求值域的例题及解析

时间:2025-02-15 07:01:42 单机游戏

求函数的值域是数学分析中的一个重要部分,通常有多种方法可以应用。以下是一些常见的方法和例题:

直接法:

从变量x的范围出发推出y的取值范围。

例题:求函数 $y = x^2 - 2x + 5$ 在区间 $[-1, 2]$ 上的值域。

解析:首先,将函数化为顶点形式 $y = (x - 1)^2 + 4$。由于这是一个开口向上的抛物线,其最小值出现在顶点处,即 $x = 1$ 时,$y = 4$。在区间 $[-1, 2]$ 上,函数的最大值出现在端点之一,计算得 $y(-1) = 8$ 和 $y(2) = 5$。因此,函数的值域为 $[4, 8]$。

配方法:

将函数转化为二次函数的标准形式,利用二次函数的性质求值域。

例题:求函数 $y = x^2 - 4x + 3$ 的值域。

解析:将函数化为顶点形式 $y = (x - 2)^2 - 1$。由于这是一个开口向上的抛物线,其最小值出现在顶点处,即 $y = -1$。因此,函数的值域为 $[-1, +\infty)$。

换元法:

通过换元将复杂的函数转化为简单的函数。

例题:求函数 $y = 2x^2 + 3x - 1$ 的值域。

解析:令 $t = x^2 + \frac{3}{2}x$,则 $y = 2t - 1$。由于 $t = x^2 + \frac{3}{2}x = \left(x + \frac{3}{4}\right)^2 - \frac{25}{16}$,$t$ 的最小值为 $-\frac{25}{16}$。因此,$y$ 的值域为 $\left[-\frac{25}{16} - 1, +\infty\right) = \left[-\frac{41}{16}, +\infty\right)$。

反函数法:

利用函数和其反函数的定义域与值域的互逆关系求值域。

例题:求函数 $y = \frac{1}{x^2 - 2x + 1}$ 的值域。

解析:首先,将函数化为 $y = \frac{1}{(x - 1)^2}$。由于分母 $(x - 1)^2 \geq 0$,且当 $x \neq 1$ 时,$(x - 1)^2 > 0$,因此 $y > 0$。所以函数的值域为 $(0, +\infty)$。

导数法:

利用导数求出函数的单调性和极值点,从而确定值域。

例题:求函数 $y = x^3 - 3x + 1$ 的值域。

解析:求导得 $y' = 3x^2 - 3$。令 $y' = 0$,解得 $x = \pm 1$。在 $x = -1$ 处,$y = 3$;在 $x = 1$ 处,$y = -1$。由于函数在 $(-\infty, -1)$ 上单调递增,在 $(-1, 1)$ 上单调递减,在 $(1, +\infty)$ 上单调递增,因此函数的值域为 $[-1, 3]$。

这些方法可以根据具体的函数形式和题目要求灵活选择和应用。