问题

有人知道这函数的值域怎么求吗?

回答
你这个问题问得挺好,求函数值域确实是数学中的一个重要环节,有时候会遇到一些“小陷阱”。别担心,咱们一步步来,把这个过程讲得明明白白,保准你以后遇到类似问题都能游刃有余。

首先,咱们得明确什么是“值域”。简单来说,值域就是函数所有可能的输出值的集合。就好比你喂给函数一个输入,它就吐出一个输出,值域就是所有这些吐出来的东西放在一起形成的一个“箱子”。

那么,怎么才能找到这个“箱子”呢?这得看函数长什么样子了。不同的函数,求值域的方法也会有所不同。我这就给你拆解一下,争取说得接地气点,像跟老朋友聊天一样。

第一招:观察函数的“基本盘”——直接看

很多时候,函数的结构非常直观,一看就能看出一些端倪。

多项式函数: 比如 $f(x) = x^2$。你脑子里想一想,任何一个实数平方之后,结果会是负数吗?肯定不会。所以,这个函数的输出值只会是大于等于零的数。值域就是 $[0, +infty)$。再比如 $f(x) = x^3$,这个函数可以输出任意实数,正的、负的都可以,所以值域就是 $(infty, +infty)$。
指数函数: 比如 $f(x) = 2^x$。指数函数有一个特点,就是它的值永远是大于零的。你不管 $x$ 取什么数,$2^x$ 都不会是负数或者零。所以,值域就是 $(0, +infty)$。
对数函数: 比如 $f(x) = log_2 x$。对数函数可以输出任何实数,因为它总能找到一个指数让底数变成那个输出值。所以,值域就是 $(infty, +infty)$。

第二招:给函数加点“限制”——结合定义域分析

函数的定义域(就是你能给函数输入的数的范围)对值域有很大影响。

举个例子: 咱们看这个函数 $f(x) = x^2$,但这次咱们给它加上一个限制:定义域是 $[1, 2]$。现在 $x$ 只能在 $1$ 到 $2$ 之间取值。
当 $x$ 从 $1$ 变化到 $0$ 时,$x^2$ 的值从 $(1)^2 = 1$ 变化到 $0^2 = 0$。
当 $x$ 从 $0$ 变化到 $2$ 时,$x^2$ 的值从 $0^2 = 0$ 变化到 $2^2 = 4$。
所以,在这个定义域下,$x^2$ 的值是从 $0$ 到 $4$ 的所有数。值域就是 $[0, 4]$。
你看,同样是 $x^2$,因为定义域不同,值域也完全不一样了。所以,在求值域之前,一定要先搞清楚定义域。

第三招:巧用“配方法”——处理二次函数

对于二次函数,比如 $f(x) = ax^2 + bx + c$,配方法是个非常有用的工具。

例子: 咱们来求 $f(x) = x^2 4x + 3$ 的值域。
第一步,配方。把 $x^2 4x$ 配成完全平方,需要加上 $(4/2)^2 = 4$。
$f(x) = (x^2 4x + 4) 4 + 3 = (x 2)^2 1$。
现在函数变成了 $(x2)^2 1$。我们知道 $(x2)^2$ 的值永远是大于等于零的。
所以,$(x2)^2 1$ 的值就永远是大于等于 $0 1 = 1$ 的。
值域就是 $[1, +infty)$。
如果这个函数有定义域限制,就像第二招说的那样,再结合定义域去分析。

第四招:利用“判别式”——处理含根式和分式

当函数里出现根号或者分母时,判别式就派上用场了。

含根式: 比如 $f(x) = sqrt{x1}$。
根号里面的东西不能是负数,所以 $x1 ge 0$,即 $x ge 1$。这是定义域。
然后看 $sqrt{x1}$ 的输出。当 $x=1$ 时,$sqrt{11} = 0$。当 $x$ 越来越大时,$sqrt{x1}$ 也越来越大,可以趋向于无穷大。
所以,值域就是 $[0, +infty)$。
含分母: 比如 $f(x) = frac{1}{x2}$。
分母不能为零,所以 $x e 2$。定义域是 $(infty, 2) cup (2, +infty)$。
我们想知道 $y = frac{1}{x2}$ 能取哪些值。如果让 $y$ 取一个具体的值,比如 $y=k$,那么 $k = frac{1}{x2}$。
把这个式子变一下形,尝试解出 $x$ 来:$k(x2) = 1 Rightarrow kx 2k = 1 Rightarrow kx = 1 + 2k$。
如果 $k e 0$,我们就可以得到 $x = frac{1+2k}{k}$。
也就是说,只要 $k e 0$,我们总能找到一个 $x$ 使得 $f(x) = k$。
所以,值域就是 $(infty, 0) cup (0, +infty)$。

更一般的分式情况: $y = frac{ax+b}{cx+d}$。咱们用判别式来处理。
令 $y = frac{ax+b}{cx+d}$。
$y(cx+d) = ax+b$
$cxy + dy = ax + b$
$cxy ax = b dy$
$x(cy a) = b dy$
$x = frac{bdy}{cya}$
为了让 $x$ 能有实数值,要求分母不能为零,即 $cy a e 0$,所以 $y e frac{a}{c}$(当然前提是 $c e 0$)。
这就是说,函数的值不会等于 $frac{a}{c}$。所以值域是除了 $frac{a}{c}$ 以外的所有实数。

第五招:利用“单调性”——处理复杂的复合函数或三角函数

如果函数本身比较复杂,或者涉及到三角函数,理解它的单调性非常重要。

单调递增/递减: 如果一个函数在某个区间上是单调递增的,那么它的值域就取决于这个区间端点的值(或者极限值)。同理,单调递减也是一样。
三角函数: 比如 $f(x) = sin x$。我们知道 $sin x$ 的值永远在 $[1, 1]$ 之间波动。所以它的值域就是 $[1, 1]$。
复合函数: 比如 $f(x) = (sin x)^2$。因为 $sin x$ 的值域是 $[1, 1]$,那么 $(sin x)^2$ 的值域就是 $[0^2, 1^2]$,即 $[0, 1]$。

第六招:利用“图像”——直观理解

有时候,把函数画出来,值域就会一目了然。

你可以在草稿纸上大致画一下函数的图像,然后看看这个图像在 $y$ 轴上覆盖了多大的范围。那个范围就是值域。
比如二次函数的抛物线,开口向上,顶点是最低点,那么值域就是从最低点开始往上。

总结一下求值域的常用思路:

1. 明确定义域: 这是基础,没定义域,值域就无从谈起。
2. 直接观察: 对于简单的函数,直接从表达式看出端倪。
3. 代数变形: 配方法、因式分解等,让函数形式更利于分析。
4. 反解变量: 令 $y=f(x)$,尝试解出 $x$ 来,看 $y$ 取哪些值时,$x$ 有实数解。这过程中会用到判别式。
5. 利用图像和单调性: 更直观地理解函数的取值范围。

关键点:

不要怕试错: 有时候得尝试不同的方法才能找到最合适的。
细心是关键: 别漏掉定义域的限制,也别忽略了某些特殊情况(比如分母不能为零)。
理解原理: 死记硬背公式不如理解为什么这样做,这样才能灵活运用。

你这个问题问得好,如果方便的话,可以把具体的函数也发出来,咱们可以针对性地聊聊。这样一来,学习效果会更好!

网友意见

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记 则当前问题相当于:

已知 求 的范围。

置 则可求得 于是
这 显然是 上的增函数,于是 所以 这就是要求的。

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