复合函数的含义

余年寄山水
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2020年08月15日 13:24
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复合函数含义:
函数y=log
2
x是对数函数,那么函数y =log
2
(2x-1)是什么函数呢?我们可以这样理解:设
y=log
2
u,u=2x-1,因此函数y=log
2
(2x-1)是由对数函数y=log2
u和一次函数u=2x-1经过复
合而成的。一般地:

yf(u )
,又
ug(x)
,且
g(x)
值域与
f(u)
定义域的交集不空,则函数
yf[g(x)]

x
的复合函数,其中
yf(u)
叫外层函数,
ug(x)
叫内层函数,简而言之,所谓复合
函数就是由一些初等函数复合而成的函数。

简言之:复合函数就是: 把一个函数中的自变量替换成另一个函数所得的新函数.
例如: f(x) = 3x+5, g(x) = x
2
+1; 复合函数f(g(x))即把f(x)里面的x换成g(x),
f(g(x)) = 3g(x)+5 = 3(x
2
+1)+5 = 3x
2
+8.

对于有关复合函数定义域问题我们可以分成以下几种常见题型:
(一)求复合函数表达式;
(二)求复合函数相关定义域;
(三)复合函数的单调性;
(四)函数性质等与复合函数结合。
新课程中复合函数相关题:
7,如果
f(t)
t
1t
,g(t)
t
1t
,证明:
f(t)g(t)2g(t)

2
8、已知函数
f(x)

g(x)
分别由下表给出,那么
f(f(1))__________
g(f(3))__________
__ ________
__________
_f(g(2))__________
_ g(g(4))__________
__________
__________
_

_

x

f(x)

1
2
2
3
3
4
4
1
x

g(x)

1
2
2
1
3
4
4
3
9、设函数
f(x)2x3
,函数
g(x) 3x5
,求
f(g(x)),g(f(x))

7、已知
f(x )
是一个定义在R上的函数,求证:(1)
g(x)f(x)f(x)
是偶函数 ;(2)
h(x)f(x)f(x)
是奇函数。
20、求满足下列条件的函数
f(x)
的解析式:
2
(1)
f(1x)3x2
;(2)
f(2x)3x1


(nN)
22、如果
f(x)x1
,试求
f(f(f(x)))的表达式,并猜一猜
f(f(f(

f(x))))
n个f

的表达式。
23、(1)函数
yf(x)

yf(x)
的图象之间有什么关系?
(2)已知函数
f(x)x
2
2x1
的图象如图所示,画出下列函数的图象:

yf(x);②
yf(x)
;③
yf(x)1
;④
yf(x2 )
。(必修1 p94 )

x
2
,x0
⑴已知
f(x)

2,x0
,则
f(4)___,f[f (3)]___


0,x0

⑵已知
f(x)< br>与
g(x)
分别由下表给出,

1 2 3 4 1 2 3
x

x


f(x)

2
g(x)

2 3 4 1 1 4

那么
f(f(1) )___,f(g(2))___,g(f(3))___,g(g(4))___

⑶已知函数
f(x)x1

①求
f(a),f(a1),f(x1)
; ②若函数
g(x)x1,

f(g(x))

变题:已知函数
f(x)x

g(x)x1
,求:
2
2
4
3

f(a)
;②
f(g(x ))
;③
f(g(x))
的定义域;④
g(f(x))

2
2]

g(x)3x2x,x[2,
⑷已知函数
f(x) 2x1,x[1,
5]
,求
f[g(x)]
.

(一)求复合函数表达式;
例1.已知f(x)=x+,g(x)=x-2,求f[g(x)]和g[f(x)]的解析式。

2
例2、(1)设 f(x)=2x3 g(x)=x+2 求f[g(x)](或g[f(x)])。
(2)已知:f(x)=xx+3 求:f(
2
2
1
x
) f(x+1)
(二)求复合函数相关定义域;
一、已知
f(x)
的定义域,求复合函数< br>f[g

x

]
的定义域
由复合函数的定 义我们可知,要构成复合函数,则内层函数的值域必须包含于外层函数
的定义域之中,因此可得其方法为 :若
f(x)
的定义域为
x

a,b

,求出< br>f[g(x)]

ag(x)b
的解
x
的范围,即为f[g(x)]
的定义域。
3]
,求
f(x2x)
定义域。 例1 已知
f(x)
的定义域为
(0,
解 因为复合函数中内层函数值域必须包含于外层函数定义域中,即
2


x 2,或x0

x2x0



0x2x3


2
3x1


x2x3

3x2

0x1
2
2

f(x2x)
的定义域为

3,2



0,1


【评注】所谓定义域是指函数中自变量
x
的取值范围,因此我们可以直接将复合函数中
2


x2x< br>看成一个整体
x
,即由
0x3
可得
0x2x3,解出
x
的范围即可。
22

x

2
,则
f

f

的定义域为 (B)
2x

2

x

A.

4,0



0,4

B.

4,1



1,4


(2006年湖北卷)设
f

x

lg
2x< br>C.

2,1



1,2

D.

4,2



2,4

< br>二、已知复合函数
f[g

x

]
的定义域,求f(x)
的定义域
方法是:若
f[g

x

]
的定义域为
x

a,b

,则由
axb< br>确定
g(x)
的范围即为
f(x)
的定义域。
例2 若函数
f

32x

的定义域为

1,2

,求函数
f

x

的定义域

1x2

132x5

故函数
f< br>
x

的定义域为

1,5


【评注】由
f

32x

的定义域为

1,2


1x2
,有的同学会误将此
x
的范围
当 作
f

x

的定义域,为了更易分清此
x
非彼x
,我们可将
32x
令成一个整体
t
,即
t32 x
,先解出
f

t

的定义域,即为
f

x

的定义域。
三、已知复合函数
f[g
< br>x

]
的定义域,求
f[h

x

]
的定义域
结合以上一、二两类定义域的求法,我们可以得到此类解法为:可先由
f[g

x

]
定义
域求得
f

x

的定义域,再由
f

x

的定义域求 得
f[h

x

]
的定义域。
3)
,求
f

x2

的定义域。 例3 已知
f(x1)
的定义域为
[2,
3)

2x3,故
1x14
解 由
f(x1)
的定义域为
[2,
4)
,从而得到
1x24
,所以
1x6 即得
f

x

定义域为
[1,
故得函数< br>f

x2

的定义域为

1,6


四、已知
f

x

的定义域,求四则运算型函数的定义域
若函数是由一些基本函数通过四则运算结合而成的,其定义域为各基本函数定义域的交
集,即先求出各个 函数的定义域,再求交集。
例4 已知函数
f

x
定义域为是
[a,b]
,且
ab0

求函数
h
x

f

xm

f

xm

m0

的定义域



amxbm

m0,amam



axmbamxbm

bmbm
,又
ambm

ba
2

axmb
要使函数
h

x

的定义域为非空集合,必须且只需
ambm
,即
0m

这时函数
h

x

的定义域为
[am,bm]

【评注】由于所得不等式组中两个不等式的四个“端点”都含有字母,所 以既要分别判
断它们左、右端点值的大小,还要交叉判断第一个不等式的左端点与第二个不等式的右端点
和第一个不等式的右端点与第二个不等式的左端点的大小,需要特别指出的是,函数的定义
域不 能是空集。
(三)复合函数的单调性;
函数单调性是函数的核心内容之一,也是高考 中重点考查的知识,又多以考查复合函数的单
调性居多. 复合函数的单调性的复合规律为:若函数y= f(u)与u=g(x)的增减性相同(相反),
则y=f[g(x)]是增(减)函数,可概括为“同 增异减” .


定理:设y=f(u),u=g(x),已知u=g(x)在[a,b ]上是单调增(减)函数,y=f(u)在区间[g(a),
g(b)](或[g(b),g(a)]上 是单调增(减)函数,那么复合函数y=f[g(x)]在[a,b]上一定是单
调函数,并有以下结论 :

u=g(x)
y=f(u)
y=f[g(x)]
增函数
增函数
增函数
增函数
减函数
减函数
减函数
增函数
减函数
减函数
减函数
增函数
判断复合函数的单调性的步骤如下:
(1)求复合函数定义域;
(2)将复 合函数分解为若干个常见函数(一次、二次、幂、指、对函数);(3)判断每个常见函
数的单调性;
(4)将中间变量的取值范围转化为自变量的取值范围;
(5)求出复合函数的单调性。
一、外函数与内函数只有一种单调性的复合型:
例1 (95·全国·理)已知函数y= log
a
(2-ax)在[0,1]上是x的减函数,则a的取值范围是( )
(A).(0,1) (B).(1,2) (C).(0,2) (D).
[
2,+∞)
解:设y= log
a
u,u=2-ax,∵a是底数,所以a>0,
∵ 函数y=log
a
u在u∈[0,1]上是减函数,而u=2-ax在区间x∈[0,1]上是减函数,
∴ y= log
a
u是u∈(0, +∞)上的增函数,故a>1,还要使2-ax>0在区间上总成立,
g(0)=2-a·0>0
令g(x)= 2-ax,由
{
,解得a<2,∴1g(1)=2-a·1>0
二、外函数只有一种单调性,而内函数有两种单调性的复合型:
例2 (84·全国·理)函数y=log
0.5
(x
2
+4x+4 )在什么区间上是增函数?
解:令y= log
0.5
u,u= x
2
+4x+4,由x
2
+4x+4>0知函数的定义域为x≠0,
因y= log
0.5
u在u∈(0,+∞)上是减函数,而u= x
2
+4x+4在x∈(-∞,-2)上是减函
数,
在(-2,+ ∞)上是增函数,根据复合规律知,
函数y=log
0.5
(x
2
+4x+4) 在x∈(-∞,-2)上是增函数.
x2-4x+3
例3.讨论函数y=0.8的单调性。
解:函数定义域为R。
2u
令u=x-4x+3,y=0.8。
u
指数函数y=0.8在(-∞,+∞)上是减函数,
2
u=x-4x+3在(-∞,2]上是减函数,在[2,+∞)上是增函数,
x2-4x+3
∴ 函数y=0.8在(-∞,2]上是增函数,在[2,+∞)上是减函数。
这里没有第四步,因为中间变量允许的取值范围是R,无需转化为自变量的取值范围。
三、外函数有两种单调性,而内涵数只有一种单调性的复合型:
π
例5 (96·全国·理)在下列各区间中,函数y=sin(x+)的单调递增区间是( )
4
ππππ
(A).[,π] (B).[0,] (C).[-π,0] (D). [,]
2442
πππ
解:令y=sinu,u=x+,∵y=sinu在u ∈[2kπ- ,2kπ+ ](k∈Z)上单调递增,
422
π3ππ
在u ∈[2kπ+ ,2kπ+ ](k∈Z)上单调递增,而u=x+在R上是增函数,
224
πππ
根据函数单调性的复合规律,由2kπ- ≤x+≤2kπ+ 得
242
3ππ3πππ3ππ
2kπ- ≤x≤2kπ+,当k=0时,- ≤x≤,而[0,]∈[- ,]
4444444


故选(B) .
2
例6.讨论函数y=(log
2
x)+log
2
x的单调性。
解:显然函数定义域为(0,+∞)。
2
令 u=log
2
x,y=u+u
∵ u=log
2
x在(0,+∞)上是增函数,
y=u+u在(-∞,< br>
[

1
2
2
1
2
]上是减函数, 在[

1
2
,+∞)上是增函数(注意(-∞,

1
2
]及
,+∞)是u的取值范围)
1
2
2
因为u≤< br>
log
2
x≤

1
2
,0<x≤
2
2
2
2
,(u≥

1
2

2
2
log
2
x≥

1
2
x≥
2
2
)
所以y=(log
2
x)+log
2
x在(0,]上是减函数,在[,+∞)上是增函数。
四、外函数与内函数都有两种单调性的复合型:
例7、(89·全国·理)已知函数f(x )=8+2x-x
2
,如果g(x)=f(2-x
2
),那么g(x) ( )
(A).在区间(-1,0)上是减函数; (B).在区间(0, 1)上是减函数;
(C).在区间(-2,0)上是增函数; (D).在区间(0, 2)上是增函数.
解:令g(x)=f(u)=-(u-1)
2
+9,u=2-x
2
,则
(1) g(x) =-(u-1)
2
+9在u∈-∞,1上是增函数,与u=2-x
2
具有相同的增减性,
由2-x
2
≤1得 x≤-1或x≥1,而u在x∈-∞,-1上是增函数,
u在x∈1,+∞上是减函数,
∴g(x)在区间-∞,-1上是增函数, 在区间1,+∞上是减函数.
(2) g(x) =-(u-1)
2
+9在u∈1,+∞上是减函数,与u=2-x
2
具有相反的增减性,
由2-x
2
≥1得 -1≤x≤1,而u=2-x
2
在x∈ [-1,0] 上是增函数,
在x∈(0, 1)上是减函数,
∴g(x) =-(u-1)
2
+9在区间[-1,0]上是减函数, 在区间(0,1)上是增函数.
故选(A)
五、利用复合函数求参数取值范围。
求参数的取值范围是一类重要问题,解题关键是建立关于这个参数的不等式组,必须
将已知的所有条件加以转化。
例8.已知函数f(x)=
围是_______。
分析如下:
令u=x-ax+3a,y=
因为y=
2
(x-ax+3a)在区间[2,+∞)上是减函数,则实数a的取值范
2
u。
u在(0,+∞)上是减函数
2
∴ f(x)=(x-ax+3a)在[2,+∞)上是减函数
2
u=x-ax+3a在[2,+∞)上是增函数,且对任意x∈[2,+∞),都有u>0。
对称轴x=在2的左侧或过(2,0)点,且u(2)>0。 


-4<a≤4
例9.若f(x)=log
a
(3-ax)在[0,1]上是 减函数,则a的取值范围是_______。


令u=-ax+3>0,y=lo g
a
u,由于a作对数的底数,所以a>0且a≠1,由u=-ax+3>0得x
<。
在[0,1]上,且u是减函数。
∴ f(x)=log
a
(3-ax)在[0,1]上是减函数。
 y=log
a
u是增函数,且[0,1](-∞,
3
a
]
  1<a<3
所以a的取值范围是(1,3)。
(四)函数性质等与复合函数结合。

|x1|2,|x|1,
1

1 设f(x)=

1
,则f[f()]= ( B )
2
, |x|1

2

1x

135
41
( x0),

tanx

2.若函数f(x+2)=

则f(+2)· f(-98)的值为_____2___.
(x0),
4
lg(x)

A.
1
2
B.
4
C.-
9
D.
25


x1

1
3、已知函数
f(x )



2x3x1
5
{x1x2或x}< br>
2
,则方程
f[f(x)]1
的解集为
4.已知函数< br>yf
1
,则
yf(
(x)
的图象过(1,0)
1
2
x1)
的图象一定过点( B )
A.(1,2) B.(2,1) C.(0,2) D.(2,0)

5、已知函数y = f(|x|)的图象如下左图所示,则函数y = f(x)的图象不可能是 ( )
...
y









y y y y
O
x
O
A
x
O
B
x
O
C
x
O
D
x
函数y = f(|x|)的图象








2
x

6.若函数
f(x)

logx
1


2x≤1,
x1,
则y=f(1-x)的图象可以是 ( C )
A B C D
7.定义在R上的增函数f(x)满足f[f(x)]=x,则|f(x)|-|f(x)-1|的 范围是( B )
A.

,1

B.[-1,1] C.

1,2

D.

2,


(A) (B) (C) (D)
8. (2006年山东卷)已知定义在R上的奇函数 f(x)满足f(x+2)=

f(x),则,f(6)的值为 (B)
(A)-1 (B) 0 (C) 1 (D)2
复合函数习题

1、函数lg[f(x)g(x)]的定义域为M,lgf(x)的 定义域为N,lgg(x)的定义域为P,则M、N、P
间的关系是 ( )
A、M(NP) B、MNP C、M=(NP) D、M(NP) 2、若g(x)是奇函数,且F(x)=ag(x)+bx
3
+5在(0,+)内有最大 值12,则F(x)在(—,0)
内有 ( )
A、最小值—12 B、最大值12 C、最小值—2 D、最小值—2
3、设log
2
[log
1
,
(log
2
x)]=log
3
[log
1

(log
3
y)]=log
5
[log
1

(log
5
z)]=0,则x、y、z有大小关系是( )
235
A、z——
4、设有函数f(x)=x—1, g(x)=—x , h(x)=3
x
,则函数h{g
1
[f(x)]}的值域是( )
A、[0,+) B、(1,+) C、(0,+) D、[1,+)
5、设函数f(x)的定义域是[—1,1]那么函数f[log
1

(x
2
—1)]的定义域是________
2
6、已知函数f( x)的最小正周期是8,且对等式f(4+x)=f(4—x)恒成立,则f(x)的奇函偶性是
___ _____(填“奇、偶、非奇、非偶”)
7、函数y=sinx +1—sinx 的值域是________
8、已知函数y=log
2
(x
2
—2 )的值域为[1,log
2
14
],则函数的定义域是_______
3< br>9、已知log
a
y=—(log
a
x)
2
+log
a
x
3
— (其中a>1 ),当y最大值为8 时求实数a、x之值
2
1
10、已知函数f(x)满足:(1)f( )=1,(2)值域为[—1,1](3)严格递减(4)f(xy)=f(x)+f(y)
2
11
1
11
)
。 (1)、求证 不在f(x) 定义域内;(2)、求解不等式
f(x)f(
4
1x2
11、 若y = f ( x ) 的定义域是[0,1],则 f ( x + a ) + f (2 x + a) (
0a1
)的定义域为( A)
A.[
a
2

1a
2
] B.[
a
2
,1a] C.[a,1a] D.[a,
1a
2
]


12、关于x的函数ylog
1
(axa2a)
在[1,+∞
)
上为减函数 ,则实数a的取值范围
2
2
是 ( D )
A.(-∞,0) B.(-1,0) C.(0,2
]
D.(-∞,-1)
13、已知单调函数y=f(x )的定义域是[0,2],且
f(
域是_____________________
[1,
14. 已知函数
f(x)2
x
,则
f
1
1
10
)1
,那么函数
g(x)
f(x)1f(x1)
2
的定义
9
10
2
)(
9
10
,1].

(4x)
的单调减区间是______________________.
15 、已知f(x)=x
2
+c,且f[f(x)]=f(x
2
+1)
(1)设g(x)=f[f(x)],求g(x)的解析式;
(2)设φ(x)=g(x)-λf(x),试问 是否存在实数λ,使φ(x)在(-∞,-1)内为减函数,且在(-1,
0)内是增函数
2
点拨与提示:由f[f(x)]=f(x+1)求出c,进而得到函数的解析式,利用导数研究函< br>数的单调性
16、设
n
为正整数,规定:
f
n
(x )f{f[

f(x)

]}

n个f
2(1x)
(0x1)
f(x)

,已知.

x1
(1x2)
(1)解不等式:
f(x)x

(2)设集合
A

0 ,1,2

,对任意
xA
,证明:
f
3
(x) x

8
f()
的值; (3)求
2007
9
(4 )若集合
B

xf
12
(x)x,x[0,2]
< br>,证明:
B
中至少包含有
8
个元素.
解:(1)①当0≤< br>x
≤1时,由
2(1x)

x
得,
x
≥. ∴≤
x
≤1.
33
22
②当1<
x
≤2时,因
x1

x
恒成立.∴1<
x
≤2 .
由①,②得,
(2)∵
f(0)2< br>f(x)

x
的解集为{
x
|≤
x
≤2}.
3
2

f(1)0

f(2)1

; ∴当
x0
时,

x1
时,
x2
时,
f
3
(0)f(f(f(0)))f(f(2))f (1)0
f
3
(1)f(f(f(1)))f(f(0))f(2)1
f
3
(2)f(f(f(2)))f(f(1))f(0)2

f
3
(x)x
8
即对任意
xA
,恒有
(3)
f
1
(

8
9
) 2(1
8
9
)
2
9


f
3
(
8814145
)f(f
2
())f()1
99999

f
2
(
8214
)f(f())f()
9999

88558
f
4
()f(f
3())f()2(1)
99999

885
()f
3
()

999
*
f
02
一般地,
f4kr
()f
r
()

k,r
N
).< br>
70
88
99
(4)由(1)知,
22f()
33
,∴
22
f
n
()
33
.则
22
f
12
()
33
.∴
2
3< br>B

.则0,1,2
B
. 由(2)知,对
x0
,或1,或2,恒有
f
3
(x)x
,∴
f
12
(x)f
43
(x)x


由(3)知,对
x
2
3
8
9
,,
9
214
9< br>, ,恒有
9
5
f
12
(x)f
43
( x)x
5
9
,∴,,
99
8214
9

5
9
B

综上所述,,0,1,2,,,
99
82 14
9

B
.∴
B
中至少含有8个元素.

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