函数的值域
值域的基本概念
数学定义
定义是数学中精确描述概念、术语含义的陈述。理解定义是学习数学的基础,每个数学概念都有其严格的定义。
值域(Range) 是指函数所有可能的函数值组成的集合,通常用 R(f) 或 R 表示。
对于函数 y=f(x),值域就是所有可能的 y 值的集合。
求函数值域的方法
1. 直接法(观察法)
对于简单的函数,可以通过观察函数的性质直接得出值域。
例1:求函数 f(x)=x2(x∈R)的值域。
解:因为 x2≥0 对所有实数 x 成立,且当 x 取遍所有实数时,x2 可以取到所有非负实数。
因此,值域为 [0,+∞)。
2. 配方法
对于二次函数,通过配方可以找到函数的最值,从而确定值域。
例2:求函数 f(x)=x2−4x+5(x∈R)的值域。
解:将函数配方: f(x)=x2−4x+5=(x−2)2+1
因为 (x−2)2≥0,所以 f(x)=(x−2)2+1≥1。
当 x=2 时,f(x) 取得最小值 1。
因此,值域为 [1,+∞)。
3. 换元法(反函数法)
通过设 y=f(x),解出 x=g(y),然后根据 x 的定义域确定 y 的范围。
例3:求函数 f(x)=x−2x+1(x=2)的值域。
解:设 y=x−2x+1,解关于 x 的方程:
y(x−2)=x+1 yx−2y=x+1 yx−x=2y+1 x(y−1)=2y+1
当 y=1 时,x=y−12y+1。
由于原函数的定义域要求 x=2,所以: y−12y+1=2 2y+1=2(y−1) 2y+1=2y−2 1=−2
这个不等式恒成立,所以 y 可以取除 1 以外的所有实数。
因此,值域为 (−∞,1)∪(1,+∞)。
4. 单调性法
利用函数的单调性确定函数在给定区间上的最值,从而求出值域。
例4:求函数 f(x)=2x−1(x∈[1,3])的值域。
解:函数 f(x)=2x−1 是递增函数。
在区间 [1,3] 上:
- 当 x=1 时,f(1)=2×1−1=1
- 当 x=3 时,f(3)=2×3−1=5
因此,值域为 [1,5]。
5. 图像法
通过观察函数图像确定函数值的范围。
例5:求函数 f(x)=4−x2 的值域。
解:首先确定定义域:4−x2≥0,即 x2≤4,所以 x∈[−2,2]。
因为 0≤4−x2≤4(当 x∈[−2,2] 时),所以: 0≤4−x2≤2
- 当 x=±2 时,f(x)=0
- 当 x=0 时,f(x)=2
因此,值域为 [0,2]。
常见函数的值域
| 函数类型 | 一般形式 | 值域 |
|---|
| 一次函数 | f(x)=ax+b(a=0) | R |
| 二次函数 | f(x)=ax2+bx+c(a>0) | [4a4ac−b2,+∞) |
| 二次函数 | f(x)=ax2+bx+c(a<0) | (−∞,4a4ac−b2] |
| 反比例函数 | f(x)=xk(k=0) | (−∞,0)∪(0,+∞) |
| 指数函数 | f(x)=ax(a>1) | (0,+∞) |
| 对数函数 | f(x)=logax(a>1) | R |
练习题
练习 1
某商品的销售量 Q(件)与价格 P(元)之间存在函数关系 Q=200−10P,其中价格 P 的取值范围是 [5,15] 元。
- 求该函数的定义域和值域
- 当价格为 8 元时,销售量是多少?
- 若要使销售量不少于 100 件,价格应控制在什么范围内?
参考答案 (2 个标签)
函数值域 应用题
解题思路: 这是一道应用题,需要结合实际意义理解函数的定义域和值域,并进行相关计算。
详细步骤:
定义域和值域:
- 定义域已给出:P∈[5,15]
- 当 P=5 时,Q=200−10×5=150
- 当 P=15 时,Q=200−10×15=50
- 因为函数 Q=200−10P 在定义域上单调递减,所以值域为 [50,150]
当价格为 8 元时的销售量: Q=200−10×8=200−80=120(件)
销售量不少于 100 件的价格范围: 需要求解不等式:200−10P≥100 200−100≥10P 100≥10P P≤10
结合原定义域 [5,15],得到价格应控制在 [5,10] 元范围内。
答案:
- 定义域:[5,15],值域:[50,150]
- 当价格为 8 元时,销售量是 120 件
- 价格应控制在 [5,10] 元范围内
练习 2
用配方法求函数 f(x)=−x2+4x−1 的值域。
参考答案 (3 个标签)
函数值域 配方法 二次函数
解题思路: 对二次函数进行配方,找到顶点,确定最值,从而求出值域。
详细步骤:
将函数配方: f(x)=−x2+4x−1 =−(x2−4x)−1 =−(x2−4x+4−4)−1 =−(x−2)2+4−1 =−(x−2)2+3
分析:
- 因为 (x−2)2≥0,所以 −(x−2)2≤0
- 因此 f(x)=−(x−2)2+3≤3
- 当 x=2 时,f(x) 取得最大值 3
- 当 x 趋向于 ±∞ 时,f(x) 趋向于 −∞
答案:值域为 (−∞,3]
练习 3
用换元法求函数 f(x)=x+32x−1(x=−3)的值域。
参考答案 (2 个标签)
函数值域 换元法
解题思路: 设 y=f(x),解出 x 关于 y 的表达式,然后根据 x 的定义域确定 y 的范围。
详细步骤:
设 y=x+32x−1,解关于 x 的方程:
y(x+3)=2x−1 yx+3y=2x−1 yx−2x=−1−3y x(y−2)=−1−3y
当 y=2 时: x=y−2−1−3y=2−y1+3y
由于原函数的定义域要求 x=−3,所以: 2−y1+3y=−3
解这个不等式:
1+3y=−3(2−y)
1+3y=−6+3y
1=−6
这个不等式恒成立,所以 y 可以取除 2 以外的所有实数。
验证 y=2 是否可能: 当 y=2 时,原方程变为 x(2−2)=−1−3×2,即 0=−7,无解。
答案:值域为 (−∞,2)∪(2,+∞)
练习 4
已知函数的图像如下表所示,请写出该函数的解析式,并求其定义域和值域。
参考答案 (3 个标签)
函数值域 表格法 函数解析式
解题思路: 观察表格中 x 和 y 的对应关系,寻找规律,确定函数的解析式。
详细步骤:
观察数据规律:
- 当 x=0 时,y=0
- 当 x=±1 时,y=1
- 当 x=±2 时,y=4
发现 y=x2,验证:
- (−2)2=4 ✓
- (−1)2=1 ✓
- 02=0 ✓
- 12=1 ✓
- 22=4 ✓
根据表格数据:
- 定义域:{−2,−1,0,1,2}
- 值域:{0,1,4}
答案:
- 解析式:f(x)=x2
- 定义域:{−2,−1,0,1,2}
- 值域:{0,1,4}
总结
本文出现的符号
| 符号 | 类型 | 读音/说明 | 在本文中的含义 |
|---|
| R(f) | 数学符号 | R of f | 函数 f 的值域 |
| R | 数学符号 | R | 函数的值域 |
| y=f(x) | 数学公式 | y equals f of x | 函数的一般表示形式 |
| R | 数学符号 | double-struck R(Real numbers) | 表示实数集 |
| [0,+∞) | 数学符号 | closed interval from 0 to positive infinity | 从0到正无穷的闭区间 |
| (−∞,+∞) | 数学符号 | infinite interval | 表示所有实数的区间记号 |
| (−∞,1)∪(1,+∞) | 数学符号 | union of intervals | 两个区间的并集 |
| (−∞,2)∪(2,+∞) | 数学符号 | union of intervals | 两个区间的并集 |
| [1,+∞) | 数学符号 | closed interval from 1 to positive infinity | 从1到正无穷的闭区间 |
| [1,5] | 数学符号 | closed interval | 包含端点的区间记号 |
| [0,2] | 数学符号 | closed interval | 包含端点的区间记号 |
| (−∞,3] | 数学符号 | half-open infinite interval | 左无穷右闭区间 |
| {x∣x≥1,x=3} | 数学符号 | set notation | 集合表示法 |
中英对照
| 中文术语 | 英文术语 | 音标 | 说明 |
|---|
| 值域 | range | /reɪndʒ/ | 函数值的取值范围 |
| 配方法 | completing the square | /kəmˈpliːtɪŋ ðə skweə/ | 通过配方求二次函数值域的方法 |
| 换元法 | substitution method | /ˌsʌbstɪˈtjuːʃən ˈmeθəd/ | 通过变量替换求函数值域的方法 |
| 单调性 | monotonicity | /ˌmɒnəʉtəˈnɪsɪti/ | 函数在某区间内保持递增或递减的性质 |
| 反函数法 | inverse function method | /ɪnˈvɜːs ˈfʌŋkʃən ˈmeθəd/ | 通过求反函数来确定值域的方法 |
1函数是高等数学的核心概念,本系列文档系统介绍函数的基本概念、性质和应用。
前往课程
数列
数列是高等数学的基石,本系列文档系统介绍数列的基本概念、性质、极限理论及其应用。
开始学习 向量代数和空间解析几何
掌握向量运算和空间中点、线、面的方程及其相互关系。
开始学习