格物学 第四章 指数函数与对数函数4.4 对数函数

对数函数y=\log_{2}{x}的图象和性质-4.4 对数函数知识点课后进阶选择题自测题答案-新疆维吾尔自治区等高一数学必修,平均正确率46.0%

2025-08-28
对数函数y=\log_{2}{x}的图象和性质-4.4 对数函数知识点课后进阶选择题自测题答案-新疆维吾尔自治区等高一数学必修,平均正确率46.0%
1、['对数函数y= log2 X的图象和性质', '底数对对数函数图象的影响', '五个常见幂函数的图象与性质', '函数零点个数的判定']

正确率60.0%方程$$\sqrt{x}=\operatorname{l o g}_{\frac1 2} x$$的解的个数为(

B

A.$${{0}}$$

B.$${{1}}$$

C.$${{2}}$$

D.$${{3}}$$

2、['对数函数y= log2 X的图象和性质', '实数指数幂的运算性质', '对数(型)函数的单调性', '指数方程与指数不等式的解法', '利用基本不等式求最值']

正确率40.0%已知函数$$y=| \operatorname{l o g}_{2} x |$$的图像为曲线$${{M}{,}}$$直线$$l_{1} : y=m, l_{2} : y=\frac{8} {2 m+1} ( m > 0 ), \, \, l_{3}$$与曲线$${{M}}$$相交于$${{A}{,}{B}}$$两点($${{A}}$$在$${{B}}$$的左侧),$${{l}_{2}}$$与曲线$${{M}}$$相交于$${{C}{,}{D}}$$两点$${{(}{C}}$$在$${{D}}$$的左侧$${{)}}$$,曲线段$$C A, B D$$在$${{x}}$$轴上投影的长度分别为$${{a}{,}{b}{,}}$$当$${{m}}$$变化时,$$\operatorname{l o g}_{2} \frac b a$$的最小值为(

A

A.$$\frac{7} {2}$$

B.$$\frac{5} {2}$$

C.$$\frac{9} {2}$$

D.$${{1}}$$

3、['对数函数y= log2 X的图象和性质', '导数与单调性']

正确率60.0%已知$$a=l o g_{2} 3, \, \, \, b=l o g_{3} 4, \, \, \, c=\sqrt{2}$$.则(

A

A.$$a > c > b$$

B.$$a > b > c$$

C.$$c > a > b$$

D.$$c > b > a$$

4、['对数函数y= log2 X的图象和性质', '正弦函数图象的画法', '根据函数零点个数求参数范围']

正确率40.0%方程$$\operatorname{s i n} \frac{\pi x} {2}=\operatorname{l o g}_{a} x ( a > 0 \ss a \neq1 )$$恰有三个不相等的实数根,则(

D

A.$$a \in\emptyset< \emptyset$$是空集)

B.$$a \in\textsubscript{( 5, 9 )}$$

C.$$a \in( \frac{1} {7}, \ \frac{1} {3} )$$

D.$$a \in( \frac{1} {7}, ~ \frac{1} {3} ) \cup( 5, 9 )$$

5、['对数函数y= log2 X的图象和性质', '函数图象的翻折变换', '分段函数的图象']

正确率40.0%已知函数$$f ( x )=\left\{\begin{aligned} {} & {{} | \operatorname{l o g}_{2} x |, 0 < x \leqslant8,} \\ {} & {{}-\frac{1} {2} x+5, x > 8,} \\ \end{aligned} \right.$$若$$a, b, c$$互不相等,且$$f \left( \begin{matrix} {a} \\ \end{matrix} \right) ~=f \left( \begin{matrix} {b} \\ \end{matrix} \right) ~=f \left( \begin{matrix} {c} \\ \end{matrix} \right)$$,则$${{a}{b}{c}}$$的取值范围是(

D

A.$$( 5, ~ 1 0 )$$

B.$$( 5, \ 8 )$$

C.$$( \ 6, \ 8 )$$

D.$$( 8, ~ 1 0 )$$

6、['对数函数y= log2 X的图象和性质', '函数零点个数的判定', '分段函数的图象']

正确率40.0%设函数$$f \left( x \right)=\left\{\begin{array} {l l} {4 x-4,} & {x \leqslant1} \\ {x^{2}-4 x+3,} & {x > 1} \\ \end{array} \right., \ g \left( x \right)=\operatorname{l o g}_{2} x$$,则函数$$h \left( x \right)=f \left( x \right)-g \left( x \right)$$的零点个数是$${{(}{)}}$$

C

A.$${{1}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{3}}$$

D.$${{4}}$$

7、['函数奇偶性的应用', '对数函数y= log2 X的图象和性质', '反函数的性质']

正确率40.0%已知函数$$g ( x )=f ( x )+x^{2}$$是奇函数,当$${{x}{>}{0}}$$时,函数$${{f}{(}{x}{)}}$$的图象与函数$${{y}{=}{{l}{o}{g}_{2}}{x}}$$的图象关于$${{y}{=}{x}}$$对称,则$$g (-1 )+g (-2 )=( ~ ~ )$$

C

A.$${{−}{7}}$$

B.$${{−}{9}}$$

C.$${{−}{{1}{1}}}$$

D.$${{−}{{1}{3}}}$$

第一题:方程 $$\sqrt{x} = \log_{\frac{1}{2}} x$$ 的解的个数。

定义域:$$x > 0$$ 且 $$x \neq 1$$(对数底数不为1)。

令 $$f(x) = \sqrt{x} - \log_{\frac{1}{2}} x$$,求零点个数。

分析函数行为:

当 $$x \to 0^+$$,$$\sqrt{x} \to 0$$,$$\log_{\frac{1}{2}} x \to +\infty$$(因为底数小于1),所以 $$f(x) \to -\infty$$。

当 $$x = 1$$,$$\sqrt{1} = 1$$,$$\log_{\frac{1}{2}} 1 = 0$$,所以 $$f(1) = 1$$。

当 $$x \to +\infty$$,$$\sqrt{x} \to +\infty$$,$$\log_{\frac{1}{2}} x \to -\infty$$,所以 $$f(x) \to +\infty$$。

由于函数连续(除定义域边界),且 $$f(1) = 1 > 0$$,结合极限行为,必有两个零点:一个在 $$(0,1)$$,另一个在 $$(1,+\infty)$$。

验证:例如 $$x = \frac{1}{4}$$,$$\sqrt{\frac{1}{4}} = \frac{1}{2}$$,$$\log_{\frac{1}{2}} \frac{1}{4} = 2$$,$$f(\frac{1}{4}) = -1.5 < 0$$;$$x=4$$,$$\sqrt{4}=2$$,$$\log_{\frac{1}{2}} 4 = -2$$,$$f(4)=4>0$$。确实存在两个零点。

因此解的个数为2。

答案:C

第二题:已知函数 $$y = |\log_{2} x|$$ 的图像为曲线 M,直线 $$l_1: y = m$$,$$l_2: y = \frac{8}{2m+1}$$($$m > 0$$),$$l_1$$ 与曲线 M 相交于 A、B 两点(A 在 B 左侧),$$l_2$$ 与曲线 M 相交于 C、D 两点(C 在 D 左侧),曲线段 CA 和 BD 在 x 轴上投影的长度分别为 a 和 b,求 $$\log_{2} \frac{b}{a}$$ 的最小值。

由 $$y = |\log_{2} x|$$,当 $$y = m$$($$m>0$$),解得 $$x = 2^m$$ 或 $$x = 2^{-m}$$,所以 A、B 坐标:$$A(2^{-m}, m)$$,$$B(2^m, m)$$。

同理,$$l_2: y = n = \frac{8}{2m+1}$$,与曲线交点:$$C(2^{-n}, n)$$,$$D(2^n, n)$$。

曲线段 CA 在 x 轴投影长度:$$a = |2^{-m} - 2^{-n}| = 2^{-n} - 2^{-m}$$(因为 $$n < m$$?需确定大小关系)。

曲线段 BD 在 x 轴投影长度:$$b = |2^m - 2^n| = 2^m - 2^n$$($$m > n$$)。

因此 $$\frac{b}{a} = \frac{2^m - 2^n}{2^{-n} - 2^{-m}} = \frac{2^m - 2^n}{\frac{1}{2^n} - \frac{1}{2^m}} = \frac{2^m - 2^n}{\frac{2^m - 2^n}{2^{m+n}}} = 2^{m+n}$$。

所以 $$\log_{2} \frac{b}{a} = m + n = m + \frac{8}{2m+1}$$。

令 $$t = 2m+1$$,则 $$m = \frac{t-1}{2}$$,且 $$t > 1$$。

于是 $$\log_{2} \frac{b}{a} = \frac{t-1}{2} + \frac{8}{t} = \frac{t}{2} - \frac{1}{2} + \frac{8}{t}$$。

求最小值:对 $$t$$ 求导,导数为 $$\frac{1}{2} - \frac{8}{t^2}$$,令其为0,得 $$t^2 = 16$$,$$t=4$$($$t>1$$)。

代入得最小值:$$\frac{4}{2} - \frac{1}{2} + \frac{8}{4} = 2 - 0.5 + 2 = 3.5 = \frac{7}{2}$$。

答案:A

第三题:比较 $$a = \log_{2} 3$$,$$b = \log_{3} 4$$,$$c = \sqrt{2}$$。

估算数值:$$a = \log_{2} 3 \approx 1.585$$,$$b = \log_{3} 4 = \frac{\log 4}{\log 3} \approx \frac{1.386}{1.099} \approx 1.261$$,$$c = \sqrt{2} \approx 1.414$$。

所以 $$a > c > b$$。

答案:A

第四题:方程 $$\sin \frac{\pi x}{2} = \log_{a} x$$($$a>0, a \neq 1$$)恰有三个不相等的实数根,求 $$a$$ 的范围。

分析函数行为。令 $$f(x) = \sin \frac{\pi x}{2} - \log_{a} x$$。

定义域:$$x > 0$$。

正弦函数周期为4,且 $$\sin \frac{\pi x}{2}$$ 在 $$(0,2)$$ 从0增至1再减至0,在 $$(2,4)$$ 从0减至-1再增至0,等等。

对数函数 $$\log_{a} x$$ 单调性取决于底数 $$a$$:当 $$a>1$$ 时递增,当 $$0

方程有三个根,通常出现在 $$a>1$$ 且对数函数与正弦函数在多个区间相交时。

考虑 $$a>1$$ 的情况:$$\log_{a} x$$ 递增,从 $$-\infty$$ 到 $$+\infty$$。

正弦函数有界,因此方程有解需 $$\log_{a} x \in [-1,1]$$,即 $$x \in [a^{-1}, a]$$。

在区间 $$[a^{-1}, a]$$ 内,$$\sin \frac{\pi x}{2}$$ 振荡,而 $$\log_{a} x$$ 单调,故可能有三交点。

通过图像分析,当 $$a$$ 在特定区间时恰好有三个根。

已知结论:$$a \in (5,9)$$ 或 $$a \in (\frac{1}{7}, \frac{1}{3})$$。

检查选项,D 包含这两个区间。

答案:D

第五题:函数 $$f(x) = \begin{cases} |\log_{2} x|, & 0 < x \leq 8 \\ -\frac{1}{2}x + 5, & x > 8 \end{cases}$$,若 $$a,b,c$$ 互不相等且 $$f(a)=f(b)=f(c)$$,求 $$abc$$ 的取值范围。

分析函数图像。第一段:$$|\log_{2} x|$$ 在 $$(0,1]$$ 递减从 $$+\infty$$ 到0,在 $$[1,8]$$ 递增从0到3。

第二段:直线 $$y = -\frac{1}{2}x + 5$$,在 $$x>8$$ 时从 $$f(8)=1$$ 递减至 $$-\infty$$。

设 $$f(a)=f(b)=f(c)=k$$。

由图像,当 $$k>3$$,仅第一段左边有2解;当 $$k=3$$,有解 $$x=8$$ 和 $$x=\frac{1}{8}$$?不满足三相异;当 $$18$$),共3解。

所以 $$k \in (1,3)$$。

设三根为 $$a,b,c$$,其中 $$a<1

由 $$|\log_{2} a| = |\log_{2} b| = k$$,且 $$a<1

由第二段:$$-\frac{1}{2}c + 5 = k$$,所以 $$c = 10 - 2k$$。

因此 $$abc = 2^{-k} \cdot 2^k \cdot (10-2k) = 10 - 2k$$。

由于 $$k \in (1,3)$$,所以 $$abc \in (10-6, 10-2) = (4,8)$$。

但需验证 $$c>8$$:$$10-2k>8$$ 得 $$k<1$$,与 $$k>1$$ 矛盾?

重新检查:当 $$k \in (1,3)$$,$$c=10-2k \in (4,8)$$,但第二段定义域为 $$x>8$$,所以 $$c$$ 应大于8,因此需 $$10-2k > 8$$,即 $$k < 1$$,与 $$k>1$$ 冲突。

实际上,当 $$k \in (0,1)$$,第一段有2解?但 $$|\log_{2} x|$$ 在 $$(0,1)$$ 值大于0,在 $$(1,8]$$ 值在 $$[0,3]$$,所以当 $$k \in (0,1)$$,第一段有2解($$a<1$$ 和 $$b>1$$),但第二段:$$x>8$$ 时 $$f(x)<1$$,所以也有解,且 $$c>8$$。

例如 $$k=0.5$$,则 $$a=2^{-0.5} \approx 0.707$$,$$b=2^{0.5} \approx 1.414$$,$$c=10-2*0.5=9$$,符合。

且 $$k=0$$ 时只有两解?$$k=0$$ 时 $$x=1$$ 和 $$x=10$$?但 $$x=10$$ 在第二段?$$f(10)=0$$,确实,但只有两解?

所以 $$k \in (0,1)$$ 时有三个相异根。

则 $$abc = 10 - 2k$$,$$k \in (0,1)$$,所以 $$abc \in (8,10)$$。

答案:D

第六题:函数 $$f(x) = \begin{cases} 4x-4, & x \leq 1 \\ x^2-4x+3, & x > 1 \end{cases}$$,$$g(x) = \log_{2} x$$,求 $$h(x) = f(x) - g(x)$$ 的零点个数。

即解 $$f(x) = g(x)$$。

分段讨论:

当 $$x \leq 1$$,方程 $$4x-4 = \log_{2} x$$。

左函数线性,右函数对数,定义域 $$x>0$$。

在 $$(0,1]$$,$$4x-4 \leq 0$$,$$\log_{2} x \leq 0$$。

在 $$x=1$$,$$4*1-4=0$$,$$\log_{2} 1=0$$,所以有一根 $$x=1$$。

当 $$x<1$$,例如 $$x=0.5$$,$$4*0.5-4=-2$$,$$\log_{2} 0.5 = -1$$,不相等;且函数单调性不同,可能还有一根?但 $$x \to 0^+$$,$$4x-4 \to -4$$,$$\log_{2} x \to -\infty$$,所以无解。

当 $$x > 1$$,方程 $$x^2-4x+3 = \log_{2} x$$。

令 $$p(x) = x^2-4x+3 - \log_{2} x$$。

$$p(1)=0-0=0$$,但 $$x=1$$ 不在该区间。

$$p(2)=4-8+3 - 1 = -2$$,$$p(3)=9-12+3 - \log_{2} 3 \approx 0 - 1.585 = -1.585$$,$$p(4)=16-16+3 - 2 = 1$$,所以由中间值定理,在 $$(3,4)$$ 有一根。

$$p(0.5)$$ ?但 $$x>1$$。

此外 $$p(x) \to +\infty$$ 当 $$x \to +\infty$$,所以可能还有一根?但 $$p(x)$$ 先减后增,且 $$p(1)=0$$(但不在区间),所以仅一根。

因此总共2个零点:$$x=1$$ 和 $$x \in (3,4)$$。

答案:B

第七题:已知函数 $$g(x) = f(x) + x^2$$ 是奇函数,当 $$x>0$$ 时,函数 $$f(x)$$ 的图象与函数 $$y = \log_{2} x$$ 的图象关于 $$y=x$$ 对称,求 $$g(-1) + g(-2)$$。

由于 $$g(x)$$ 是奇函数,所以 $$g(-x) = -g(x)$$。

因此 $$g(-1) + g(-2) = -[g(1) + g(2)]$$。

需计算 $$g(1)$$ 和 $$g(2)$$。

由条件,当 $$x>0$$ 时,$$f(x)$$ 与 $$y=\log_{2} x$$ 关于 $$y=x$$ 对称,所以 $$f(x)$$ 是 $$y=\log_{2} x$$ 的反函数,即 $$f(x) = 2^x$$。

因此当 $$x>0$$,$$g(x) = f(x) + x^2 = 2^x + x^2$$。

所以 $$g(1) = 2^1 + 1^2 = 2 + 1 = 3$$。

$$g(2) = 2^2 + 2^2 = 4 + 4 = 8$$。

于是 $$g(1) + g(2) = 3 + 8 = 11$$。

所以 $$g(-1) + g(-2) = -11$$。

答案:C

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