2025-06-27
,离现在 0
年 117
天,建議確認內容是否仍然適用。第 章
第 2 章 指數與對數函數
31
2-1
2-1
指數函數及其圖形
一、指數函數的圖形與特徵
1
指數函數
設
a > 0,且 a
≠ 1,則稱函數 f(x)= a
x
是以 a 為底數的指數函數。
z
:
f(x)= 2
x
是以 2 為底數的指數函數。
z
:
f(x)= 5
x
是以 5 為底數的指數函數。
2
指數函數的圖形
1
指數函數的定義域與值域
設
a > 0,且 a
≠ 1,則指數函數 f(x)= a
x
的定義域為所有實數,且值域為所
有正實數。
z
:
f(x)= 2
x
是以 2 為底數的指數函數,將任意實數 x 代入都有意義,且函
數值都大於
0。
2
指數函數的圖形
在坐標平面上,以(
x,a
x
)為點坐標,可以描出指數函數
y = a
x
的圖形。
1
底數 a > 1,函數值逐漸增加,圖形由左而右逐漸上升,如圖1。
2
底數 a 滿足 0 < a < 1,函數值逐漸減少,圖形由左而右逐漸下降,如圖
2
。
z
:
y = f(x)= 2
x
,圖形如圖3。
z
:
y = f(x)=
(
1
2
)
x
,圖形如圖4。
圖#
圖$
圖!
a > 1
圖@
0 < a < 1
3
指數函數的遞增與遞減
1
函數的遞增與遞減
對函數
f(x)而言,遞增與遞減定義如下:
1
遞增:對所有 x
1
< x
2
,都有
f(x
1
)
≤ f(x
2
)。
2
嚴格遞增:對所有 x
1
< x
2
,都有
f(x
1
)
< f(x
2
)。
3
遞減:對所有 x
1
< x
2
,都有
f(x
1
)
≥ f(x
2
)。
4
嚴格遞減:對所有 x
1
< x
2
,都有
f(x
1
)
> f(x
2
)。
重點整理
指數與對數函數
32
高中數學(3)A‧習作
2-1
2
指數函數的遞增與遞減
對指數函數
y = a
x
而言,遞增與遞減定義如下:
1
a > 1 時,圖形由左而右逐漸上升,是嚴格遞增函數,即當 α < β 時,有
a
α
< a
β
,如圖5。
2
0 < a < 1 時,圖形由左而右逐漸下降,是嚴格遞減函數,即當 α < β 時,
有
a
α
> a
β
,如圖6。
圖%
圖^
4
函數圖形的凹向性
1
凹口向上: 連接函數圖形上任兩點的線段都在函數圖形的上方,此函數圖形
為凹口向上,如圖7。
2
凹口向下: 連接函數圖形上任兩點的線段都在函數圖形的下方,此函數圖形
為凹口向下,如圖8。
圖&
圖*
3
指數函數圖形的凹向性:指數函數的圖形都是凹口向上,如圖9、圖0。
圖(
a > 1
圖)
0 < a < 1
二、指數方程式與指數不等式
1
指數方程式
方程式的未知數
x 出現在指數位置時,稱為指數方程式。
z
:
2
x + 3
= 32,即 2
x + 3
= 2
5
,得
x + 3 = 5,故 x = 2。
z
:
4
x
− 7.2
x
− 8 = 0,底數換成 2,得(2
2
)
x
− 7.2
x
− 8 = 0,
即(
2
x
)
2
− 7.2
x
− 8 = 0,得(2
x
− 8)
(
2
x
+ 1)= 0,因 2
x
+ 1
≠ 0,
故
2
x
− 8 = 0,即 2
x
= 8 = 2
3
,故得
x = 3。
第 2 章 指數與對數函數
33
2-1
2
指數大小關係與不等式
設
a 為底數,α、β為指數。
1
a > 1 時,若 α < β 則 a
α
< a
β
。相反地,若
a
α
< a
β
則 α < β。
z
:底數
3 > 1,因為 2 < 5,所以 3
2
< 3
5
。
z
:已知
3
α
< 3
5
,因為底數
3 > 1,所以 α < 5。
2
0 < a < 1 時,若 α < β 則 a
α
> a
β
。相反地,若
a
α
> a
β
則 α < β。
z
:底數
0 <
1
2 < 1
,因為
2 < 5,所以
(
1
2
)
2
>
(
1
2
)
5
。
z
:已知
(
1
2
)
α
<
(
1
2
)
3
,因為底數
0 <
1
2 < 1
,所以
α > 3。
三、金融上的應用
J
單利與複利
本金
a,利率 r,期數 n。
1
單利(本金固定)
n 期後,本利和 a(1 + nr)。
z
:
本金 a = 10000(元),年利率 r = 1 %,3 年後(n = 3),單利法的本利和
為
10000(1 + 1 % × 3)。
2
複利(利息加入本金)
n 期後,本利和 a(1 + r)
n
。
z
:
本金 a = 10000(元),年利率 r = 1 %,3 年後(n = 3),複利法的本利和
為
10000(1 + 1 %)
3
。
補充
:本金
a,年利率 r,每年計息 t 次,n 年後,複利法的本利和為
a
(
1 +
r
t
)
tn
。
z:本金
a = 10000(元),年利率 1 %,每 3 個月複利一次(t = 4),
2 年後(n = 2)複利法的本利和為
10000
(
1 +
0.01
4
)
4 × 2
= 10000(1 + 0.0025)
8
≈ 10201.75878 ≈ 10202(元)。
34
高中數學(3)A‧習作
2-1
例題
1
指數函數基本運算
設
f(x)= 3
x
,試求下列各函數值:
1
f(0)。(2 分)
2
f(3)。(2 分)
3
f(−2)。(3 分)
4
f(1 − t)。(3 分)
1 f(0)= 3
0
= 1
2
f(3)= 3
3
= 27
3
f(−2)= 3
−2
=
1
9
4
f(1 − t)= 3
1 − t
(
=
3
3
t
)
例題
2
判斷函數圖形
如右圖,四個曲線分別為指數函數
Γ
1
,
Γ
2
,
Γ
3
,
Γ
4
的圖形,
1
已知曲線 Γ
1
,
Γ
2
,
Γ
3
分別為函數 y = 3
x
,
y = 7
x
,
y =
(
1
2
)
x
的圖
形,試判斷哪個圖形代表哪個函數?(
5 分)
2
承1,若 Γ
4
是 y = a
x
的圖形,試比較 a 與
1
2
的關係。(
5 分)
1 首先,y = 3
x
與 y = 7
x
的底數都大於 1
因此其圖形愈往右愈陡峭,而 y = 7
x
比 y = 3
x
更陡峭
因此,Γ
1
是 y = 3
x
的圖形,Γ
2
是 y = 7
x
的圖形
其次,因為 Γ
3
是底數小於 1 的指數函數圖形,故 Γ
3
是 y =
(
1
2
)
x
的圖形
2
觀察圖形可知 Γ
3
比 Γ
4
更陡峭,故
1
2 < a
,即
a >
1
2
例題
3
指數函數圖形的平移
試利用
y = 3
x
的圖形,描繪出下列函數的圖形:
1
y = 3
x
+ 4。(5 分)
2
y = 3
x − 1
。(
5 分)
1
y = 3
x
+ 4 的圖形
可以由
y = 3
x
的
圖形向上平移
4
單位而得
x
x
x
2
y = 3
x − 1
的圖形可以
由
y = 3
x
的圖形向右
平移
1 單位而得
第 2 章 指數與對數函數
35
2-1
例題
4
指數方程式
試解下列方程式:
1
2
4x − 3
= 32。(5 分)
2
4
x
− 2
x + 2
− 32 = 0。(5 分)
1 2
4x − 3
= 2
5
⇒ 4x − 3 = 5
⇒ 4x = 8 ⇒ x = 2
2
4
x
− 2
x + 2
− 32 = 0
⇒(2
2
)
x
− 2
2
.
2
x
− 32 = 0
⇒(2
x
)
2
− 4.2
x
− 32 = 0 ⇒(2
x
− 8)
(
2
x
+ 4)= 0
∵ 2
x
+ 4
≠ 0 ∴ 2
x
− 8 = 0
⇒ 2
x
= 8 = 2
3
⇒ x = 3
例題
5
同底指數的大小關係
1
設 a = 5
√3
,
b = 25
√2
,
c = 125 ,試比較 a, b, c 的大小關係。(5 分)
2
設 a = 0.09
√2
,
b = 0.027
2
,
c = 0.3
3
,試比較
a,b,c 的大小關係。(5 分)
1 a = 5
√3
b = 25
√2
=(5
2
)
√2
= 5
2
√2
c = 125 =(5
3
)
= 5 = 5
∵
√3 <
3
√2
2 < 2√2
且底數
5 > 1 ∴ a < c < b
2
a = 0.09
√2
=〔(0.3)
2
〕
√2
= 0.3
2
√2
b = 0.027
2
=〔(0.3)
3
〕
2
= 0.3
6
c = 0.3
3
∵ 2
√2 < 3 < 6 且底數 0 < 0.3 < 1 ∴ a > c > b
例題
6
指數不等式(一)
試解下列各不等式:
1
8
3x − 1
> 4
2x + 1
。(
5 分)
2
(
1
25
)
x − 1
<
(
1
5
)
3x + 1
。(
5 分)
1 8
3x − 1
> 4
2x + 1
⇒(2
3
)
3x − 1
>(2
2
)
2x + 1
⇒ 2
9x − 3
> 2
4x + 2
∵底數 2 > 1
∴ 9x − 3 > 4x + 2
⇒ 5x > 5
⇒ x > 1
x
1
√2
x
1
√2
1
√2
3
√2
3
√2
2
x
2
(
1
25
)
x − 1
<
(
1
5
)
3x + 1
⇒
〔(
1
5
)
2
〕
x − 1
<
(
1
5
)
3x + 1
⇒
(
1
5
)
2x − 2
<
(
1
5
)
3x + 1
∵底數
1
5 < 1
∴ 2x − 2 > 3x + 1
⇒ x < −3
36
高中數學(3)A‧習作
2-1
例題
7
指數不等式(二)
試解下列各不等式:
1
3
2x + 1
− 10.3
x
+ 3 ≥ 0。(5 分)
2
(
1
25
)
x
− 4
(
1
5
)
x
− 5 ≤ 0。(5 分)
1 3
2x + 1
− 10.3
x
+ 3 ≥ 0
⇒ 3.(3
x
)
2
− 10.3
x
+ 3 ≥ 0
令 t = 3
x
,上式改寫為
3t
2
− 10t + 3 ≥ 0
⇒(3t − 1)
(
t − 3)≥ 0
⇒ t ≤
1
3
或
t ≥ 3
即 3
x
≤ 3
−1
或 3
x
≥ 3
1
∵底數 3 > 1
∴ x ≤ −1 或 x ≥ 1
例題
8
指數函數的應用(一)
大明研究某水生植物多年,發現每經過
1 個月,這種植物覆蓋水面的面積會成為原來的 2
倍。假設大明選定某池塘投入這種植物,
3 個月以後面積達 1200 平方公尺,試問:
1
再過 2 個月之後,面積變為多少平方公尺?(5 分)
2
最初投入的面積為多少平方公尺?(5 分)
1 再經過 2 個月,面積成為 2
2
倍
∴ 1200 × 2
2
= 4800(平方公尺)
2
設最初投入的面積為 A 平方公尺
則 x 個月以後的面積為
f(x)= A.2
x
f(3)= A.2
3
= 8A = 1200
⇒ A = 150(平方公尺)
x
2
(
1
25
)
x
− 4
(
1
5
)
x
− 5 ≤ 0
⇒
(
1
5
)
2x
− 4
(
1
5
)
x
− 5 ≤ 0
⇒
〔(
1
5
)
x
〕
2
− 4
(
1
5
)
x
− 5 ≤ 0
令 t =
(
1
5
)
x
,上式改寫為
t
2
− 4t − 5 ≤ 0
⇒(t − 5)
(
t + 1)≤ 0
因為無論 x 為何值,
(
1
5
)
x
> 0
即 t > 0,故得 t + 1 > 0
將不等式消去 t + 1 得 t − 5 ≤ 0
⇒
(
1
5
)
x
≤ 5,即
(
1
5
)
x
≤
(
1
5
)
−1
因底數 0 <
1
5 < 1
,故
x ≥ −1
x
第 2 章 指數與對數函數
37
2-1
例題
9
指數函數的應用(二)
實驗室裡儲存某種放射性元素
400 克,其質量 m(克)與時間 x(年)的關係式為
m = f(x)= ka
x
,其中
k、a 為常數。已知此關係式圖形通過(0,400),(2,300),試求:
1
關係式 f(x)= ka
x
的 a 值。(5 分)
2
8 年後還有多少克?(5 分)
1 由題意得 f(0)= ka
0
= 400,f(2)= ka
2
= 300
兩式相除 a
2
=
3
4
,得
a = √
3
2
(
≈ 0.8660)
2
由 f(0)= ka
0
= 400 得 k = 400
所求為 f(8)= 400
(
√3
2
)
8
=
2025
16
(克)
例題
10
指數在金融上的應用:單利法與複利法
假設銀行的一年期定存利率為
1.2 %,小明打算存入 10 萬元,試分別計算以下三種方案的
本利和。(已知
1.001
24
� 1.024278)
1
單利計算利息,為期 2 年。(2 分)
2
每年複利一次,為期 2 年。(四捨五入至整數位)
(
4 分)
3
每個月複利一次,為期 2 年。(四捨五入至整數位)
(
4 分)
1 單利計息,為期 2 年,本利和為
100000(1 + 2 × 0.012)= 102400(元)
2
每年複利一次,為期 2 年,本利和為
100000(1 + 0.012)
2
= 102414.4
� 102414(元)
3
每個月複利一次,為期 2 年,本利和為
100000
(
1 +
0.012
12
)
2 × 12
= 100000(1.001)
24
� 100000 × 1.024278 = 102427.8 � 102428(元)
x
x
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