前言
函数或曲线恒过定点问题,在高中数学中很常见,也很容易被忽视,如果函数或曲线恒过定点这个隐含条件使用的好,能大大方便我们的解题。
低阶储备
在分析函数恒过定点的问题时,即可以从形的角度[做函数图像+图像变换]来思考,当然更可以从数的角度[直接计算]来思考;一般来说,一个数的问题,往往有与之相应的形的问题和其对应;自然,一个形的问题,往往有与之相应的数的问题和其对应。以下主要从数的角度来计算说明;
①一次函数(y=kx+1)恒过定点((0,1)),由于(x=0)时,不论(k)为何值,都有(y=1),故其恒过定点((0,1));
同理,一次函数(y=k(x-1)+3)恒过定点((1,3)), 由于(x-1=0)时,即(x=1)时,不论(k)为何值,都有(y=3),故其恒过定点((1,3));
正因为这样,当直线经过点((0,1))时,我们常常设其解析式为(y=kx+1),当直线经过点((1,0))时,我们常常设其解析式为(x=ky+1);
②指数函数(y=a^x(a>0,a eq 1))恒过定点((0,1)),理由:当(x=0)时,不论(a)为何值,都有(y=a^0=1),故其恒过定点((0,1));
同理,指数型函数(y=a^{x-2}(a>0,a eq 1))恒过定点((1,1)),理由:当(x-2=0)时,即(x=2)时,不论(a)为何值,都有(y=a^0=1),故其恒过定点((2,1));
指数型函数(y=2^{x-a}+2)恒过定点((a,3)),理由:当(x-a=0)时,即(x=a)时,都有(y=2^0+2=3),故其恒过定点((a,3));
但是注意:指数型函数(y=acdot e^x(a>0))并不恒过定点((0,1)),而是恒过动点((0,a));
③对数函数(y=log_ax(a>0,a eq 1))恒过定点((1,0)),理由:当(x=1)时,都有(y=log_a1=0),故其恒过定点((1,0));
同理,对数型函数(y=log_2{(x-b)})恒过定点((b+1,0)),理由:当(x-b=1)时,即(x=b+1)时,都有(y=log_21=0),故其恒过定点((b+1,0));
④绝对值型函数(y=acdot |x|(a eq 0))恒过定点((0,0));(y=acdot |x-2|(a eq 0))恒过定点((2,0));(y=acdot |x-2|+1(a eq 0))恒过定点((2,1));其中(a)的作用会改变张角的方向和大小;
⑤二次函数(y=acdot x^2(a eq 0))恒过定点((0,0));二次函数(y=acdot x^2+1(a eq 0))恒过定点((1,0));其中(a)的作用会改变抛物线的开口方向和张角大小。
⑥若抽象函数(y=f(x-1)+3)过定点((2,4)),则抽象函数(y=f(x))过定点((1,1));理由:由(f(2-1)+3=4),即可得到(f(1)=1),故(y=f(x))过定点((1,1));
同理,若函数(y=f(x))过定点((2,4)),则函数(y=f(x-1)+3)过定点((3,7));理由:由(f(2)=4),则可知(f(3-1)+3=7),即函数(y=f(x-1)+3)过定点((3,7));
中阶储备
①共点直线系方程;比如求解直线(ax+y-3ay-1=0)所过的定点坐标;
分析:将其整理为共点直线系方程形式:(a(x-3y)+y-1=0),
则直线(ax+y-3ay-1=0)一定经过直线(x-3y=0)和直线(y-1=0)的交点;
由(left{egin{array}{l}x-3y=0\y-1=0end{array} ight.),解得(left{egin{array}{l}x=3\y=1end{array} ight.),
则直线(ax+y-3ay-1=0)所过的定点坐标为((3,1)).
②过定点和动点的抛物线族;
比如,函数(f(x)=(2x-2)(x-a)),则抛物线一定经过定点((1,0))和动点((a,0));
③已知曲线(F_1(x,y)=0),(F_2(x,y)=0)相交于点((x_0,y_0)),则曲线(F_1(x,y)+lambdacdot F_2(x,y)=0)必经过点((x_0,y_0)),
证明:由于曲线(F_1(x,y)=0),(F_2(x,y)=0)相交于点((x_0,y_0)),则其必然满足(F_1(x_0,y_0)=0),(F_2(x_0,y_0)=0),
则(F_1(x_0,y_0)+lambdacdot F_2(x_0,y_0)=0+lambda imes 0=0),故曲线(F_1(x,y)+lambdacdot F_2(x,y)=0)必经过点((x_0,y_0)),
④若曲线(F_1(x,y)+lambdacdot F_2(x,y)=0)必经过点((x_0,y_0)),则定点坐标由方程组(egin{cases}F_1(x,y)=0\F_2(x,y)=0end{cases})求解得到。
⑤圆锥曲线的焦点弦?待思考。
⑥证明直线经过某个定点(2,1),则直线的方程一定可以转化为形如(y-1=m(x-2))的形式,(m)一般为题目中给定的参变量。
高阶储备
函数与导数题型中的函数恒过定点问题,更值得学有余力的同学关注,因为题目中的函数往往是我们自己主动变形后构造的,等吃力的构造好函数,我们一般也就没有精力注意恒过定点问题了。其实此时涉及到的函数往往是上述的简单函数的代数和,而且大多情形下,参与代数和的几个函数都是零点相同的,比如函数(g(x)=lnx+1-x),我们可以认为其由函数(y_1=lnx)和函数(y_2=1-x)相加得到,两个子函数的零点都是(x=1),故我们应该很容易看出来(g(1)=0);
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再比如函数(g(x)=ln(x-1)+2-x),我们应该看出来(g(2)=0);
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再比如已知(lambda(x-1)-2lnx ge 0)对任意(xin(0,1])恒成立,若令(h(x)=lambda(x-1)-2lnx),你就应该看出来(h(1)=0);
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再比如函数(h(t)=2e^{t-frac{1}{2}}-cfrac{1}{t}),则(h(cfrac{1}{2})=0);
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再比如函数(f(x)=e^{x-1}-lnx-1),则有(f(1)=0);
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再比如函数(f(x)=2x+1+e^{x+1}),则有(f(-1)=0);
典例剖析
法1:从数的角度思考分析,类比(y=kx+1)恒过定点((0,1))的方法思路,令(y=0),得到(x^2=1),故上述曲线恒过定点((pm 1,0));
法2:从形的角度思考分析,变形得到(cfrac{x^2}{1}+cfrac{y^2}{frac{1}{lambda}}=1),用动态的观点思考,当(lambda)变化时,椭圆或者双曲线与(x)轴的交点坐标((-1,0))和((1,0))始终不变,故曲线恒过定点((pm 1,0));
法1:从形入手分析,将函数(y=f(x))的图像关于(y)轴对称得到函数(y=f(-x)),故(y=f(-x))一定经过点((-1,1)),再将函数(y=f(-x))的图像向右平移(4)个单位,得到函数(y=f(4-x))的图像,故函数(y=f(4-x))的图像一定经过点((3,1)).
法2:从数入手分析,由题目可知,(f(1)=1),故对函数(y=f(4-x))而言,令(x=3),则有(f(4-3)=f(1)=1),故函数(y=f(4-x))的图像一定经过点((3,1)).