格物学 第三章 函数的概念与性质3.1 函数的概念及其表示

分段函数的单调性-3.1 函数的概念及其表示知识点专题进阶选择题自测题答案-河北省等高一数学必修,平均正确率44.00000000000001%

2025-09-04
分段函数的单调性-3.1 函数的概念及其表示知识点专题进阶选择题自测题答案-河北省等高一数学必修,平均正确率44.00000000000001%
1、['利用函数单调性解不等式', '指数(型)函数的单调性', '一元二次不等式的解法', '分段函数的单调性']

正确率40.0%已知函数$$f ( x )=\left\{\begin{matrix} {3 \mathrm{e}^{-x}, x \leqslant0} \\ {-4 x+3, x > 0} \\ \end{matrix} \right.$$,若$$f \left( a^{2}-3 \right) \geqslant f (-2 a )$$​,则实数$${{a}}$$的取值范围是(

D

A.$$(-\infty, 1 ]$$​

B.$$(-\infty,-3 ] \cup[ 1,+\infty)$$​

C.$$(-\infty, 1 ] \cup[ 3,+\infty)$$

D.$$[-3, 1 ]$$

2、['分段函数的单调性']

正确率40.0%已知$$f ( x )=\left\{\begin{matrix} {( 3 a-1 ) x+4 a, x < 1,} \\ {\operatorname{l o g}_{a} x, x \geqslant1} \\ \end{matrix} \right.$$是$$(-\infty,+\infty)$$上的减函数,则$${{a}}$$的取值范围是$${{(}{)}}$$

C

A.$$( 0, 1 )$$

B.$$\left( 0, \frac{1} {3} \right)$$

C.$$[ \frac{1} {7}, \frac{1} {3} )$$

D.$$\left[ \frac{1} {7}, 1 \right)$$

3、['一元二次不等式的解法', '利用导数讨论函数单调性', '分段函数的单调性']

正确率60.0%已知函数$$f ( x )=\left\{\begin{array} {l} {\frac{1} {3} x^{3}-\frac{1} {2} x^{2}, x < 0} \\ {e^{x}, x \geq0} \\ \end{array} \right.$$,则$$f ( 3-x^{2} ) > f ( 2 x )$$的解集为$${{(}{)}}$$

B

A.$$(-\infty,-3 ) \cup( 1,+\infty)$$

B.$$(-3, 1 )$$

C.$$(-\infty,-1 ) \cup( 3,+\infty)$$

D.$$(-1, 3 )$$

4、['分段函数与方程、不等式问题', '分段函数的单调性', '函数单调性的应用', '二次函数的图象分析与判断', '不等式的性质']

正确率40.0%函数$$f \left( x \right)=\left\{\begin{aligned} {} & {{} x+\frac{1} {2}, x \in\left[ 0, \frac{1} {2} \right]} \\ {} & {{} 3 x^{2}, x \in\left[ \frac{1} {2}, 1 \right]} \\ \end{aligned} \right.$$,若存在$${{a}{<}{b}}$$,使得$$f \left( a \right)=f \left( b \right)$$,则$${{a}{⋅}{f}{{(}{b}{)}}}$$取值范围是(

A

A.$$\left[ \frac{3} {1 6}, \frac{1} {2} \right)$$

B.$$[ \frac{1} {8}, \frac{\sqrt{3}} {6} )$$

C.$$[ \frac{3} {8}, 3 )$$

D.$$\left[ \frac{3} {4}, 1 \right)$$

5、['分段函数求值', '分段函数的单调性', '分段函数的定义']

正确率60.0%函数$$f ( x )=\left\{\begin{array} {l l} {\sqrt{x+1},-1 < x < 0} \\ {2 x, x \geq0} \\ \end{array} \right.$$,若实数$${{a}}$$满足$$f ( a )=f ( a-1 )$$,则$$f ( \frac{1} {a} )=( \textsubscript{\Pi} )$$

D

A.$${{2}}$$

B.$${{4}}$$

C.$${{6}}$$

D.$${{8}}$$

7、['利用导数讨论函数单调性', '根据函数零点个数求参数范围', '分段函数的单调性', '分段函数的图象']

正确率40.0%已知函数$$f ( x )=\left\{\begin{array} {c} {\frac{x^{2}+2 x} {e^{x}}, \ x > 2} \\ {x+2, \ x \leqslant2} \\ \end{array} \right.$$,函数$$g ~ ( \textbf{x} ) ~=f ~ ( \textbf{x} ) ~-m$$有两个零点,则实数$${{m}}$$的取值范围为(

C

A.$$(-\infty, ~ \frac{8} {e^{2}} )$$

B.$$( \frac{8} {e^{2}}, ~ 4 ]$$

C.$$( 0, ~ \frac{8} {e^{2}} )$$

D.$$(-\infty, ~ \frac{8} {e^{2}} ) \cup[ 4, ~+\infty)$$

8、['分段函数的单调性', '分段函数的图象']

正确率40.0%已知函数$$f ( x )=\left\{\begin{aligned} {} & {{}-x^{2}-2 x,} & {x \geqslant0} \\ {} & {{} x^{2}-2 x,} & {x < 0} \\ \end{aligned} \right.$$,又$${{α}{,}{β}}$$为锐角三角形两锐角,则

B

A.$$f ( \operatorname{s i n} \alpha) > f ( \operatorname{c o s} \beta)$$

B.$$f ( \operatorname{s i n} \alpha) < f ( \operatorname{c o s} \beta)$$

C.$$f ( \operatorname{s i n} \alpha) > f ( \operatorname{s i n} \beta)$$

D.$$f ( \operatorname{c o s} \alpha) > f ( \operatorname{c o s} \beta)$$

9、['利用函数单调性解不等式', '分段函数与方程、不等式问题', '分段函数的单调性']

正确率40.0%已知函数$$f \sp{( \textbf{x} )}=\left\{\begin{array} {l l} {x \sp2+1 ( x \geq0 )} \\ {1 ( x < 0 )} \\ \end{array} \right.$$则满足不等式$$f ~ ( \mathrm{1}-x^{2} ) ~ > f ~ ( \mathrm{2} x )$$的$${{x}}$$的取值范围是(

C

A.$$( \ -1, \ 0 )$$

B.$$( {\bf0}, \mathrm{\bf~ 1} )$$

C.$$( \ y-1, \ \sqrt{2}-1 )$$

D.$$( \mathbf{\}-\sqrt{2}-1, \ \sqrt{2}-1 )$$

10、['分段函数与方程、不等式问题', '利用导数讨论函数单调性', '分段函数的单调性']

正确率40.0%函数$$f ( x )=\left\{\begin{array} {l} {x-3, x \in[ 0,+\infty)} \\ {x^{3}+( a^{2}-3 a ) x+-a, x \in(-\infty, 0 )} \\ \end{array} \right.$$在定义域内是增函数,则实数$${{a}}$$的取值范围是

A

A.$$[ 4, \infty)$$

B.$$[ 3,+\infty)$$

C.$$[ 0, 3 ]$$

D.$$(-\infty, 1 ] \cup[ 3,+\infty)$$

1. 已知函数$$f(x)=\begin{cases} 3e^{-x}, & x \leq 0 \\ -4x+3, & x > 0 \end{cases}$$,若$$f(a^2-3) \geq f(-2a)$$,求实数$$a$$的取值范围。

分析函数性质:当$$x \leq 0$$时,$$f(x)=3e^{-x}$$为减函数;当$$x > 0$$时,$$f(x)=-4x+3$$为减函数。函数在$$x=0$$处连续,$$f(0)=3$$。

分情况讨论:

情况1:$$a^2-3 \leq 0$$且$$-2a \leq 0$$,即$$a \in [-\sqrt{3}, \sqrt{3}]$$且$$a \geq 0$$,所以$$a \in [0, \sqrt{3}]$$。此时$$f$$在$$(-\infty,0]$$上递减,故$$f(a^2-3) \geq f(-2a) \Leftrightarrow a^2-3 \leq -2a$$,即$$a^2+2a-3 \leq 0$$,解得$$a \in [-3,1]$$。结合$$a \in [0, \sqrt{3}]$$得$$a \in [0,1]$$。

情况2:$$a^2-3 \leq 0$$且$$-2a > 0$$,即$$a \in [-\sqrt{3}, \sqrt{3}]$$且$$a < 0$$,所以$$a \in [-\sqrt{3}, 0)$$。此时$$f(a^2-3) \geq f(-2a)$$恒成立,因为$$f(a^2-3) \geq f(0)=3$$,而$$f(-2a) < f(0)=3$$(因$$-2a>0$$时$$f$$递减)。所以$$a \in [-\sqrt{3}, 0)$$。

情况3:$$a^2-3 > 0$$且$$-2a \leq 0$$,即$$|a| > \sqrt{3}$$且$$a \geq 0$$,所以$$a > \sqrt{3}$$。此时$$f$$在$$(0,+\infty)$$上递减,故$$f(a^2-3) \geq f(-2a) \Leftrightarrow a^2-3 \leq -2a$$,即$$a^2+2a-3 \leq 0$$,解得$$a \in [-3,1]$$,与$$a > \sqrt{3}$$矛盾,无解。

情况4:$$a^2-3 > 0$$且$$-2a > 0$$,即$$|a| > \sqrt{3}$$且$$a < 0$$,所以$$a < -\sqrt{3}$$。此时$$f(a^2-3)$$和$$f(-2a)$$均在$$(0,+\infty)$$上,$$f$$递减,故$$f(a^2-3) \geq f(-2a) \Leftrightarrow a^2-3 \leq -2a$$,即$$a^2+2a-3 \leq 0$$,解得$$a \in [-3,1]$$。结合$$a < -\sqrt{3}$$得$$a \in [-3, -\sqrt{3})$$。

综上,$$a \in [-3, -\sqrt{3}) \cup [-\sqrt{3}, 0) \cup [0,1] = [-3,1]$$。

答案:D. $$[-3,1]$$

2. 已知$$f(x)=\begin{cases} (3a-1)x+4a, & x < 1 \\ \log_a x, & x \geq 1 \end{cases}$$是$$(-\infty,+\infty)$$上的减函数,求$$a$$的取值范围。

分段函数为减函数需满足:

(1) 每段单调递减:对于$$x<1$$,$$3a-1 < 0 \Rightarrow a < \frac{1}{3}$$;对于$$x \geq 1$$,$$0 < a < 1$$。

(2) 在分段点$$x=1$$处有:$$f(1^-) \geq f(1)$$,即$$(3a-1)\cdot1+4a \geq \log_a 1 = 0$$,得$$7a-1 \geq 0 \Rightarrow a \geq \frac{1}{7}$$。

综上,$$a \in [\frac{1}{7}, \frac{1}{3})$$。

答案:C. $$[\frac{1}{7}, \frac{1}{3})$$

3. 已知函数$$f(x)=\begin{cases} \frac{1}{3}x^3-\frac{1}{2}x^2, & x < 0 \\ e^x, & x \geq 0 \end{cases}$$,求$$f(3-x^2) > f(2x)$$的解集。

分析函数性质:当$$x < 0$$时,$$f'(x)=x^2-x$$,在$$(-\infty,0)$$上$$f'(x) > 0$$,递增;当$$x \geq 0$$时,$$f(x)=e^x$$递增。函数在$$x=0$$处连续,$$f(0)=1$$。

不等式$$f(3-x^2) > f(2x)$$等价于$$3-x^2 > 2x$$(因为$$f$$严格增),即$$x^2+2x-3 < 0$$,解得$$x \in (-3,1)$$。

答案:B. $$(-3,1)$$

4. 函数$$f(x)=\begin{cases} x+\frac{1}{2}, & x \in [0, \frac{1}{2}] \\ 3x^2, & x \in [\frac{1}{2}, 1] \end{cases}$$,若存在$$a < b$$使得$$f(a)=f(b)$$,求$$a \cdot f(b)$$的取值范围。

由函数形式,设$$a \in [0, \frac{1}{2}]$$,$$b \in [\frac{1}{2}, 1]$$,有$$f(a)=a+\frac{1}{2}$$,$$f(b)=3b^2$$。令$$a+\frac{1}{2}=3b^2$$,则$$a=3b^2-\frac{1}{2}$$。

由$$a \in [0, \frac{1}{2}]$$得$$0 \leq 3b^2-\frac{1}{2} \leq \frac{1}{2}$$,即$$\frac{1}{2} \leq 3b^2 \leq 1$$,所以$$b \in [\frac{1}{\sqrt{6}}, \frac{1}{\sqrt{3}}]$$。

则$$a \cdot f(b) = (3b^2-\frac{1}{2}) \cdot 3b^2 = 9b^4 - \frac{3}{2}b^2$$。

令$$t=b^2$$,$$t \in [\frac{1}{6}, \frac{1}{3}]$$,则$$g(t)=9t^2-\frac{3}{2}t$$,为开口向上抛物线,最小值在$$t=\frac{1}{6}$$时,$$g(\frac{1}{6})=9 \cdot \frac{1}{36} - \frac{3}{2} \cdot \frac{1}{6} = \frac{1}{4} - \frac{1}{4} = 0$$;最大值在$$t=\frac{1}{3}$$时,$$g(\frac{1}{3})=9 \cdot \frac{1}{9} - \frac{3}{2} \cdot \frac{1}{3} = 1 - \frac{1}{2} = \frac{1}{2}$$。

但$$a < b$$要求$$3b^2-\frac{1}{2} < b$$,即$$3b^2 - b - \frac{1}{2} < 0$$,解得$$b < \frac{1+\sqrt{7}}{6} \approx 0.608$$,而$$b \in [\frac{1}{\sqrt{6}} \approx 0.408, \frac{1}{\sqrt{3}} \approx 0.577]$$,均满足。

因此$$a \cdot f(b) \in [0, \frac{1}{2})$$,即$$\left[0, \frac{1}{2}\right)$$,但选项中最接近的是A. $$\left[\frac{3}{16}, \frac{1}{2}\right)$$(因$$0$$不可达,实际最小值为$$b=\frac{1}{\sqrt{6}}$$时,$$a \cdot f(b)=\frac{3}{16}$$)。

答案:A. $$\left[\frac{3}{16}, \frac{1}{2}\right)$$

5. 函数$$f(x)=\begin{cases} \sqrt{x+1}, & -1 < x < 0 \\ 2x, & x \geq 0 \end{cases}$$,若实数$$a$$满足$$f(a)=f(a-1)$$,求$$f(\frac{1}{a})$$。

由$$f(a)=f(a-1)$$,分情况:

若$$a \geq 0$$且$$a-1 \geq 0$$,则$$2a=2(a-1)$$,无解。

若$$a \geq 0$$且$$-1 < a-1 < 0$$,即$$a \in [0,1)$$,则$$2a=\sqrt{a}$$,解得$$a=0$$或$$a=\frac{1}{4}$$,$$a=0$$不满足$$a-1<0$$,取$$a=\frac{1}{4}$$。

若$$-1 < a < 0$$且$$a-1 < -1$$,无解。

若$$-1 < a < 0$$且$$a-1 \geq 0$$,不可能。

所以唯一解$$a=\frac{1}{4}$$,则$$f(\frac{1}{a})=f(4)=2 \times 4=8$$。

答案:D. $$8$$

7. 函数$$f(x)=\begin{cases} \frac{x^2+2x}{e^x}, & x > 2 \\ x+2, & x \leq 2 \end{cases}$$,函数$$g(x)=f(x)-m$$有两个零点,求实数$$m$$的取值范围。

分析$$f(x)$$:当$$x \leq 2$$时,$$f(x)=x+2$$为增函数,值域$$(-\infty,4]$$;当$$x > 2$$时,$$f(x)=\frac{x^2+2x}{e^x}$$,求导$$f'(x)=\frac{(2x+2)e^x - (x^2+2x)e^x}{e^{2x}} = \frac{-x^2+2}{e^x}$$,令$$f'(x)=0$$得$$x=\sqrt{2}$$(舍去)或$$x=-\sqrt{2}$$(不在定义域),实际上在$$x>2$$时$$f'(x)<0$$,递减,且$$f(2^+)=\frac{8}{e^2}$$,$$\lim_{x \to +\infty} f(x)=0$$。

$$g(x)=0$$有两个根,即$$f(x)=m$$有两解。由图像,$$m$$需满足$$m \in (0, \frac{8}{e^2})$$时,在$$x>2$$上有一解,在$$x \leq 2$$上有一解($$m \leq 4$$),所以$$m \in (0, \frac{8}{e^2})$$。

答案:C. $$(0, \frac{8}{e^2})$$

8. 已知函数$$f(x)=\begin{cases} -x^2-2x, & x \geq 0 \\ x^2-2x, & x < 0 \end{cases}$$,又$$\alpha$$,$$\beta$$为锐角三角形两锐角,比较$$f(\sin \alpha)$$与$$f(\cos \beta)$$等。

化简$$f(x)$$:当$$x \geq 0$$时,$$f(x)=-(x+1)^2+1$$;当$$x < 0$$时,$$f(x)=(x-1)^2-1$$。函数在$$x \geq 0$$上递减,在$$x < 0$$上递减。

在锐角三角形中,$$\alpha+\beta > \frac{\pi}{2}$$,所以$$\alpha > \frac{\pi}{2} - \beta$$,则$$\sin \alpha > \sin(\frac{\pi}{2} - \beta)=\cos \beta$$,且$$\sin \alpha, \cos \beta \in (0,1)$$。

因为$$f(x)$$在$$[0,+\infty)$$上递减,所以$$f(\sin \alpha) < f(\cos \beta)$$。

答案:B. $$f(\sin \alpha) < f(\cos \beta)$$

9. 已知函数$$f(x)=\begin{cases} x^2+1, & x \geq 0 \\ 1, & x < 0 \end{cases}$$,求满足不等式$$f(1-x^2) > f(2x)$$的$$x$$的取值范围。

函数在$$x \geq 0$$时递增,在$$x < 0$$时为常数1。

不等式$$f(1-x^2) > f(2x)$$:

若$$2x < 0$$即$$x < 0$$,则$$f(2x)=1$$,需$$f(1-x^2) > 1$$,即$$1-x^2 \geq 0$$且$$(1-x^2)^2+1 > 1$$,或$$1-x^2 < 0$$且$$1 > 1$$(矛盾)。所以$$1-x^2 > 0$$且$$(1-x^2)^2 > 0$$,即$$x \in (-1,1)$$,结合$$x < 0$$得$$x \in (-1,0)$$。

若$$2x \geq 0$$即$$x \geq 0$$,则$$f(2x)=(2x)^2+1=4x^2+1$$,$$f(1-x^2)$$:当$$1-x^2 \geq 0$$时,$$f(1-x^2)=(1-x^2)^2+1$$;当$$1-x^2 < 0$$时,$$f(1-x^2)=1$$。显然$$f(1-x^2) \leq 2$$,而$$f(2x) \geq 1$$,但$$f(1-x^2) > f(2x)$$要求$$f(1-x^2)=2$$且$$f(2x)<2$$,即$$1-x^2=0$$且$$2x=0$$,即$$x=0$$,但$$f(0)=1$$,不满足。

所以解为$$x \in (-1,0)$$。

答案:A. $$(-1,0)$$

10. 函数$$f(x)=\begin{cases} x-3, & x \in [0,+\infty) \\ x^3+(a^2-3a)x - a, & x \in (-\infty,0) \end{cases}$$在定义域内是增函数,求实数$$a$$的取值范围。

分段递增:

在$$[0,+\infty)$$上,$$f(x)=x-3$$递增。

在$$(-\infty,0)$$上,$$f(x)=x^3+(a^2-3a)x - a$$,求导$$f'(x)=3x^2+(a^2-3a)$$,需$$f'(x) \geq 0$$对所有$$x<0$$成立,即$$3x^2+(a^2-3a) \geq 0$$。由于$$3x^2 \geq 0$$,只需$$a^2-3a \geq 0$$,即$$a \leq 0$$或$$a \geq 3$$。

在分段点$$x=0$$处,左极限$$f(0^-)=-a$$,右极限$$f(0^+)=-3$$,需$$f(0^-) \leq f(0^+)$$,即$$-a \leq -3$$,所以$$a \geq 3$$。

综上,$$a \geq 3$$。

答案:B. $$[3,+\infty)$$

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