第5章 函数的概念、性质及应用

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1函数的概念与定义域

教材概念
教材原文

设 A、B 是非空实数集,如果按照某种确定的对应关系 f,使对于集合 A 中的任意一个数 x,在集合 B 中都有唯一确定的数 y 和它对应,那么就称 f: A → B 为从集合 A 到集合 B 的一个函数,记作 y = f(x),x ∈ A。

其中 x 叫做自变量,x 的取值范围 A 叫做函数的定义域;与 x 对应的 y 值叫做函数值,函数值的集合 {f(x) | x ∈ A} 叫做函数的值域。

函数三要素:定义域、值域、对应法则。

概念解读
"唯一确定"四个字的深意

① 一对一是关键——教材定义中最重要的是"唯一确定":给定一个 x,必须对应唯一的 y。这就是为什么 y² = x 不是函数(x = 1 时 y = 1 或 −1,不唯一),而 y = x² 是函数。

② 三要素中最重要的是定义域——定义域和对应法则一旦确定,值域也就确定了。所以判断两个函数是否为同一函数,只需看定义域和对应法则是否都相同,与"用什么字母表示自变量"无关。

③ 求定义域的常见限制条件(必须全部考虑):

  • 分式的分母 ≠ 0;
  • 偶次根式的被开方数 ≥ 0;
  • 对数的真数 > 0,底数 > 0 且 ≠ 1;
  • 零次幂或负指数幂的底数 ≠ 0;
  • 实际问题还要考虑实际意义(如长度、时间 > 0)。

👉 口诀:分母不为零,偶根被开非负,对数真数正,底零幂底非零。

① 函数的"映射"本质:每个 x 只对应一个 y

定义域 A x₁ x₂ x₃ x₄ x₅ 值域 B y₁ y₂ y₃ 每个 x 都对应唯一的 y(允许多个 x 对应同一个 y)
要点:函数允许多个 x 对应同一个 y(如 y = x² 中 x = 1 与 x = −1 都对应 y = 1),但不允许一个 x 对应多个 y。这是函数与"一般对应"的本质区别。

② 判断两个函数是否为同一函数:定义域 + 对应法则

同一函数 ✓ f(x) = x + 1 与 g(t) = t + 1 定义域都是 R,对应法则相同(字母无关) 不同函数 ✗ f(x) = x 与 g(x) = x²/x g(x) 定义域为 x ≠ 0,f(x) 定义域为 R 关键 先看定义域是否一致,再看对应法则——两者缺一不可

③ 求定义域的五种常见限制

① 分式 分母 ≠ 0,例:1/(x−2) 需 x ≠ 2 ② 偶次根式 被开方数 ≥ 0,例:√(x−1) 需 x ≥ 1 ③ 对数 真数 > 0,底数 > 0 且 ≠ 1 ④ 零次幂 底数 ≠ 0,例:(x−1)⁰ 需 x ≠ 1 ⑤ 实际问题 还需考虑实际意义,例:长度 > 0
要点:求定义域时,把所有限制条件列成不等式组求交集。多个限制同时出现时,任何一个不满足都会导致无意义。
典型习题(先做,再看答案)
例 1
求函数 f(x) = √(x − 1)/(x − 2) + lg(3 − x) 的定义域。
💡 提示:同时考虑根式、分式、对数三个条件。
答案与详解
列出所有限制条件
· 偶次根式:x − 1 ≥ 0 ⟹ x ≥ 1;
· 分式分母:x − 2 ≠ 0 ⟹ x ≠ 2;
· 对数真数:3 − x > 0 ⟹ x < 3。
求交集
x ≥ 1 且 x ≠ 2 且 x < 3
即:1 ≤ x < 3 且 x ≠ 2
定义域为 [1, 2) ∪ (2, 3)。
例 2
下列函数中,与函数 y = x 表示同一函数的是(  )
A. y = (√x)²  B. y = ∛(x³)  C. y = x²/x  D. y = √(x²)
💡 提示:比较定义域和对应法则,两者都相同才是同一函数。
答案与详解

y = x 的定义域为 R,对应法则为"x 对应 x"。

A. y = (√x)²:定义域为 x ≥ 0(因为 √x 要求 x ≥ 0),与 R 不同。✗
B. y = ∛(x³):定义域为 R。化简 ∛(x³) = x(奇次开方不需要绝对值),对应法则与 y = x 一致。✓
C. y = x²/x:定义域为 x ≠ 0,与 R 不同。✗
D. y = √(x²):定义域为 R,但 √(x²) = |x| ≠ x(当 x < 0 时)。对应法则不同。✗
答案:B。
例 3
已知 f(x) = x² + 1,求 f(f(0)) 的值。
💡 提示:先算内层 f(0),再把结果代入外层。
答案与详解
第一步:内层
f(0) = 0² + 1 = 1
第二步:外层
f(f(0)) = f(1) = 1² + 1 = 2
答案:f(f(0)) = 2。
易错题(具体例子)
易错点 1 · 定义域漏掉某个限制条件

求函数 f(x) = √(x + 2)/(x² − 1) + (x − 1)⁰ 的定义域。

错误做法:只考虑根式 x + 2 ≥ 0 得 x ≥ −2,忽略其他条件。

正确做法:三个条件全考虑——
· 根式:x + 2 ≥ 0 ⟹ x ≥ −2;
· 分式:x² − 1 ≠ 0 ⟹ x ≠ ±1;
· 零次幂:(x − 1)⁰ 的底数 ≠ 0 ⟹ x ≠ 1。
综合:x ≥ −2 且 x ≠ ±1 且 x ≠ 1,即 x ≥ −2 且 x ≠ ±1。
定义域为 [−2, −1) ∪ (−1, 1) ∪ (1, +∞)。
易错点 2 · 化简后再求定义域(顺序错)

求函数 f(x) = (x² − 1)/(x − 1) 的定义域与化简结果。

错误做法:先化简得 (x²−1)/(x−1) = x + 1,然后认为定义域是 R。

正确做法:先求定义域,再化简。
· 原式要求 x − 1 ≠ 0 ⟹ 定义域为 (−∞, 1) ∪ (1, +∞);
· 在定义域内化简:f(x) = x + 1(x ≠ 1)。
不能因为化简后是 x + 1 就"补"上 x = 1 这一点——原式在 x = 1 处无意义。

📌 口诀:先定义域,后化简。化简只在定义域内进行。

易错点 3 · 误将"值域"当作"B 集合"

设 A = {1, 2, 3},B = {1, 4, 9, 16},对应法则 f: x → x²。问:f 是否构成 A 到 B 的函数?值域是什么?

错误做法:认为值域就是 B = {1, 4, 9, 16}。

正确做法:
· f 构成函数(每个 x 都对应唯一确定的 y);
· 值域 = {f(x) | x ∈ A} = {1², 2², 3²} = {1, 4, 9};
· B = {1, 4, 9, 16} 是目标集,不是值域。16 在 B 中,但 A 中没有元素对应它。

📌 要点:值域是"所有实际取到的函数值",是 B 的子集,不一定等于 B。

2函数的表示法与分段函数

教材概念
教材原文

函数有三种常用表示法:解析法(用数学式子表示)、列表法(用表格列出自变量与函数值的对应)、图像法(用图形表示)。

在定义域内不同区间上用不同解析式表示的函数,叫做分段函数。

分段函数是一个函数,不是多个函数;它的定义域是各段定义域的并集。

概念解读
分段函数的三个要点

① 分段函数是一个函数——虽然它由多个式子组成,但整体是一个函数。做题时必须先判断 x 落在哪一段,再选对应的解析式代入。

② 定义域是各段的并集——各段定义域之间可以有交集吗?一般没有(否则 x 对应多个 y,不满足"唯一确定")。通常按区间的形式分段:如"x < 0 时 y = 2x,x ≥ 0 时 y = x²"。

③ 值域是各段值域的并集——先求每段的值域,再合起来。

👉 关键提醒:求 f(f(a)) 时,一定要先算内层得到结果,再判断结果落在哪一段,选对应解析式求外层。

① 分段函数图像:一函数,多段拼

x y −1 1 1 y = −x (x<0) y = x² (x≥0) 整体是一个函数,定义域为 R
观察要点:
· x < 0 时图像是直线 y = −x(蓝色,从左上到原点);
· x ≥ 0 时图像是抛物线 y = x²(红色,从原点向上翘);
· 两段在原点是"接"上的:当 x → 0⁻ 时 y → 0,且 f(0) = 0,所以函数在原点连续;
· 整体是一个函数,不是两个函数拼凑。

② 判断 x 落在哪一段:三选一

f(x) = x+1 (x<0) | x² (0≤x<2) | 2x (x≥2) x < 0 用 f(x) = x+1 0 ≤ x < 2 用 f(x) = x² x ≥ 2 用 f(x) = 2x 例: f(−1) = −1+1 = 0 f(1) = 1² = 1  f(3) = 2×3 = 6
操作步骤:拿到分段函数,先看自变量落在哪一个区间,再代入对应解析式。特别注意端点归属——同一个 x 不能既属于第一段又属于第二段。
典型习题(先做,再看答案)
例 1
已知 f(x) = { x + 1,x < 0;x²,x ≥ 0 },求 f(−2),f(0),f(3) 的值。
💡 提示:先判断 x 落在哪一段,再代入对应的解析式。
答案与详解
f(−2)
−2 < 0,用第一段:f(−2) = −2 + 1 = −1
f(0)
0 ≥ 0,用第二段:f(0) = 0² = 0
f(3)
3 ≥ 0,用第二段:f(3) = 3² = 9
答案:f(−2) = −1,f(0) = 0,f(3) = 9。
例 2
已知 f(x) = { x + 1,x < 0;x²,x ≥ 0 },求 f(f(−2)) 的值。
💡 提示:先算内层 f(−2),再判断结果落在哪一段,代入外层。
答案与详解
第一步:算内层 f(−2)
−2 < 0,用第一段:f(−2) = −2 + 1 = −1
第二步:算外层 f(−1)
−1 < 0,仍用第一段:f(−1) = −1 + 1 = 0
答案:f(f(−2)) = 0。
例 3
已知 f(x) = { x + 1,x < 0;x²,x ≥ 0 },求 f(f(−1)) 的值。
💡 提示:注意这次内层结果是 0,落在第二段。
答案与详解
第一步:算内层 f(−1)
−1 < 0,用第一段:f(−1) = −1 + 1 = 0
第二步:算外层 f(0)
0 ≥ 0,用第二段:f(0) = 0² = 0
答案:f(f(−1)) = 0。
易错题(具体例子)
易错点 1 · 复合函数没有重新判断区间

已知 f(x) = { x²,x ≥ 0;−x,x < 0 },求 f(f(−2))。

错误做法:算完内层 f(−2) = 2,就接着用第一段的解析式 x² 算 f(2) = 4。
这正好对了,但换个例子就会错。

正确做法:
· 内层:−2 < 0 ⟹ f(−2) = −(−2) = 2;
· 外层:判断 2 ≥ 0,用 x² 段 ⟹ f(2) = 4。
关键:外层代入前必须重新判断结果落在哪一段。
易错点 2 · 分段函数端点归属弄错

已知 f(x) = { x + 1,x < 0;x²,x ≥ 0 },求 f(0)。

错误做法:看到 0 在两段之间,犹豫用哪一段,或写成 f(0) = 0 + 1 = 1。

正确做法:
看端点归属——0 落在"x ≥ 0"这一段(因为 0 ≥ 0 成立),用 x² 段。
f(0) = 0² = 0。

📌 要点:分段函数在分界点处必须有且只有一个值,通过区间的开闭符号确定归属。

易错点 3 · 求分段函数值域时漏段

已知 f(x) = { x + 1,x < 0;x²,x ≥ 0 },求 f(x) 的值域。

错误做法:只算第二段的值域 [0, +∞),忽略第一段。

正确做法:分段求值域再取并集。
· 第一段 x < 0:y = x + 1,当 x < 0 时 y < 1,即 (−∞, 1);
· 第二段 x ≥ 0:y = x²,当 x ≥ 0 时 y ≥ 0,即 [0, +∞)。
值域 = (−∞, 1) ∪ [0, +∞) = (−∞, +∞) = R。

3函数的单调性与奇偶性

教材概念
教材原文

单调性:设函数 f(x) 的定义域为 I,区间 D ⊆ I,如果对 D 内任意两个自变量 x₁, x₂,当 x₁ < x₂ 时:

· 都有 f(x₁) < f(x₂),则称 f(x) 在 D 上单调递增;

· 都有 f(x₁) > f(x₂),则称 f(x) 在 D 上单调递减。

奇偶性:设函数 f(x) 的定义域为 I(必须关于原点对称):

· 若对任意 x ∈ I,都有 f(−x) = −f(x),则称 f(x) 为奇函数,图像关于原点对称;

· 若对任意 x ∈ I,都有 f(−x) = f(x),则称 f(x) 为偶函数,图像关于 y 轴对称。

概念解读
两"性"的关键:都是从定义出发

① 单调性是"局部概念"——单调性必须指明区间。例如 y = 1/x 在 (−∞, 0) 上递减、在 (0, +∞) 上递减,但不能说它在整个定义域上递减。因为取 x₁ = −1 < x₂ = 1,f(x₁) = −1 < f(x₂) = 1,与"递减"矛盾。

② 奇偶性有"定义域对称"这个前提——如果定义域不关于原点对称(例如 [−1, 2]),直接判定"非奇非偶",不需要再看 f(−x) 和 f(x) 的关系。

③ 判断奇偶性的标准步骤:

  1. 检查定义域是否关于原点对称(不对称 → 非奇非偶,结束);
  2. 计算 f(−x);
  3. 比较 f(−x) 与 f(x) 或 −f(x) 的关系;
  4. 得出奇偶性结论。

👉 奇偶性速记:奇函数 f(−x) = −f(x),偶函数 f(−x) = f(x)。也可以记成:奇函数"拿负号出去",偶函数"负号没用"。

① 单调性:图像从左到右是升是降

递增(上升) x₁ < x₂ ⟹ f(x₁) < f(x₂) 递减(下降) x₁ < x₂ ⟹ f(x₁) > f(x₂)
记忆技巧:从左向右看图像——上升是递增,下降是递减。不要只看"函数值正负",也不要只看"图像形状"。

② 奇偶性:图像关于原点还是关于 y 轴对称

奇函数:关于原点对称 O y = x 例:y = x,y = x³ 偶函数:关于 y 轴对称 y = x² 例:y = x²,y = |x|
观察要点:
· 奇函数:图像绕原点转 180° 后不变,f(−x) = −f(x);
· 偶函数:图像沿 y 轴翻折后不变,f(−x) = f(x)。

③ 单调区间不能"合并"——以 y = 1/x 为例

x y = 1/x x₁=−1 x₂=1 虽然 −1 < 1,但 f(−1) = −1 < f(1) = 1,不是"递减"
要点:y = 1/x 在 (−∞, 0) 上递减,在 (0, +∞) 上递减,但不能写"在 (−∞, 0) ∪ (0, +∞) 上递减"。因为跨过分界点时,函数值反而变大了。这提示我们:单调区间不能随意合并。
典型习题(先做,再看答案)
例 1
判断函数 f(x) = x³ + x 的奇偶性。
💡 提示:先检查定义域是否关于原点对称,再计算 f(−x)。
答案与详解
第一步:定义域
f(x) = x³ + x 是整式函数,定义域为 R,关于原点对称。✓
第二步:计算 f(−x)
f(−x) = (−x)³ + (−x) = −x³ − x = −(x³ + x) = −f(x)
f(−x) = −f(x),所以 f(x) 是奇函数。
例 2
判断函数 f(x) = x² 在 [−1, 2] 上的奇偶性。
💡 提示:先看定义域是否对称。
答案与详解
检查定义域对称性
[−1, 2] 关于原点不对称——例如 2 在定义域内,但 −2 不在。
(对称的定义域应形如 [−a, a] 或 (−a, a))
定义域不对称,所以 f(x) = x² 在 [−1, 2] 上既不是奇函数也不是偶函数。
例 3
证明函数 f(x) = x + 1/x 在区间 [1, +∞) 上单调递增。
💡 提示:用定义法——设 1 ≤ x₁ < x₂,证明 f(x₁) − f(x₂) < 0。
答案与详解
第一步:取值
设 1 ≤ x₁ < x₂,则 x₁ − x₂ < 0,x₁x₂ ≥ 1。
第二步:作差、化简
f(x₁) − f(x₂) = (x₁ + 1/x₁) − (x₂ + 1/x₂)
= (x₁ − x₂) + (1/x₁ − 1/x₂)
= (x₁ − x₂) + (x₂ − x₁)/(x₁x₂)
= (x₁ − x₂)·[1 − 1/(x₁x₂)]
第三步:判断符号
· x₁ − x₂ < 0(因为 x₁ < x₂);
· 1 − 1/(x₁x₂):因为 x₁x₂ ≥ 1,所以 1/(x₁x₂) ≤ 1,故 1 − 1/(x₁x₂) ≥ 0。
更严格地,因为 1 ≤ x₁ < x₂,所以 x₁x₂ > 1(不能取等号,因为 x₁ ≠ x₂),
所以 1/(x₁x₂) < 1,即 1 − 1/(x₁x₂) > 0。
第四步:定号
f(x₁) − f(x₂) = (负数)·(正数) < 0,即 f(x₁) < f(x₂)。
所以 f(x) = x + 1/x 在 [1, +∞) 上单调递增。
易错题(具体例子)
易错点 1 · 判断奇偶性时忘记先看定义域

判断 f(x) = x³ + x² 的奇偶性。

错误做法:因为 f(1) = 2,f(−1) = 0,f(1) ≠ f(−1) 且 f(1) ≠ −f(−1),就答"非奇非偶"。

正确做法:
· 定义域 R 关于原点对称 ✓;
· f(−x) = (−x)³ + (−x)² = −x³ + x²;
· 比较:f(−x) = −x³ + x² 既不等于 f(x) = x³ + x²,也不等于 −f(x) = −x³ − x²。
所以 f(x) 既不是奇函数也不是偶函数。

📌 要点:判断奇偶性两步走——先看定义域,再算 f(−x)。

易错点 2 · 单调区间用"∪"连接

函数 f(x) = 1/x 的单调递减区间是 ______。

错误做法:写成"在 (−∞, 0) ∪ (0, +∞) 上单调递减"。

正确做法:
写成"在 (−∞, 0) 和 (0, +∞) 上分别单调递减",或"单调递减区间为 (−∞, 0) 和 (0, +∞)"。
反例:取 x₁ = −1, x₂ = 1,x₁ < x₂ 但 f(x₁) = −1 < 1 = f(x₂),与"递减"矛盾。

📌 口诀:单调区间不能"合并","和"字是关键词。

易错点 3 · 奇函数在 x = 0 处的值

已知 f(x) 是定义在 R 上的奇函数,那么 f(0) 的值是多少?

错误做法:认为 f(0) 无法确定。

正确做法:
因为 f(x) 是奇函数,所以 f(−0) = −f(0),即 f(0) = −f(0),
所以 2f(0) = 0,即 f(0) = 0。

📌 要点:如果 0 在奇函数的定义域内,则必有 f(0) = 0。反之不成立(f(0) = 0 不一定奇函数)。

4函数的最值与零点

教材概念
教材原文

最值:设函数 f(x) 的定义域为 I,如果存在 x₀ ∈ I,使得对任意 x ∈ I 都有:

· f(x) ≤ f(x₀),则称 f(x₀) 是 f(x) 的最大值;

· f(x) ≥ f(x₀),则称 f(x₀) 是 f(x) 的最小值。

零点:使 f(x) = 0 的实数 x 叫做函数 f(x) 的零点。函数的零点、方程 f(x) = 0 的根、函数图像与 x 轴交点的横坐标,三者等价。

零点存在定理:若函数 f(x) 在闭区间 [a, b] 上的图像是连续不断的一条曲线,且 f(a)·f(b) < 0,则存在 c ∈ (a, b) 使 f(c) = 0。

概念解读
两个"最值"与"零点"的关键点

① 最值必须是"取到"的——最大值 f(x₀) 中的 x₀ 必须存在。如果函数无限趋近某个数但永远取不到,那就不叫最大值。例如 y = 1/x 在 (0, +∞) 上无最大值(可任意大),也无最小值(无限接近 0 但取不到)。

② 二次函数在闭区间上的最值——分三种情况讨论:

  • 对称轴在区间左侧:函数在区间上单调递增,最小值在左端点,最大值在右端点;
  • 对称轴在区间内:最小值在对称轴处(顶点),最大值在离对称轴较远的端点;
  • 对称轴在区间右侧:函数在区间上单调递减,最小值在右端点,最大值在左端点。

③ 零点存在定理的条件——三个条件缺一不可:

  • 闭区间 [a, b];
  • 图像连续不断;
  • f(a)·f(b) < 0(端点函数值异号)。

👉 重要提醒:零点存在定理是"存在性定理"——它只能说明有零点,不能告诉我们有几个零点。例如 f(x) = x³ − x 在 [−2, 2] 上满足端点异号,但有 3 个零点。

① 二次函数在闭区间上的最值:看对称轴位置

f(x) = x² − 4x + 5 = (x−2)² + 1 在 [−1, 3] 上 顶点(2,1) x=−1 f(−1)=10 x=3 f(3)=2 对称轴 x=2 在区间 [−1,3] 内,最小值 f(2)=1,最大值 f(−1)=10
观察要点:
· 对称轴 x = 2 落在区间 [−1, 3] 内;
· 最小值在顶点处取得:f(2) = (2−2)² + 1 = 1;
· 最大值在离对称轴较远的端点取得:比较 f(−1) = (−1−2)² + 1 = 9 + 1 = 10,f(3) = (3−2)² + 1 = 1 + 1 = 2,因为 10 > 2,所以最大值是 f(−1) = 10。

② 零点存在定理:图像"穿过"x 轴

a f(a)<0 b f(b)>0 c f(a)·f(b)<0 且图像连续 ⟹ 存在 c∈(a,b),f(c)=0
直观理解:图像从 x 轴下方(f(a) < 0)连续地走到 x 轴上方(f(b) > 0),必然要穿过 x 轴一次。这就是零点存在定理的几何意义。

③ 零点存在定理只保证"存在",不保证"唯一"

同样满足端点异号,却有 3 个零点(例:f(x)=x³−x 在 [−2,2] 上)
要点:零点存在定理是"至少一个"的存在性结论,不能用来数零点个数。要判断零点个数,需要结合单调性或图像分析。
典型习题(先做,再看答案)
例 1
求函数 f(x) = x² − 4x + 5 在区间 [−1, 3] 上的最大值和最小值。
💡 提示:先求对称轴,判断对称轴是否在区间内。
答案与详解
第一步:配方求对称轴
f(x) = x² − 4x + 5 = (x − 2)² + 1
对称轴 x = 2,开口向上。
第二步:判断对称轴位置
2 ∈ [−1, 3](在区间内)。
第三步:求最小值(在顶点)
f(2) = (2−2)² + 1 = 1
最小值 = 1。
第四步:求最大值(比较两端点)
f(−1) = (−1−2)² + 1 = 9 + 1 = 10;
f(3) = (3−2)² + 1 = 1 + 1 = 2。
因为 10 > 2,所以最大值 = 10。
最大值 10(在 x = −1 时取得),最小值 1(在 x = 2 时取得)。
例 2
求证:函数 f(x) = x³ + x − 1 在区间 (0, 1) 内存在零点。
💡 提示:用零点存在定理,验证 f(0) 与 f(1) 异号,并说明函数在 [0, 1] 上连续。
答案与详解
第一步:说明连续性
f(x) = x³ + x − 1 是多项式函数,在 [0, 1] 上连续。
第二步:计算端点值
f(0) = 0 + 0 − 1 = −1 < 0;
f(1) = 1 + 1 − 1 = 1 > 0。
第三步:验证异号
f(0)·f(1) = (−1)·(1) = −1 < 0。
由零点存在定理,存在 c ∈ (0, 1) 使 f(c) = 0,即 f(x) 在 (0, 1) 内存在零点。
例 3
求函数 f(x) = x² − 4x + 3 的零点。
💡 提示:令 f(x) = 0,解方程即可。
答案与详解
令 f(x) = 0
x² − 4x + 3 = 0
因式分解
(x − 1)(x − 3) = 0 ⟹ x = 1 或 x = 3
零点为 x = 1 和 x = 3。(等价于图像与 x 轴交点为 (1, 0) 和 (3, 0))
易错题(具体例子)
易错点 1 · 二次函数最值忘记讨论对称轴

求 f(x) = x² − 2x + 3 在区间 [2, 4] 上的最小值。

错误做法:直接取顶点 x = 1 处的值 f(1) = 2 作为最小值。

正确做法:
· 配方:f(x) = (x − 1)² + 2,对称轴 x = 1;
· 判断:1 ∉ [2, 4](对称轴在区间左侧);
· 在 [2, 4] 上,f(x) 单调递增,所以最小值在左端点取得:
f(2) = (2−1)² + 2 = 1 + 2 = 3。

📌 要点:二次函数在闭区间上的最值,必须先判断对称轴与区间的位置关系。

易错点 2 · 误用零点存在定理

函数 f(x) 在 [a, b] 上满足 f(a)·f(b) > 0,能否说明 f(x) 在 [a, b] 上无零点?

错误做法:认为 f(a)·f(b) > 0 就等价于无零点。

正确做法:
f(a)·f(b) > 0 时,无法判断零点是否存在。可能没有零点,也可能有 2 个、4 个(偶数个)。
例如:f(x) = x² − 1 在 [−2, 2] 上,f(−2) = 3 > 0,f(2) = 3 > 0,但有两个零点 x = ±1。
零点存在定理只能由"异号"推"有零点",不能由"同号"推"无零点"。

📌 口诀:异号必有,同号未必无。

易错点 3 · 混淆"零点"与"点"

函数 f(x) = x² − 4 的零点是 ______。

错误做法:写成 (2, 0) 和 (−2, 0)。

正确做法:
零点是一个实数(自变量的值),不是"点"(坐标)。
零点是 x = 2 和 x = −2(或写作"2, −2")。
如果题目问"图像与 x 轴的交点",答案才是点 (2, 0) 和 (−2, 0)。

★高考链接 · 本章真题与考法

本章在高考中的定位

函数是高中数学的核心中的核心。本章涵盖的定义域、值域、单调性、奇偶性、最值、零点等,是后续学习导数、数列、不等式的通用工具。上海高考对本模块的考查特点:

  • 填空题 5—10 题(4—5分):定义域、奇偶性判断、单调性比较、分段函数求值、零点存在性
  • 选择题 13—16 题(4—5分):函数图像识别、性质综合
  • 解答题:几乎每年都有一道与函数性质相关的解答题(14分)

近五年上海卷中,函数的奇偶性(2023年第9题、2026年第5题)、分段函数(2020年第11题)、零点存在定理(2021年第13题)均出现过。作为核心章节,本章基础越扎实,后续导数、解析几何的优势越明显。

上海卷真题(典型考法)
真题 1 · 分段函数求值
上海卷 · 填空第 5—6 题(4分)
已知函数 f(x) = { x + 1,x ≤ 0;2ˣ,x > 0 },则 f(f(−1)) = ______。
答案与详解
第一步:内层 f(−1)
−1 ≤ 0,用第一段:f(−1) = −1 + 1 = 0
第二步:外层 f(0)
0 ≤ 0,用第一段:f(0) = 0 + 1 = 1
答案:f(f(−1)) = 1。
题型:填空 4 分 | 考点:分段函数 + 复合函数 | 难度:★★☆☆☆
真题 2 · 函数奇偶性判断
上海卷 · 填空第 9 题(5分)
已知函数 f(x) = x + sin x,判断 f(x) 的奇偶性。
答案与详解
第一步:定义域
f(x) = x + sin x 定义域为 R,关于原点对称。✓
第二步:计算 f(−x)
f(−x) = (−x) + sin(−x) = −x − sin x = −(x + sin x) = −f(x)
f(−x) = −f(x),所以 f(x) 是奇函数。
题型:填空 5 分 | 考点:函数奇偶性(含三角函数) | 难度:★★☆☆☆
真题 3 · 二次函数在闭区间上的最值
上海卷 · 填空第 10 题(5分)
函数 f(x) = x² − 2x 在区间 [0, 3] 上的最大值为 ______。
答案与详解
第一步:配方求对称轴
f(x) = (x − 1)² − 1,对称轴 x = 1。
第二步:判断对称轴位置
1 ∈ [0, 3],所以最小值在 x = 1 处取得,f(1) = −1。
第三步:比较两端点求最大值
f(0) = 0² − 2×0 = 0;
f(3) = 3² − 2×3 = 9 − 6 = 3。
因为 3 > 0,所以最大值 = 3。
答案:最大值为 3(在 x = 3 时取得)。
题型:填空 5 分 | 考点:二次函数闭区间最值 | 难度:★★☆☆☆
真题 4 · 零点存在定理应用
上海卷 · 选择/填空(4—5分)
函数 f(x) = ln x + x − 2 的零点所在的区间是(  )
A. (0, 1)  B. (1, 2)  C. (2, 3)  D. (3, 4)
答案与详解
计算 f(1) 与 f(2)
f(1) = ln 1 + 1 − 2 = 0 + 1 − 2 = −1 < 0;
f(2) = ln 2 + 2 − 2 = ln 2 > 0(因为 ln 2 ≈ 0.693 > 0)。
验证异号
f(1)·f(2) < 0,且 f(x) 在 [1, 2] 上连续(ln x 与 x − 2 都连续),
由零点存在定理,f(x) 在 (1, 2) 内有零点。
答案:B。
题型:选择 4—5 分 | 考点:零点存在定理 | 难度:★★★☆☆
本章总结(复习清单)
  1. 函数三要素:定义域、值域、对应法则;判断两函数相同,看定义域和对应法则是否一致。
  2. 求定义域五种限制:分母 ≠ 0;偶次根式被开方数 ≥ 0;对数真数 > 0、底数 > 0 且 ≠ 1;零次幂底数 ≠ 0;实际问题看意义。
  3. 分段函数:先判断 x 落在哪一段,再代入;求 f(f(a)) 时,外层代入前必须重新判断区间。
  4. 单调性:定义法证明——取值、作差、定号;单调区间用"和"字连接,不能用"∪"。
  5. 奇偶性:先看定义域是否关于原点对称;奇函数 f(−x) = −f(x),偶函数 f(−x) = f(x);若 0 在定义域内且为奇函数,则 f(0) = 0。
  6. 二次函数闭区间最值:先求对称轴,判断对称轴与区间的位置关系,分三种情况讨论。
  7. 零点存在定理:三个条件——闭区间、连续、端点异号;只能判断"存在",不能数零点个数。
  8. 本章最高频陷阱:判断奇偶性忘记先看定义域;二次函数最值忘记讨论对称轴位置;单调区间合并使用"∪"。