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对勾函数

对勾函数是一种类似于反比例函数的一般双曲函数,是形如(ab>0)的函数。对勾函数是由正比例函数和反比例函数叠加而得的函数,其图象是两个勾,位于直线x=0和直线y=ax之间,无限地与直线靠近,但永远也不能相交。“对勾函数”这个名称由其图象而得,又被称为“双勾函数”“勾函数”“对号函数”“双飞燕函数”等,常见a=b=1。

对勾函数的一些妙用可体现在:基本不等式中的应用、二次不等式恒成立中的应用、对勾函数处理二次函数根的分布问题。

函数定义

所谓的对勾函数(双曲函数),是形如(a\u003e0,b\u003e0)的函数。

性质

图像

对勾函数是数学中一种常见而又特殊的函数,见图示,在作图时最好画出渐近线。在第一象限内,其转折点为

最值

当x\u003e0时,有最小值(这里为了研究方便,规定a\u003e0,b\u003e0),也就是当时,f(x)取最小值。

奇偶和单调性

奇偶性

对勾函数是函数奇偶性

单调性

令,那么:

增区间:{x|x≤-k}和{x|x≥k};减区间:{x|-k≤x\u003c0}和{x|0\u003cx≤k}

变化趋势:在y轴左边先增后减,在y轴右边先减后增,是两个勾。

渐近线

对勾函数的图像是分别以y轴和y=ax为渐近线的两支曲线,且图像上任意一点到两条渐近线的距离之积恰为渐近线夹角(0-180°)的正弦值与|b|的乘积。

注:对勾函数的图像是双曲线。实际上该图像是轴对称的,并可以通过双曲线的标准方程通过旋转角度得到。

均值不等式

对勾函数性质的研究离不开均值不等式。说到均值不等式,其实也是根据二次函数得来的。我们都知道

展开,得,即 .

两边同时加上2ab,整理得,

两边开平方,就得到了均值定理的公式:

将 中 看做a,看做b代入上式,得

这里有个规定:当且仅当ax=b/x时取到最小值,解出x=sqrt(b/a),对应的f(x)=2sqrt(ab)。我们再来看看均值不等式,它也可以写成这样:(a+b)/2≥sqrt(ab),前式大家都知道,是求平均数的公式。那么后面的式子呢?也是平均数的公式,但不同的是,前面的称为算术平均数,而后面的则称为几何平均数,总结一下就是算术平均数绝对不会小于几何平均数。

导数求解

其实用导数也可以研究对函数的性质。不过首先要会负指数幂的换算,这也很简单,但要熟练掌握。举几个例子:,。x为分母的时候可以转化成负指数幂。那么就有,求导方法一样,求得的导函数为,令f'(x)=0,计算得到,结果仍然是,如果需要的话算出f(x)就行了。平时做题的时候用导数还是均值定理,就看你喜欢用哪个了。不过注意均值定理最后的讨论,有时ax≠b/x,就不能用均值定理了。

上述研究都是建立在x\u003e0的基础上的,不过对勾函数是函数奇偶性,所以研究出正半轴图像的性质后,自然能补出对称的图像。如果出现平移了的问题(图像不再规则),就先用平移公式或我总结出的平移规律还原以后再研究,这个能力非常重要,一定要多练,争取做到特别熟练的地步。

事实上,利用将对勾函数进行选择可以得到标准的双曲线方程。也就是说,对勾函数是双曲线,这个利用二阶矩阵的变换也是可以得到的。

另外对于圆锥曲线,它只可能是以下几种情况:圆,椭圆,双曲线,抛物线,或者是两条直线。

由对勾函数的图像看出来,非双曲线莫属了。

其它解法

面对这个函数 f(x)=ax+b/x,我们应该想得更多,需要我们深入探究:⑴它的单调性与奇偶性有何应用?而值域问题恰好与单调性密切相关,所以命题者首先想到的问题应该与值域有关;⑵函数与方程之间有密切的联系,所以命题者自然也会想到函数与方程思想的运用;⑶众所周知,双曲线中存在很多定值问题,所以很容易就想到定值的存在性问题。因此就由特殊引出了一般结论;继续拓展下去,用所猜想、探索的结果来解决较为复杂的函数最值问题。能否与均值有关系。

重点

对勾函数的一般形式是:

(a\u003e0) 不过在高中文科数学中a值多半仅为1,b值不定。理科数学变化更为复杂。

定义域为(-∞,0)∪(0,+∞)

值域

当x\u003e0,有,有最小值是

当x\u003c0,有x=-根号b/根号a,有最大值是:

对勾函数的解析式为y=x+a/x(其中a\u003e0),它的单调性讨论如下:

设x1\u003cx2,则

下面分类进行讨论:

⑴当时,,所以,即,所以函数在上是增函数

⑵当 时,,所以,即,所以函数在上是减函数

⑶当 时,,所以,即,所以函数在(0,根号a)上是减函数

⑷当 时,,所以,即,所以函数在(根号a,+∞)上是增函数

解题时常利用此函数的单调性求最大值(max)与最小值(min)。

例题

2006年高考上海市数学试卷(理工农医类)

已知函数 有如下性质:如果常数a\u003e0,那么该函数在 上是减函数,在,上是增函数.

⑴如果函数 (x\u003e0)的值域为 [6,+∞),求b 的值;

⑵研究函数 (常数c \u003e0)在定义域内的单调性,并说明理由;

⑶对函数 和(常数a \u003e0)作出推广,使它们都是你所推广的函数的特例.研究推广后的函数的单调性(只须写出结论,不必证明),并求函数(n是正整数)在区间上的最大值和最小值(可利用你的研究结论)

参考资料

..2024-01-10

..2024-01-10