值范围是_______.【答案】1(1)2 , 17.函数f (x )=log 2 x ·log 2(2x )的最小值为________. 【解析】依题意得f (x )=12log 2x ·(2+2log 2x )=(log 2x )2+log 2x =????log 2x +122-14≥-14, 当且仅当log 2x =-12,即x =22时等号成立,所以函数f (x )的最小值为-1 4 . 【答案】-1 4 18.关于函数f (x )=lg x 2+1 |x | (x ≠0),有下列命题: ①其图象关于y 轴对称; ②当x >0时,f (x )是增函数;当x <0时,f (x )是减函数; ③f (x )的最小值是lg 2; ④f (x )在区间(-1,0)、(2,+∞)上是增函数; ⑤f (x )无最大值,也无最小值. 其中所有正确命题的序号是________. 【解析】根据已知条件可知f (x )=lg x 2+1 |x | (x ≠0)为偶函数,显然利用偶函数的性质可知命题①正确;对真 数部分分析可知最小值为2,因此命题③正确;利用复合函数的单调性判定法则可知f (x )在(0,1)上递减,在(1,+∞)上递增,f (x )为偶函数,故f (x )在(-1,0)上递增,在(-∞,-1)上递减,故命题④正确,命题②错误;函数f (x )有最小值,因此命题⑤错误. 【答案】①③④ 三、解答题 19. 计算求值: (1)2lg 25lg 2lg50(lg 2)+?+ (2)2lg5+ 20.已知函数f (x )=log a (x +1)-log a (1-x ),a >0且a ≠1. (1)求f (x )的定义域;(2)判断f (x )的奇偶性并予以证明;(3)若a >1时,求使f (x )>0的x 的解集. 【解析】(1)f (x )=log a (x +1)-log a (1-x ),则????? x +1>0, 1-x >0, 解得-1 故所求函数f (x )的定义域为{x |-1 (2)由(1)知f (x )的定义域为{x |-1 =-f (x ),故f (x )为奇函数. (3)因为当a >1时,f (x )在定义域{x |-1 1-x >1. 解得0 21.已知函数f (x )=log a (x +1)-log a (1-x ),a >0且a ≠1. (1)求f (x )的定义域; (2)判断f (x )的奇偶性并予以证明; (3)当a >1时,求使f (x )>0的x 的解集. 【解析】(1)要使函数f (x )有意义,则? ????x +1>0, 1-x >0,解得-1<x <1. 故所求函数f (x )的定义域为(-1,1). (2)由(1)知f (x )的定义域为(-1,1),且f (-x )=log a (-x +1)-log a (1+x ) =-[log a (x +1)-log a (1-x )]=-f (x ),故f (x )为奇函数. (3)因为当a >1时,f (x )在定义域(-1,1)内是增函数, 所以f (x )>0?x +1 1-x >1,解得0<x <1.所以使f (x )>0的x 的解集是(0,1). 【选做部分】 1.若函数y =f (x )是函数y =a x (a >0且a ≠1)的反函数,且f (2)=1,则f (x )=( ) A .log 2x B .12x C .log 12x D .2x - 2 【解析】由题意知f (x )=log a x ,因为f (2)=1,所以log a 2=1.所以a =2.所以f (x )=log 2x . 2. n n ++1log (n n -+1)等于( ) A.1 B.-1 C.2 D.-2 【答案】B 3.已知函数f (x )=?????log 2x ,x >0, log 12 (-x ),x <0,若af (-a )>0,则实数a 的取值范围是( ) A .(-1,0)∪(0,1) B .(-∞,-1)∪(1,+∞) C .(-1,0)∪(1,+∞) D .(-∞,-1)∪(0,1) 【解析】 若a >0,则af (-a )=a log 12 a >0?log 12 a >0?0 若a <0,则af (-a )=a log 2(-a )>0?log 2(-a )<0?-a <1?-1 4.设函数f (x )=log a |x |在(-∞,0)上单调递增,则f (a +1)与f (2)的大小关系是( ) A .f (a +1)>f (2) B .f (a +1) C .f (a +1)=f (2) D .不能确定 【解析】由已知得0f (2).【答案】A 5.已知函数f (x )满足:当x ≥4时,1()()2 x f x =;当x <4时,f (x )=f (x +1).则f (2+lo g 23)的值为 ( ) A.124 B.112 C.18 D.38 【解析】因为3<2+log 23<4,故f (2+log 23)=f (2+log 23+1)=f (3+log 23).又3+log 23>4, 故f (3+log 23)=????123+log23=????123·13=1 24 . 【答案】A 6. 已知函数f (x )=||lg x ,若a ≠b ,且f (a )=f (b ),则a +b 的取值范围是 ( ) A.(1,+∞) B.[)1,+∞ C .(2,+∞) D.[)2,+∞ 7.已知函数f (x )=log a (2x +b -1)(a >0,a ≠1)的图象如图所示,则a ,b 满足的关系是( ) A .0 B .0 1<1 C .0 D .0 1<1 【解析】由函数图象可知,f (x )为单调递增函数,故a >1.函数图象与y 轴的交点坐标为(0, log a b ),由函数图象可知-1 a < b <1. 【答案】A 8.已知函数f (x )=log a (2x -a ),在区间12[,]23 上恒有f (x )>0,则实数a 的取值范围是( ) A .1(,1)3 B .1[,1)3 C .2(,1)3 D .2[,1)3 【解析】当00,即0<43-a <1,解得13 3,故1 上是增函数,所以log a (1-a )>0,即1-a >1,解得a <0,此时无解.综上所述,实数a 的取值范围是1(,1)3 . 【答案】A