• 根式和根式函数


    前言

    根式函数一般指被开方数中含有自变量的函数,涉及到根式函数的性质的研究,我们常观察所给的根式函数的结构特征,可以考虑代数换元法或者三角换元法,函数性质法,分子或者分母有理化,数形结合法等;万一这些思路都失效时,就可以考虑借助终极方法[导数法]来解决。

    (x=cfrac{apmsqrt{a^2+2}}{2})的正负判断;

    典例剖析

    例1已知函数(f(x)=left{egin{array}{l}{2^{-x}+1,xleqslant 0}\{-sqrt{x},x>0}end{array} ight.),则(f(x+1)-9leqslant 0)的解集为__________。

    分析:由题目可知,(f(x+1)=left{egin{array}{l}{2^{-(x+1)}+1,x+1leqslant 0}\{-sqrt{x+1},x+1>0}end{array} ight.)

    (f(x+1)=left{egin{array}{l}{2^{-(x+1)}+1,xleqslant -1}\{-sqrt{x+1},x>-1}end{array} ight.)

    (f(x+1)-9leqslant 0)等价于以下两个不等式组:

    (①left{egin{array}{l}{xleqslant -1}\{2^{-(x+1)}+1-9leqslant 0}end{array} ight.)(②left{egin{array}{l}{x>-1}\{-sqrt{x+1}-9leqslant 0}end{array} ight.)

    解①得到,(-4leqslant xleqslant -1);解②得到,(x>-1)

    综上可知,解集为([-4,+infty))

    注意:无理不等式(-sqrt{x+1}-9leqslant 0)的解法;变形为(-sqrt{x+1}leqslant 9)后,不能两边平方,此时只需要满足(x+1geqslant 0)让根式有意义即可;即其解集为([-1,+infty))

    例2求函数(f(x)=x-sqrt{2-x})的值域。

    [法1]:代数换元法,先求定义域为((-infty,2])

    (sqrt{2-x}=tge 0),则(x=2-t^2),故原函数可以转化为(f(x)=g(t)=2-t^2-t(tge0)=2-(t^2+t+cfrac{1}{4})-cfrac{1}{4}=cfrac{9}{4}-(t+cfrac{1}{2})^2)

    故在([0,+infty))上单调递减,(f(x)_{max}=g(t)_{max}=g(0)=2),故值域为((-infty,2])

    [法2]:利用单调性,直接从函数解析式分析,

    函数(f(x)=x-sqrt{2-x})在定义域((-infty,2])上单调递增,故(f(x)_{max}=f(2)=2)。故值域为((-infty,2])

    解后反思:对于形如(f(x)=ax+bpm sqrt{cx+d})型的函数求值域,用代数换元法总能将其转化为二次函数在限定区间上的值域问题,因此法1是通用方法;而法2的适用性有一定的限制。

    例3求函数(f(x)=x+sqrt{1-x^2})的值域。

    分析:求定义域得到(xin[-1,1]),故做三角换元令(x=cos heta, hetain[0,pi])

    则函数(f(x)=x+sqrt{1-x^2}=cos heta+sqrt{1-cos^2 heta})

    (=cos heta+|sin heta|=sin heta+cos heta)(=sqrt{2}sin( heta+cfrac{pi}{4})in[-1,sqrt{2}])

    故函数的值域为([-1,sqrt{2}])

    例4求函数(f(x)=x-sqrt{2-x^2})的值域.

    提示:定义域为(xin[-sqrt{2},sqrt{2}]),故令(x=sqrt{2}cos heta),且( hetain [0,pi])

    那么原函数转化为(f(x)=x-sqrt{2-x^2}=sqrt{2}cos heta-sqrt{2}sin heta=2cos( heta+cfrac{pi}{4})in [-2,sqrt{2}])

    例5函数(y=f(x)=x+sqrt{-x^2+10x-23})的最小值;

    [法1]:原函数可以转化为(y=x+sqrt{2-(x-5)^2})

    由于(2-(x-5)^2geqslant 0),得到(|x-5|leqslant sqrt{2})

    (x-5=sqrt{2}cosalpha),则(alphain [0,pi]),且(x=sqrt{2}cosalpha+5),

    (y=x+sqrt{2-(x-5)^2}=sqrt{2}cosalpha+5+sqrt{2sin^2alpha})

    (=sqrt{2}cosalpha+5+sqrt{2}sinalpha=2sin(alpha+cfrac{pi}{4})+5)

    由于(alphain [0,pi]),则(sin(alpha+cfrac{pi}{4})in [-cfrac{sqrt{2}}{2},1])

    (y_{min}=5-sqrt{2})(y_{max}=7)

    [法2]:令(-x^2+10x-23geqslant 0),得到函数的定义域为([5-sqrt{2},5+sqrt{2}])

    又由于(y=-x^2+10x-23=-(x-5)^2+2),故原函数必然在区间([5-sqrt{2},5])上单调递增,甚至能延伸到区间([5-sqrt{2},x_0])(x_0>5),在区间([x_0,5+sqrt{2}])上单调递减,

    故其最小值必然(f(x)_{min}=min{f(5-sqrt{2}),f(5+sqrt{2})}),又(f(5-sqrt{2})=5-sqrt{2})(f(5+sqrt{2})=5+sqrt{2})

    (f(x)_{min}=5-sqrt{2}).

    解后反思:一般而言,对于形如(y=ax+bpm sqrt{ax^2+dx+e})型的常可以考虑三角换元;

    例6函数(y=sqrt{x^2+9}+sqrt{x^2-8x+41})的最小值为________________。

    分析:借助平面内两点间距离公式,将函数转化为(y=sqrt{(x-0)^2+(0-3)^2}+sqrt{(x-4)^2+(0-5)^2})

    所给函数可以看作是点(P(x,0))到两定点(A(0,3))(B(4,5))的距离之和,即在(x)轴上求一点(P),使之到(x)轴同侧两点(A)(B)的距离之和最小,

    (A)点关于(x)轴的对称点(A'(0,-3)),故(|PA|+|PB|=|PA'|+|PB|geqslant |A'B|=4sqrt{5}),故所求最小值为(4sqrt{5})

    解后反思:一般而言,对于形如(y=sqrt{ax^2+bx+c}pm sqrt{dx^2+ex+f})型的常可以考虑数形结合;

    例7(f(x)=sqrt{x-2}+sqrt{x^2-2x+4})的最小值与(g(x)=sqrt{x+a}-sqrt{x-a}(a>0))的最大值相等,则(a)的值为【】

    $A.1$ $B.sqrt{2}$ $C.2$ $D.2sqrt{2}$

    分析:函数(f(x))的定义域为([2,+infty)),由于函数(y=sqrt{x-2})([2,+infty))上单调递增,函数(y=sqrt{x^2-2x+4})([2,+infty))上单调递增,

    则函数(f(x))([2,+infty))上单调递增,故(f(x)_{min}=f(2)=2)

    又由于函数(g(x)=sqrt{x+a}-sqrt{x-a}(a>0))的定义域为([a,+infty)),下面研究其单调性;

    思路一:分子有理化,函数(g(x)=sqrt{x+a}-sqrt{x-a}=cfrac{sqrt{x+a}-sqrt{x-a}}{1})

    (=cfrac{(sqrt{x+a}-sqrt{x-a})(sqrt{x+a}+sqrt{x-a})}{sqrt{x+a}+sqrt{x-a}})(=cfrac{2a}{sqrt{x+a}+sqrt{x-a}})

    故函数(g(x))在定义域([a,+infty))上单调递减;

    思路二:导数法,(g'(x)=cfrac{1}{2sqrt{x+a}}-cfrac{1}{2sqrt{x-a}}=cfrac{1}{2}cdot cfrac{sqrt{x-a}-sqrt{x+a}}{sqrt{x+a}cdot sqrt{x-a}}<0)恒成立,

    故函数(g(x))在定义域([a,+infty))上单调递减;

    (g(x)_{max}=g(a)=sqrt{2a}),由题可知,(2=sqrt{2a}),解得(a=2),故选(C)

    解后反思:一般而言,对于形如(y=sqrt{ax+b}pm sqrt{cx^2+dx+e})型的常可以考虑单调性性质法;形如(y=sqrt{x+a}pm sqrt{x-a})型可以考虑分子有理化,单调性性质法,导数法;

    例7化简:(sqrt{2+2cos8}+2sqrt{1-sin8})

    分析:如果你能注意到(8=2 imes 4),则可能想到利用二倍角公式,想办法将被开方数凑成一个完全平方数的形式,

    原式(=sqrt{2}sqrt{1+cos8}+2sqrt{1-sin8})

    (=sqrt{2}sqrt{2cos^24}+2sqrt{sin^24+cos^24-2sin4cdot cos4})

    (=2|cos4|+2sqrt{(sin4-cos4)^2})

    (=2|cos4|+2|sin4-cos4|)

    (=-2cos4-2(sin4-cos4)=-2sin4)

    反思总结:(4radapprox 229^{circ}),终边在第三象限的后半段,此时(cos4>sin4)

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