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三、对数函数的图像与性质

指数与对数 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 形如 $y=\log_a x$ ($a>0$ 且 $a\neq1$) 的函数,其中 $x$ 是自变量,$y$ 是因变量。

从哪来 它建立在一、函数的定义之上,因为对数函数本质是指数函数的反函数,必须满足函数“唯一对应”的定义;同时利用二、函数图像的对称性理解其与指数函数图像关于 $y=x$ 对称的关系;并依赖一、单调性来描述其增减趋势。

为什么 对数运算是指数运算的逆运算。若 $a^x = N$,则 $x = \log_a N$。 1. 定义域:因为指数 $a^x$ 恒大于0,所以真数 $N$(即对数函数的自变量 $x$)必须大于0,故定义域为 $(0, +\infty)$。 2. 值域:指数 $x$ 可以取任意实数,所以值域为 $\mathbb{R}$。 3. 单调性:由指数函数 $y=a^x$ 的单调性决定。当 $a>1$ 时,指数函数递增,其反函数(对数函数)也递增;当 $0定点:因为 $a^0=1$,所以 $\log_a 1 = 0$,图像必过点 $(1, 0)$。

逆向思维法(适合逻辑推理能力强、擅长代数变形的学生)** 从指数函数 $y=a^x$ 出发,强调“互换 $x, y$ 位置”得到 $x=a^y$,再解出 $y=\log_a x$。 * **步骤
1. 画出 $y=2^x$ 的图像。 2. 指出反函数图像关于 $y=x$ 对称。 3. 让学生通过描点法(如 $x=1, y=0$; $x=2, y=1$; $x=4, y=2$)画出 $y=\log_2 x$。 4. 对比两图,发现 $y=\log_2 x$ 是 $y=2^x$ 关于 $y=x$ 的镜像。 * 核心:利用函数图像的对称性这一前置知识,将陌生的对数图像转化为熟悉的指数图像来理解。
表格描点法(适合直观形象思维好、对抽象推导感到困难的学生)** 直接通过计算具体数值,观察规律。 * **步骤
1. 列表:取 $x$ 值为 $1/2, 1, 2, 4$(底数取2)。 2. 计算 $y$ 值:$-1, 0, 1, 2$。 3. 在坐标系中描出这些点。 4. 用平滑曲线连接,观察曲线走向。 5. 换底数 $1/2$,重新列表描点,对比两条曲线的差异。 * 核心:通过具体数据感知单调性,避免一开始就陷入抽象定义。
生活类比法(适合对数学应用感兴趣、需要建立数感的学生)** 用“复利计算”或“声音分贝”做类比。 * **步骤
1. 提问:如果本金1元,年利率100%,几年后变成2元?($1 \times 2^x = 2 \Rightarrow x=1$);变成4元呢?($x=2$)。 2. 引导:已知结果(金额),求时间(指数),这个过程就是对数。 3. 画图:横轴是金额($x$),纵轴是时间($y$)。 4. 观察:金额翻倍,时间增加固定值;金额增加相同倍数,时间增加相同值。 * 核心:理解对数函数是“已知幂求指数”的过程,强化函数的定义中自变量与因变量的关系。
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练一道
基础题
求函数 $y = \log_2 (x - 1)$ 的定义域和值域,并指出其图像经过的定点。
变式
比较大小:$\log_2 3$ 与 $\log_3 2$。
看解答过程
1. 定义域:对数函数的真数必须大于0。 即 $x - 1 > 0$,解得 $x > 1$。 所以定义域为 $(1, +\infty)$。 2. 值域:对数函数的值域恒为全体实数。 所以值域为 $\mathbb{R}$。 3. 定点:令真数部分为1,即 $x - 1 = 1 \Rightarrow x = 2$。 此时 $y = \log_2 1 = 0$。 所以图像经过定点 $(2, 0)$。
试试手自己判
检测题
已知函数 $f(x) = \log_a x$ ($a>0, a\neq1$) 的图像经过点 $(4, 2)$。 (1) 求 $a$ 的值; (2) 判断函数 $f(x)$ 在 $(0, +\infty)$ 上的单调性,并说明理由。
看答案和判分标准
答案:(1) $a=2$ (2) 单调递增。理由:因为 $a=2>1$,根据对数函数性质,当底数大于1时,函数在定义域内单调递增。
判对标准:
1. 第一问:正确代入 $(4,2)$ 得到 $2 = \log_a 4$,进而得出 $a^2=4$,解得 $a=2$(舍去负值)。得2分。
2. 第二问:明确指出 $a=2>1$,并引用“底数大于1时单调递增”的性质。得2分。
3. 若只写结论未写理由,扣1分;若 $a$ 算错但单调性判断逻辑正确(基于错误的 $a$),给1分。
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