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3.5 指數與指數函數--2025年高考數學一輪講練復習

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3.5 指數與指數函數--2025年高考數學一輪講練復習

資源簡介

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第五節 指數與指數函數
課標解讀 考向預測
1.了解指數冪的拓展過程,掌握指數冪的運算性質. 2.了解指數函數的實際意義,理解指數函數的概念. 3.會畫指數函數的圖象,探索并理解指數函數的單調性與特殊點. 指數函數是高考考查的重點內容之一,應當熟練掌握指數函數的概念、圖象和單調性等常考知識點.在近三年的高考中,考查了指數型函數的圖象和性質,或與分段函數結合,以選擇題或填空題的形式出現. 預計2025年高考可能會考查利用指數函數的性質比較大小、指數型函數圖象的識別與應用以及指數型函數單調性的應用,題型為選擇題或填空題,難度中檔;也可能會以指數或指數函數為載體,結合新定義、初等數論等以創新型題目出現在第19題,難度較大.
【知識梳理】
1.根式
(1)如果xn=a,那么x叫做a的n次方根,其中n>1,且n∈N*.
(2)式子叫做根式,其中n叫做根指數,a叫做被開方數.
(3)()n=a.
當n為奇數時,=a;
當n為偶數時,=|a|=
2.分數指數冪
正數的正分數指數冪,a=(a>0,m,n∈N*,n>1).
正數的負分數指數冪,a-==(a>0,m,n∈N*,n>1).
0的正分數指數冪等于0,0的負分數指數冪沒有意義.
3.指數冪的運算性質
aras=ar+s;(ar)s=ars;(ab)r=arbr(a>0,b>0,r,s∈R).
4.指數函數及其性質
(1)概念:函數y=ax(a>0,且a≠1)叫做指數函數,其中指數x是自變量,定義域是R,a是底數.
(2)指數函數的圖象與性質
a>1 0圖象
定義域 R
值域 (0,+∞)
性質 圖象過定點(0,1),即當x=0時,y=1
當x>0時,y>1; 當x<0時,01;當x>0時,0在(-∞,+∞)上是增函數 在(-∞,+∞)上是減函數
【常用結論】
(1)任意實數的奇次方根只有一個,正數的偶次方根有兩個且互為相反數.
(2)畫指數函數y=ax(a>0,且a≠1)的圖象,應抓住三個關鍵點:(1,a),(0,1),.
(3)如圖是指數函數①y=ax,②y=bx,③y=cx,④y=dx的圖象,底數a,b,c,d與1之間的大小關系為c>d>1>a>b>0.由此我們可得到以下規律:在第一象限內,指數函數y=ax(a>0,a≠1)的圖象越高,底數越大.
(4)指數函數y=ax與y=(a>0,且a≠1)的圖象關于y軸對稱.
【診斷自測】
1.概念辨析(正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)=-4.(  )
(2)2a·2b=2ab.(  )
(3)=()n=a.(  )
(4)=(-3).(  )
(5)函數y=2x-1是指數函數.(  )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2.小題熱身
(1)(人教A必修第一冊習題4.1 T1改編)下列運算中正確的是(  )
A.=2-π B.a=
C.(mn)8= D.(x3-)3+=x9
答案 C
解析 對于A,因為2-π<0,所以=π-2,故A錯誤;對于B,因為->0,所以a<0,則a=-(-a)·=-,故B錯誤;對于C,因為(mn)8=(m)8·(n)8=,故C正確;對于D,因為(x3-)3+=x9-2=x7,故D錯誤.
(2)已知指數函數y=f(x)的圖象經過點(-1,2),那么這個函數也必定經過點(  )
A. B.
C.(1,2) D.
答案 D
(3)函數y=2x+1的圖象是(  )
答案 A
(4)若函數y=ax(a>0,且a≠1)在區間[0,1]上的最大值與最小值之和為3,則a的值為________.
答案 2
【考點探究】
考點一 指數冪的運算
例1(1)(2024·湖北宜昌高三模擬)已知x,y>0,化簡=__________.
答案 -10y
解析 原式==-10y.
(2)計算:-0.752+6-2×=________.
答案 1
解析 原式=-+×=-+×=-+×=1.
【通性通法】
【鞏固遷移】
1.·(a>0,b>0)=________.
答案 
解析 原式==.
2.若x+x=3,則x2+x-2=________.
答案 47
解析 由x+x=3,得x+x-1=7,再平方得x2+x-2=47.
考點二 指數函數的圖象及其應用
例2(1)(2024·安徽合肥八中月考)函數①y=ax;②y=bx;③y=cx;④y=dx的圖象如圖所示,a,b,c,d分別是下列四個數:,,,中的一個,則a,b,c,d的值分別是(  )
A.,,, B.,,,
C.,,, D.,,,
答案 C
解析 由題圖,直線x=1與函數圖象的交點的縱坐標從上到下依次為c,d,a,b,而>>>,故選C.
(2)(2024·江蘇南京金陵高三期末)若直線y=3a與函數y=|ax-1|(a>0,且a≠1)的圖象有兩個公共點,則a的取值范圍為________.
答案 
解析 當01時,y=|ax-1|的圖象如圖2所示,由已知可得0<3a<1,∴01可得a無解.綜上可知,a的取值范圍為.
【通性通法】
(1)根據指數函數圖象判斷底數大小的問題,可以通過直線x=1與圖象的交點進行判斷.
(2)對于有關指數型函數的圖象可從指數函數的圖象通過平移、伸縮、對稱變換而得到.特別地,當底數a與1的大小關系不確定時應注意分類討論.
(3)已知函數解析式判斷其圖象一般是取特殊點,判斷選項中的圖象是否過這些點,若不滿足則排除.
【鞏固遷移】
3.(2024·廣東深圳中學高三摸底)函數y=e-|x|(e是自然對數的底數)的大致圖象是(  )
答案 C
解析 y=e-|x|=易得函數y=e-|x|為偶函數,且圖象過(0,1),y=e-|x|>0,函數在(-∞,0)上單調遞增,在(0,+∞)上單調遞減,故C符合題意.故選C.
4.(多選)若實數x,y滿足4x+5x=5y+4y,則下列關系式中可能成立的是(  )
A.1C.0答案 BCD
解析 設f(x)=4x+5x,g(x)=5x+4x,則f(x),g(x)都是增函數,畫出函數f(x),g(x)的圖象,如圖所示,根據圖象可知,當x=0時,f(0)=g(0)=1;當x=1時,f(1)=g(1)=9,依題意,不妨設f(x)=g(y)=t,則x,y分別是直線y=t與函數y=f(x),y=g(x)圖象的交點的橫坐標.當t>9時,若f(x)=g(y),則x>y>1,故A不正確;當t=9或t=1時,若f(x)=g(y),則x=y=1或x=y=0,故B正確;當1考點三 指數函數的性質及其應用(多考向探究)
考向1比較指數式的大小
例3 (2023·天津高考)若a=1.010.5,b=1.010.6,c=0.60.5,則a,b,c的大小關系為(  )
A.c>a>b B.c>b>a
C.a>b>c D.b>a>c
答案 D
解析 解法一:因為函數f(x)=1.01x是增函數,且0.6>0.5>0,所以1.010.6>1.010.5>1,即b>a>1.因為函數φ(x)=0.6x是減函數,且0.5>0,所以0.60.5<0.60=1,即c<1.綜上,b>a>c.故選D.
解法二:因為函數f(x)=1.01x是增函數,且0.6>0.5,所以1.010.6>1.010.5,即b>a.因為函數h(x)=x0.5在(0,+∞)上單調遞增,且1.01>0.6>0,所以1.010.5>0.60.5,即a>c.綜上,b>a>c.故選D.
【通性通法】
比較兩個指數式的大小時,盡量化成同底或同指.
(1)當底數相同,指數不同時,構造同一指數函數,然后利用指數函數的性質比較大小.
(2)當指數相同,底數不同時,構造兩個指數函數,利用圖象比較大小;或構造同一冪函數,然后利用冪函數的性質比較大小.
(3)當底數不同,指數也不同時,常借助1,0等中間量進行比較.
【鞏固遷移】
5.(2023·福建泉州高三質檢)已知a=,b=,c=,則(  )
A.a>b>c B.c>b>a
C.c>a>b D.b>a>c
答案 C
解析 因為=>1,=<1,>1,y=在R上是增函數,所以>,所以>>,即c>a>b.
考向2 解簡單的指數方程或不等式
例4 (1)(多選)若4x-4y<5-x-5-y,則下列關系式正確的是(  )
A.xx-3
C.> D.<3-x
答案 AD
解析 由4x-4y<5-x-5-y,得4x-5-x<4y-5-y,令f(x)=4x-5-x,則f(x)y-3,故B錯誤;當x<0,y<0時,,無意義,故C錯誤;因為y=在R上是減函數,且x(2)已知實數a≠1,函數f(x)=若f(1-a)=f(a-1),則a的值為________.
答案 
解析 當a<1時,41-a=21,解得a=;當a>1時,2a-(1-a)=4a-1,無解.故a的值為.
【通性通法】
(1)解指數方程的依據:af(x)=ag(x)(a>0,且a≠1) f(x)=g(x).
(2)解指數不等式的思路方法:對于形如ax>ab(a>0,且a≠1)的不等式,需借助函數y=ax的單調性求解,如果a的取值不確定,則需分a>1與0b的不等式,需先將b轉化為以a為底的指數冪的形式,再借助函數y=ax的單調性求解.
【鞏固遷移】
6.函數y=(0.5x-8)的定義域為________.
答案 (-∞,-3)
解析 因為y=(0.5x-8)=,所以0.5x-8>0,則2-x>23,即-x>3,解得x<-3,故函數y=(0.5x-8)的定義域為(-∞,-3).
7.當00,且a≠1)有解,則實數a的取值范圍是________.
答案 (4,+∞)
解析 依題意,當x∈時,y=ax與y=的圖象有交點,作出y=的部分圖象,如圖所示,所以解得a>4.
考向3與指數函數有關的復合函數問題
例5 (1)函數f(x)=3-x2+1的值域為________.
答案 (0,3]
解析 設t=-x2+1,則t≤1,所以0<3t≤3,故函數f(x)的值域為(0,3].
(2)函數y=-8·+17的單調遞增區間為________.
答案 [-2,+∞)
解析 設t=>0,又y=t2-8t+17=(t-4)2+1在(0,4]上單調遞減,在(4,+∞)上單調遞增.由≤4,得x≥-2,由>4,得x<-2,而函數t=在R上單調遞減,所以函數y=-8·+17的單調遞增區間為[-2,+∞).
【通性通法】
涉及指數函數的綜合問題,首先要掌握指數函數的相關性質,其次要明確復合函數的構成,涉及值域、單調區間、最值等問題時,都要借助“同增異減”這一性質分析判斷.
【鞏固遷移】
8.(多選)已知定義在[-1,1]上的函數f(x)=-2·9x+4·3x,則下列結論中正確的是(  )
A.f(x)的單調遞減區間是[0,1]
B.f(x)的單調遞增區間是[-1,1]
C.f(x)的最大值是f(0)=2
D.f(x)的最小值是f(1)=-6
答案 ACD
解析 設t=3x,x∈[-1,1],則t=3x是增函數,且t∈,又函數y=-2t2+4t=-2(t-1)2+2在上單調遞增,在[1,3]上單調遞減,因此f(x)在[-1,0]上單調遞增,在[0,1]上單調遞減,故A正確,B錯誤;f(x)max=f(0)=2,故C正確;f(-1)=,f(1)=-6,因此f(x)的最小值是f(1)=-6,故D正確.故選ACD.
9.若函數f(x)=的值域是,則f(x)的單調遞增區間是________.
答案 (-∞,-1]
解析 ∵y=是減函數,且f(x)的值域是,∴t=ax2+2x+3有最小值2,則a>0且=2,解得a=1,因此t=x2+2x+3的單調遞減區間是(-∞,-1],故f(x)的單調遞增區間是(-∞,-1].
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第五節 指數與指數函數
課標解讀 考向預測
1.了解指數冪的拓展過程,掌握指數冪的運算性質. 2.了解指數函數的實際意義,理解指數函數的概念. 3.會畫指數函數的圖象,探索并理解指數函數的單調性與特殊點. 指數函數是高考考查的重點內容之一,應當熟練掌握指數函數的概念、圖象和單調性等常考知識點.在近三年的高考中,考查了指數型函數的圖象和性質,或與分段函數結合,以選擇題或填空題的形式出現. 預計2025年高考可能會考查利用指數函數的性質比較大小、指數型函數圖象的識別與應用以及指數型函數單調性的應用,題型為選擇題或填空題,難度中檔;也可能會以指數或指數函數為載體,結合新定義、初等數論等以創新型題目出現在第19題,難度較大.
【知識梳理】
1.根式
(1)如果xn=a,那么x叫做a的n次方根,其中n>1,且n∈N*.
(2)式子叫做根式,其中n叫做根指數,a叫做被開方數.
(3)()n=a.
當n為奇數時,=a;
當n為偶數時,=|a|=
2.分數指數冪
正數的正分數指數冪,a=(a>0,m,n∈N*,n>1).
正數的負分數指數冪,a-==(a>0,m,n∈N*,n>1).
0的正分數指數冪等于0,0的負分數指數冪沒有意義.
3.指數冪的運算性質
aras=ar+s;(ar)s=ars;(ab)r=arbr(a>0,b>0,r,s∈R).
4.指數函數及其性質
(1)概念:函數y=ax(a>0,且a≠1)叫做指數函數,其中指數x是自變量,定義域是R,a是底數.
(2)指數函數的圖象與性質
a>1 0圖象
定義域 R
值域 (0,+∞)
性質 圖象過定點(0,1),即當x=0時,y=1
當x>0時,y>1; 當x<0時,01;當x>0時,0在(-∞,+∞)上是增函數 在(-∞,+∞)上是減函數
【常用結論】
(1)任意實數的奇次方根只有一個,正數的偶次方根有兩個且互為相反數.
(2)畫指數函數y=ax(a>0,且a≠1)的圖象,應抓住三個關鍵點:(1,a),(0,1),.
(3)如圖是指數函數①y=ax,②y=bx,③y=cx,④y=dx的圖象,底數a,b,c,d與1之間的大小關系為c>d>1>a>b>0.由此我們可得到以下規律:在第一象限內,指數函數y=ax(a>0,a≠1)的圖象越高,底數越大.
(4)指數函數y=ax與y=(a>0,且a≠1)的圖象關于y軸對稱.
【診斷自測】
1.概念辨析(正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)=-4.(  )
(2)2a·2b=2ab.(  )
(3)=()n=a.(  )
(4)=(-3).(  )
(5)函數y=2x-1是指數函數.(  )
2.小題熱身
(1)(人教A必修第一冊習題4.1 T1改編)下列運算中正確的是(  )
A.=2-π B.a=
C.(mn)8= D.(x3-)3+=x9
(2)已知指數函數y=f(x)的圖象經過點(-1,2),那么這個函數也必定經過點(  )
A. B.
C.(1,2) D.
(3)函數y=2x+1的圖象是(  )
(4)若函數y=ax(a>0,且a≠1)在區間[0,1]上的最大值與最小值之和為3,則a的值為________.
【考點探究】
考點一 指數冪的運算
例1(1)(2024·湖北宜昌高三模擬)已知x,y>0,化簡=__________.
(2)計算:-0.752+6-2×=________.
【通性通法】
【鞏固遷移】
1.·(a>0,b>0)=________.
2.若x+x=3,則x2+x-2=________.
考點二 指數函數的圖象及其應用
例2(1)(2024·安徽合肥八中月考)函數①y=ax;②y=bx;③y=cx;④y=dx的圖象如圖所示,a,b,c,d分別是下列四個數:,,,中的一個,則a,b,c,d的值分別是(  )
A.,,, B.,,,
C.,,, D.,,,
(2)(2024·江蘇南京金陵高三期末)若直線y=3a與函數y=|ax-1|(a>0,且a≠1)的圖象有兩個公共點,則a的取值范圍為________.
【通性通法】
(1)根據指數函數圖象判斷底數大小的問題,可以通過直線x=1與圖象的交點進行判斷.
(2)對于有關指數型函數的圖象可從指數函數的圖象通過平移、伸縮、對稱變換而得到.特別地,當底數a與1的大小關系不確定時應注意分類討論.
(3)已知函數解析式判斷其圖象一般是取特殊點,判斷選項中的圖象是否過這些點,若不滿足則排除.
【鞏固遷移】
3.(2024·廣東深圳中學高三摸底)函數y=e-|x|(e是自然對數的底數)的大致圖象是(  )
4.(多選)若實數x,y滿足4x+5x=5y+4y,則下列關系式中可能成立的是(  )
A.1C.0考點三 指數函數的性質及其應用(多考向探究)
考向1比較指數式的大小
例3 (2023·天津高考)若a=1.010.5,b=1.010.6,c=0.60.5,則a,b,c的大小關系為(  )
A.c>a>b B.c>b>a
C.a>b>c D.b>a>c
【通性通法】
比較兩個指數式的大小時,盡量化成同底或同指.
(1)當底數相同,指數不同時,構造同一指數函數,然后利用指數函數的性質比較大小.
(2)當指數相同,底數不同時,構造兩個指數函數,利用圖象比較大小;或構造同一冪函數,然后利用冪函數的性質比較大小.
(3)當底數不同,指數也不同時,常借助1,0等中間量進行比較.
【鞏固遷移】
5.(2023·福建泉州高三質檢)已知a=,b=,c=,則(  )
A.a>b>c B.c>b>a
C.c>a>b D.b>a>c
考向2 解簡單的指數方程或不等式
例4 (1)(多選)若4x-4y<5-x-5-y,則下列關系式正確的是(  )
A.xx-3
C.> D.<3-x
(2)已知實數a≠1,函數f(x)=若f(1-a)=f(a-1),則a的值為________.
【通性通法】
(1)解指數方程的依據:af(x)=ag(x)(a>0,且a≠1) f(x)=g(x).
(2)解指數不等式的思路方法:對于形如ax>ab(a>0,且a≠1)的不等式,需借助函數y=ax的單調性求解,如果a的取值不確定,則需分a>1與0b的不等式,需先將b轉化為以a為底的指數冪的形式,再借助函數y=ax的單調性求解.
【鞏固遷移】
6.函數y=(0.5x-8)的定義域為________.
7.當00,且a≠1)有解,則實數a的取值范圍是________.
考向3與指數函數有關的復合函數問題
例5 (1)函數f(x)=3-x2+1的值域為________.
(2)函數y=-8·+17的單調遞增區間為________.
【通性通法】
涉及指數函數的綜合問題,首先要掌握指數函數的相關性質,其次要明確復合函數的構成,涉及值域、單調區間、最值等問題時,都要借助“同增異減”這一性質分析判斷.
【鞏固遷移】
8.(多選)已知定義在[-1,1]上的函數f(x)=-2·9x+4·3x,則下列結論中正確的是(  )
A.f(x)的單調遞減區間是[0,1]
B.f(x)的單調遞增區間是[-1,1]
C.f(x)的最大值是f(0)=2
D.f(x)的最小值是f(1)=-6
9.若函數f(x)=的值域是,則f(x)的單調遞增區間是________.
課時作業
【A組 基礎練習】
一、單項選擇題
1.(2024·內蒙古阿拉善盟第一中學高三期末)已知集合A={x|32x-1≥1},B={x|6x2-x-2<0},則A∪B=(  )
A. B.
C. D.
2.(2024·山東棗莊高三模擬)已知指數函數y=ax的圖象如圖所示,則y=ax2+x的圖象頂點橫坐標的取值范圍是(  )
A. B.
C. D.
3.已知函數f(x)=,則對任意實數x,有(  )
A.f(-x)+f(x)=0 B.f(-x)-f(x)=0
C.f(-x)+f(x)=1 D.f(-x)-f(x)=
4.已知a=2,b=4,c=5,則(  )
A.cC.b5.(2024·江蘇連云港海濱中學高三學情檢測)若函數f(x)=ax(a>0,且a≠1)在[-1,2]上的最大值為4,最小值為m,則實數m的值為(  )
A. B.
C. D.或
6.(2023·新課標Ⅰ卷)設函數f(x)=2x(x-a)在區間(0,1)上單調遞減,則a的取值范圍是(  )
A.(-∞,-2] B.[-2,0)
C.(0,2] D.[2,+∞)
7.(2023·遼寧名校聯盟聯考)已知函數f(x)滿足f(x)=若f(a)>f(-a),則實數a的取值范圍是(  )
A.(-1,0)∪(0,1)
B.(-1,0)∪(1,+∞)
C.(-∞,-1)∪(1,+∞)
D.(-∞,-1)∪(0,1)
8.(2024·福建漳州四校期末)已知正數a,b,c滿足2a+=4,3b+=6,4c+=8,則下列判斷正確的是(  )
A.aC.c二、多項選擇題
9.下列各式中成立的是(  )
A.=n7m(n>0,m>0)
B.-=
C.=
D.[(a3)2(b2)3]-=a-2b-2(a>0,b>0)
10.已知函數f(x)=,下列說法正確的是(  )
A.f(x)的圖象關于原點對稱
B.f(x)的圖象關于直線x=1對稱
C.f(x)的值域為(-1,1)
D. x1,x2∈R,且x1≠x2,<0
三、填空題
11.0.25-(-2×160)2×(2)3+×(4)-1=________.
12.不等式10x-6x-3x≥1的解集為________.
13.若函數f(x)=|2x-a|-1的值域為[-1,+∞),則實數a的取值范圍為________.
14.已知函數f(x)=關于x的不等式f(x)≤f(2)的解集為I,若I?(-∞,2],則實數a的取值范圍是________.
四、解答題
15.(2024·遼寧沈陽東北育才學校高三月考)已知函數f(x)是定義在R上的奇函數,且函數g(x)=f(x)+ex是定義在R上的偶函數.
(1)求函數f(x)的解析式;
(2)求不等式f(x)≥的解集.
解 (1)∵g(x)=f(x)+ex是定義在R上的偶函數,
∴g(-x)=g(x),即f(-x)+e-x=f(x)+ex,
∵f(x)是定義在R上的奇函數,
∴f(-x)=-f(x),
∴-f(x)+e-x=f(x)+ex,
∴f(x)=.
(2)由(1),知≥,得2e-x-2ex-3≥0,
即2(ex)2+3ex-2≤0,
令t=ex,t>0,則2t2+3t-2≤0,
解得0∴0∴x≤-ln 2,
∴不等式f(x)≥的解集為(-∞,-ln 2].
16.(2024·山東菏澤高三期中)已知函數f(x)=.
(1)解關于x的不等式f(x)>,a∈R;
(2)若 x∈(1,3), m∈(1,2),f(2mnx-4)-f(x2+nx)+x2+nx-2mnx+4≤0,求實數n的取值范圍.
解 (1)由>,得x3+x當1-a=0,即a=1時,不等式恒成立,
則f(x)>的解集為R;
當1-a>0,即a<1時,x<,
則f(x)>的解集為;
當1-a<0,即a>1時,x>,
則f(x)>的解集為.
綜上所述,當a=1時,不等式的解集是R;
當a<1時,不等式的解集是;
當a>1時,不等式的解集是.
(2)因為y=x3和y=x均為增函數,
所以y=x3+x是增函數,
因為y=是減函數,
所以f(x)是減函數,則g(x)=f(x)-x是減函數.
由f(2mnx-4)-f(x2+nx)+x2+nx-2mnx+4≤0可得,
g(2mnx-4)=f(2mnx-4)-(2mnx-4)≤f(x2+nx)-(x2+nx)=g(x2+nx),
所以2mnx-4≥x2+nx,
所以2mn-n≥x+能成立,
又x+≥2=4,當且僅當x=,
即x=2時,不等式取等號,即 m∈(1,2),2mn-n≥4恒成立,
由一次函數性質可知,解得n≥4,
所以實數n的取值范圍是[4,+∞).
【B組 素養提升】
17.(多選)已知函數f(x)=a·+b的圖象經過原點,且無限接近直線y=2,但又不與該直線相交,則下列說法正確的是(  )
A.a+b=0
B.若f(x)=f(y),且x≠y,則x+y=0
C.若xD.f(x)的值域為[0,2)
18.(多選)已知實數a,b滿足3a=6b,則下列關系式可能成立的是(  )
A.a=b B.0C.a19.(2023·廣東珠海一中階段考試)對于函數f(x),若其定義域內存在實數x滿足f(-x)=-f(x),則稱f(x)為“準奇函數”.若函數f(x)=,則f(x)________(是,不是)“準
奇函數”;若g(x)=2x+m為定義在[-1,1]上的“準奇函數”,則實數m的取值范圍為________.
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 (共 2 頁)
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