前言
“皮之不存,毛将焉附”,函数的定义域是函数及其性质存在的基础和依托;函数的定义说“函数是非空数集到非空数集的映射”,第一个非空数集就是定义域。所以一提起函数及其性质,我们往往先想到的就是函数的定义域。如果一个函数的定义域是空集,那么这个函数即使给出了所谓的解析式,也是空函数,没有研究的价值,因此数学老师常常强调的一句话就是“定义域优先”。
不同形式
自然定义域,比如给定(g(x)=ln(x-1)),则使得解析式有意义的值都属于定义域,即解(x-1>0)得到定义域为((1,+infty));
限定定义域,比如已知函数(f(x)=2x^2-3sinx),(xin [0,cfrac{pi}{2}]),则这就是限定定义域;
实际问题定义域,比如线段长度为(x),则至少必须满足(x>0);
给出方式
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1、直接给出(限定定义域);如函数(f(x),xin D)
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2、以函数解析式的形式给出(自然定义域);如已知函数(f(x)=lgcfrac{x+2}{x-2}),求其定义域;要知道这个函数的定义域,我们自然需要解不等式(cfrac{x+2}{x-2}>0),由穿针引线法可得定义域为(x)(in)((-infty,-2))(cup)((2,+infty))。
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3、以图像的形式给出,如图所示,函数图像向(x)轴作正射影,就得到定义域;
向(y)轴作正射影,就得到值域。当然,你如果会用图像,那么由此图像还可以解不等式(f(x)>0)或(f(x)leq 0)
- 4、以实际问题给出,比如(x)为某个线段的长度,则隐含(xge 0),自然就不能取负值的。
求定义域
- 如果给定函数解析式,求定义域,转化为解不等式(组);
分析:要使得解析式有意义,须满足(egin{cases}x^2-1ge 0\x-1>0\ln(x-1) eq 0end{cases}),从而解得({xmid x>1且x eq 2}),即定义域为((1,2)cup(2,+infty)).
- 复合函数的定义域
分析:解决这类题目需要牢牢抓住两点:其一接受对应法则(f)作用的(x)和(2x+1)是处于对等位置的,
其二不论是给定函数的定义域还是求解函数的定义域,都是针对单独的自变量(x)而言,
据此可知由于(-1leq xleq 1),故(-1leq 2x+1leq 1),解得函数(f(2x+1))的定义域是(xin [-1,0])。
分析:由上知,函数(f(x))的定义域为(xin(-2,2)),故和自变量(x)对等的(cfrac{x}{2})和(cfrac{2}{x})也必须在这个范围内,
则有(egin{cases} -2<cfrac{x}{2}<2 \ -2<cfrac{2}{x}<2 end{cases}),解得(xin (-4,-1)cup(1,4))。
分析:这里同样你得清楚(x+1)和(2^x-2)是对等的,先由(xin[0,1]),
计算得到(1leq x+1leq 2),故(1leq 2^x-2leq 2),
解得(3leq 2^xleq 4),同时取以2为底的对数得到(log_2^3leq xleq 2),
则所求定义域是(xin [log_2^3,2])。
- 分段函数的定义域
分析:分段函数的定义域是各段函数的定义域的并集,当然值域也是各段函数的值域的并集;
- 抽象函数的定义域(往往和复合函数不分家)
分析:由上面的例子分析可知,所给函数的定义域是([-1,1]),即函数(f(2x+1))的自变量(x)的取值范围是([-1,1]),
故内函数(2x+1)的取值范围这样求解,由(-1leq x leq 1),得到(-2leq 2x leq 2),
所以(-1=-2+1leq 2x+1 leq 2+1=3),又由于(2x+1)和(x)对等(你可以理解为这两个接受同样的纪律约束也行),
所以(f(x))的(x)的取值范围应该是(-1leq xleq 3),故函数(f(x))的定义域是([-1,3])。
分析:本题目的定义域求解应该考虑两层要求,
其一需要解析式(lgcfrac{x^2}{x^2-4})有意义,
即(cfrac{x^2}{x^2-4}>0),解得(x<-2)或(x>2①);
其二,令(x^2-3=t),则(tge -3),则(x^2=t+3),(x^2-4=t-1),
故原函数可以改写为(f(t)=lgcfrac{t+3}{t-1}(tge -3)),
即(f(x)=lgcfrac{x+3}{x-1}(xge -3)),
则在(xge -3)时,还必须(cfrac{x+3}{x-1}>0),解得(x<-3)或(x>1),
故所求定义域必须同时满足条件
(left{egin{array}{l}{x<-2,x>2}\{xge -3}\{x<-3,x>1}end{array} ight.),故定义域为(x>2),即((2,+infty));
总结:上述的解法是错误的,原因是解析式右端(lgcfrac{x^2}{x^2-4})中的(x)与(f(x))中的(x)的内涵不一样,
(f(x))中的(x)与(f(x^2-3))中的(x^2-3)的整体是对等的,故需要先等价转化得到函数的解析式。
【正解】令(x^2-3=t),则(tge -3),则(x^2=t+3),(x^2-4=t-1),
故原函数可以改写为(f(t)=lgcfrac{t+3}{t-1}(tge -3)),
即(f(x)=lgcfrac{x+3}{x-1}(xge -3)),
则在(xge -3)时,还必须(cfrac{x+3}{x-1}>0),解得(x<-3)或(x>1),
故所求定义域必须同时满足条件
(left{egin{array}{l}{xge -3}\{x<-3,x>1}end{array} ight.),故定义域为(x>1),即((1,+infty));
- 三角函数定义域
分析:由题目可知,(|x|leq 5①),且(sinx>cfrac{1}{2}②)
解①得到(-5leq xleq 5);解②得到(2kpi+cfrac{pi}{6}<x<2kpi+cfrac{5pi}{6}(kin Z)),
二者求交集,如右图所示,
得到定义域为([-5,-cfrac{7pi}{6})cup (cfrac{pi}{6},cfrac{5pi}{6}))。
影响要素
- 当函数的图像发生变换时,其定义域和值域常常会随之发生变化,举例说明如下:
比如已知函数(f(x))的定义域是([1,5]),则(xin [1,5])
平移变换:则(f(x+2))的定义域就变成了([-1,3]),原因是(1leq x+2leq 5),解得(xin [-1,3]);
伸缩变换:则(2f(x))的定义域不做变化。
周期变换:则(f(2x))的定义域就变成了([cfrac{1}{2},cfrac{5}{2}]),原因是(1leq 2xleq 5),解得(xin[cfrac{1}{2},cfrac{5}{2}]);
易错警示
- 当题目中明确要求定义域时,一般学生都不会出错,但是在解题中学生又非常容易犯错误,主要原因还是缺乏定义域优先考虑的意识。一般来说,只要是研究函数的问题,不管题目是否要求我们求解定义域,都应该先确定函数的定义域,否则研究的函数就是无源之水,无本之木。
分析:令(g(x)=6-ax),像这类题目既要考虑单调性,还要考虑定义域,学生常犯的错误就是只考虑单调性而不顾及定义域。
由题目可知必有(a>0),故函数(g(x))单调递减,考虑定义域时只要最小值(g(2)>0)即可,解得(6-2a>0),即(a<3),
再考虑外函数必须是增函数,故(a>1),综上可知,解得(1<a<3),故选(D)。
引申:原题目改为在([0,2))上为减函数,则实数(a)的取值范围是(ain (1,3])。
典例剖析
- 如果题目给出了函数的定义域,那么这时往往会转而求函数的其他性质,或者将已知的定义域转化为其他的命题。
分析:由题可知,分母函数(y=mx^2+4mx+3 eq 0)对任意(xin R)都成立,分类讨论如下:
①当(m=0)时,(y=3 eq 0)对任意(xin R)恒成立,故满足题意;
②当(m eq 0)时,结合分母函数的图像可知,必须满足(left{egin{array}{l}{m>0}\{Delta <0}end{array} ight.),
即(left{egin{array}{l}{m>0}\{Delta=(4m)^2-4 imes 3m<0}end{array} ight.),解得(0<m<cfrac{3}{4});
综上所述,(m)的取值范围为([0,cfrac{3}{4}));
分析:(f(3)+f(3)=f(3 imes3)=f(9)=2), (f(x)+f(x-8)=f[x(x-8)]leq 2=f(9)),
等价转化为(egin{cases}x>0\x-8>0\x(x-8)leq 9end{cases}), 解得(8<xleq 9).
易错: 如果 (f(x)+f(x-8)=f[x(x-8)]leq 2=f(9)),转化得到(egin{cases}x(x-8)>0\x(x-8)leq 9end{cases}),这样的转化往往是不等价的,因为(x(x-8)>0)包含了(x>0,x-8>0)和(x<0,x-8<0)两种情形,由此我们得到的经验是求定义域是一般对函数的形式不做变形,
- 因为我们大多做不到等价变形;比如给定函数(y=lgx^2),我们常常会化为(y=2lgx),殊不知这样的变形是错误的,(y=lgx^2)的定义域是((-infty,0)cup(0,+infty)),还是偶函数,而(y=2lgx)的定义域是((0,+infty)),没有奇偶性,其实(y=lgx^2=2lg|x|),有人就纳闷了,我们平时不是经常用公式(log_a;b^n=nlog_a;b),对,没错,但是你注意过公式中的字母取值吗?