
函数单调性ppt
素描透视-正度纸
2023年2月16日发(作者:高考报考专业指南)考点
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函数的单调性
【命题解读】
考查函数的基本性质,如奇偶性、单调性与最值、函数与方程(零点)、不等式的解法等,考查数学式
子变形的能力、运算求解能力、等价转化思想和数形结合思想
.
其中函数与方程考查频率较高
.
涉及函数性质
的考查;
【基础知识回顾】
1.函数单调性的定义
(1)一般地,对于给定区间上的函数f(x),如果对于属于这个区间的任意两个自变量x
1
、x
2
,当x
1
2 时,都有f(x 1 ) 2 )(或都有f(x 1 )>f(x 2 ),那么就说f(x)在这个区间上是增函数(或减函数). (2)如果函数y=f(x)在某个区间上是增函数(或减函数),那么就说f(x)在这个区间上具有(严格的)单 调性,这个区间叫做f(x)的单调区间;若函数是增函数则称该区间为增区间,若函数为减函数则称该区间 为减区间. 2.函数单调性的图像特征 对于给定区间上的函数f(x),若函数图像从左向右连续上升,则称函数在该区间上单调递增;若函数 图像从左向右连续下降,则称函数在该区间上单调递减. 3.复合函数的单调性 对于函数y=f(u)和u=g(x),如果当x∈(a,b)时,u∈(m,n),且u=g(x)在区间(a,b)上和y=f(u) 在区间(m,n)上同时具有单调性,则复合函数y=f(g(x))在区间(a,b)上具有单调性,并且具有这样的规 律:增增(或减减)则增,增减(或减增)则减. 4.函数单调性的常用结论 (1)对∀x 1 ,x 2 ∈D(x 1 ≠x 2 ), f(x 1 )-f(x 2 ) x 1 -x 2 >0⇔f(x)在D上是增函数; f ()x 1-f ()x 2 x 1 -x 2 <0⇔f(x)在D上是减函数. (2)对勾函数y=x+ a x (a>0)的增区间为(-∞,-a]和[a,+∞),减区间为(-a,0)和(0,a). (3)在区间D上,两个增函数的和是增函数,两个减函数的和是减函数. (4)函数f(g(x))的单调性与函数y=f(u)和u=g(x)的单调性的关系是“同增异减” 5.常用结论 1.若函数f(x),g(x)在区间I上具有单调性,则在区间I上具有以下性质: (1)当f(x),g(x)都是增(减)函数时,f(x)+g(x)是增(减)函数; (2)若k>0,则kf(x)与f(x)单调性相同;若k<0,则kf(x)与f(x)单调性相反; (3)函数y=f(x)(f(x)>0)在公共定义域内与y=-f(x),y= 1 f(x) 的单调性相反; (4)复合函数y=f[g(x)]的单调性与y=f(u)和u=g(x)的单调性有关.简记:“同增异减”. 2 .增函数与减函数形式的等价变形:∀ x 1, x 2∈ [a , b] 且 x 1≠ x 2,则 (x 1- x 2 )[f(x 1 ) - f(x 2 )]>0 ⇔ f ( x 1)- f ( x 2) x 1- x 2 >0 ⇔ f(x) 在 [a , b] 上是增函数; (x 1- x 2 )[f(x 1 ) - f(x 2 )]<0 ⇔ f ( x 1)- f ( x 2) x 1- x 2 <0 ⇔ f(x) 在 [a , b] 上是减函数. 1 、函数 y = x2- 5x - 6 在区间 [2 , 4] 上是 () A .递减函数 B .递增函数 C .先递减再递增函数 D .先递增再递减函数 【答案】C 【解析】作出函数y=x2-5x-6的图象(图略)知开口向上,且对称轴为x= 5 2 ,在[2,4]上先减后增.故 选C. 2 、函数 y = 1 x - 1 在 [2 , 3] 上的最小值为 () A . 2B. 1 2 C. 1 3 D .- 1 2 【答案】 B 【解析】因为 y = 1 x - 1 在 [2 , 3] 上单调递减,所以 y min= 1 3 - 1 = 1 2 . 故选 B. 3 、已知函数 f(x) 是定义在区间 [0 ,+∞ ) 上的函数,且在该区间上单调递增,则满足 f(2x - 1) 1 3的 x 的取值范围是 () A. 1 3 , 2 3 B. 1 3 , 2 3 C. 1 2 , 2 3 D. 1 2 , 2 3 【答案】 D 【解析】因为函数f(x)是定义在区间[0,+∞)上的增函数,满足 f(2x - 1) 1 3 . 所以 0 ≤ 2x - 1< 1 3 , 解得 1 2 ≤ x< 2 3 . 故选 D. 4 、设函数 f(x) 在 R 上为增函数,则下列结论一定正确的是 (D) A.y = 1 f ( x ) 在 R 上为减函数 B.y = |f(x)| 在 R 上为增函数 C.y =- 1 f ( x ) 在 R 上为增函数 D.y =- f(x) 在 R 上为减函数 【答案】D. 【解析】如f(x)=x3,则y= 1 f(x) 的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),在x=0时无意义,A、C错;y =|f(x)|是偶函数,在R上无单调性,B错.故选D. 5 、对数函数 log(0 a yxa 且 1)a 与二次函数2(1)yaxx 在同一坐标系内的图象不可能是 () A . B . C . D . 【答案】BD. 【解析】:若1a,则对数函数 log a yx 在 (0,) 上单调递增,二次函数2(1)yaxx 开口向上,对称 轴 1 0 2(1) x a ,经过原点,可能为A,不可能为B. 若01a,则对数函数 log a yx 在 (0,) 上单调递减,二次函数2(1)yaxx 开口向下,对称轴 1 0 2(1) x a ,经过原点,可能为C,不可能为D. 故选:BD. 6 、函数 y = | - x2+ 2x + 1| 的单调递增区间是;单调递减区间是. 【答案】(1-2,1),(1+2,+∞);(-∞,1-2),(1,1+2). 【解析】作出函数y=|-x2+2x+1|的图像如图所示.由图像可知,函数y=|-x2+2x+1|的单调增区间 为(1-2,1),(1+2,+∞);单调递减区间是(-∞,1-2),(1,1+2).故应分别 考向一函数单调性的证明与判断 例1、判断函数f(x)= x 1+x2在区间[1,+∞)上的单调性并证明你的结论. 【解析】函数f(x)= 21 x x 在区间[1,+∞)上是单调减函数,证明如下: 设x 1 、x 2 ∈[1,+∞),且x 1 2 ,则f(x 1 )-f(x 2 )= 1 2 1 1 x x - 2 2 2 1 x x = 22 1221 22 12 (1)(1) 1)(1) xxxx xx ( = 1112 22 12 ()(1) 1)(1) xxxx xx ( .∵x 1 、x 2 ∈[1,+∞),且x 1 2 ,∴x 1 -x 2 <0,1-x 1 x 2 <0. 又(1+x2 1 )(1+x2 2 )>0,∴f(x 1 )-f(x 2 )>0, 即f(x 1 )>f(x 2 ).∴f(x)= 21 x x 在[1,+∞)上为减函数. 变式 1 、试讨论函数 f(x) = x + k x (k>0) 的单调性. 【解析】.法一:由解析式可知,函数的定义域是 ( - ∞ , 0) ∪ (0 ,+ ∞) .在 (0 ,+ ∞) 内任取 x 1, x 2,令 x 1 2, 那么 f(x 2 ) - f(x 1 ) = x 2+ k x 2 - x 1+ k x 1 = (x 2- x 1 ) + k 1 x 2 - 1 x 1 = (x 2- x 1 ) x 1 x 2- k x 1 x 2 . 因为 0 1 2,所以 x 2- x 1 >0 , x 1 x 2 >0 . 故当 x 1, x 2∈ (k ,+ ∞) 时, f(x 1 ) 2 ) , 即函数在 (k ,+ ∞) 上单调递增. 当 x 1, x 2∈ (0 , k) 时, f(x 1 )>f(x 2 ) , 即函数在 (0 , k) 上单调递减. 考虑到函数 f(x) = x + k x (k>0) 是奇函数,在关于原点对称的区间上具有相同的单调性,故在 ( - ∞ ,- k) 上单调递增,在 ( - k , 0) 上单调递减. 综上,函数 f(x) 在 ( - ∞ ,- k) 和 (k ,+ ∞) 上单调递增,在 ( - k , 0) 和 (0 , k) 上单调递减. 法二:由解析式可知,函数的定义域是 ( - ∞ , 0) ∪ (0 ,+ ∞) . f′(x) = 1 - k x2. 令 f′(x)>0 得 x2>k ,即 x ∈ ( - ∞ ,- k) 或 x ∈ (k ,+ ∞) ,故函数的单调增区间为 ( - ∞ ,- k) 和 (k ,+ ∞) .令 f′(x)<0 得 x2 ,即 x ∈ ( - k , 0) 或 x ∈ (0 , k) ,故函数的单调减区间为 ( - k , 0) 和 (0 , k) . 故函数 f(x) 在 ( - ∞ ,- k) 和 (k ,+ ∞) 上单调递增,在 ( - k , 0) 和 (0 , k) 上单调递减. 变式2、试讨论函数f(x)= ax x2+1 (a>0)在(0,+∞)上的单调性,并证明你的结论. 【解析】(方法1)设x 1 ,x 2 ∈(0,+∞)且x 1 <x 2 ,则f(x 1 )-f(x 2 )= ax 1 x2 1 +1 - ax 2 x2 2 +1 = ax 1 (x2 2 +1)-ax 2 (x2 1 +1) (x2 1 +1)(x2 2 +1) = a[x 1 x2 2 +x 1 -x 2 x2 1 -x 2 ] (x2 1 +1)(x2 2 +1) = a(x 2 -x 1 )(x 1 x 2 -1) (x2 1 +1)(x2 2 +1) . ∵x 1 <x 2 ,x 2 -x 1 >0,又a>0,(x2 1 +1)(x2 2 +1)>0. ∴当x 1 ,x 2 ∈(0,1)时,x 1 x 2 -1<0, 从而 a(x 2 -x 1 )(x 1 x 2 -1) (x2 1 +1)(x2 2 +1) <0,即f(x 1 )-f(x 2 )<0⇒f(x 1 ) 2 ),此时f(x)= ax x2+1 (a>0)单调递增; 当x 1 ,x 2 ∈(1,+∞)时,x 1 x 2 -1>0, 从而 a(x 2 -x 1 )(x 1 x 2 -1) (x2 1 +1)(x2 2 +1) >0,即f(x 1 )-f(x 2 )>0⇒f(x 1 )>f(x 2 ),此时f(x)= ax x2+1 (a>0)单调递减. ∴函数f(x)在(0,1)上为增函数,在(1,+∞)上为减函数. 方法总结:1.判断函数的单调性,通常的方法有:(1)定义法;(2)图像法;(3)利用常见函数的 单调性;(4)导数法.而要证明一个函数的单调性,基本方法是利用单调性定义或导数法. 2.应用函数单调性的定义证明函数的单调性,其基本步骤如下: 取值→作差→变形→确定符号→得出结论 其中,变形是十分重要的一步,其目的是使得变形后的式子易于判断符号,常用的方法是(1)分解因式; (2)配方;(3)通分约分等. 考向二函数的单调区间 例 1 、求下列函数的单调区间 ( 1 ) y =- x2+ 2|x| + 1 ; (2)、.函数y=|x|(1-x)的单调递增区间是________. 【解析】(1)由 2 2 21,0 -x21,0 xxx xx ≥, <, 即 2 2 (1)2,0 -1)2,0. xx y xx ≥ (< 画出函数图像如图所示,单调增区间为(-∞,-1],[0,1],单调减区间为[-1,0], [1,+∞). (2)y=|x|(1-x)= x(1-x),x≥0, -x(1-x),x<0 = -x2+x,x≥0, x2-x,x<0, 函数的大致图象如图所示. 由图易知函数的单调递增区间是 0, 1 2 . 变式 1 、( 2019 ·河北石家庄二中模拟)函数 f(x) = |x2- 3x + 2| 的单调递增区间是 () A. 3 2 ,+ ∞ B. 1 , 3 2 和 [2 ,+ ∞) C . ( - ∞ , 1] 和 3 2 , 2 D. - ∞ , 3 2 和 [2 ,+ ∞) 【答案】 B 【解析】 y = |x2- 3x + 2|= x2- 3x + 2 , x≤1 或 x≥2 , - x2- 3x + 2 , 1 < x < 2. 如图所示,函数的单调递增区间是 1 , 3 2 和 [2 ,+ ∞) . 变式 2 、函数 f(x) = x + 1 2x + 1 的单调减区间为 ________________ . 【答案】 -∞,- 1 2, - 1 2 ,+∞ 【解析】因为 f(x) = x + 1 2x + 1 = x + 1 2 + 1 2 2x + 1 = 1 2 + 1 4 x + 1 2 ,且定义域为 x|x ≠- 1 2, 所以函数f(x)的单调减区间为 ( -∞,- 1 2 ) , ( - 1 2 ,+∞ ) . 方法总结:求函数的单调区间的常用方法与判断函数的单调性的方法类似,有定义法、图像法、利用常见 函数的单调性、导数法等.值得引起高度重视的是: (1)函数的单调区间是函数定义域的子区间,所以求单调区间,必须先求出定义域; (2)对于基本初等函数的单调区间,可以直接利用已知结论求解 考向三复合函数的单调区间 例 3 、求下列函数的单调区间 (1)f(x) = x2- 2x - 3 ; ( 2 ) 2 1 2 log(32)yxx 【解析】(2)f(x)=x2-2x-3的定义域为(-∞,-1]∪[3,+∞).令t=x2-2x-3, ∵t=x2-12x-3在x∈(-∞,-1]上是减函数,在x∈[3,+∞)为增函数,又y=t在t∈(0,+∞) 上是增函数,∴函数f(x)=x2-2x-3的单调减区间是(-∞,-1],单调递增区间是[3,+∞). (2)令u=x2-3x+2,则原函数可以看成1 2 logyu 与u=x2-3x+2的复合函数. 由x2-3x+2>0,解得x<1或x>2. ∴函数的定义域为(-∞,1)∪(2,+∞). 又u=x2-3x+2的对称轴x= 3 2 ,且开口向上. ∴u=x2-3x+2在(-∞,1)上是减函数,在(2,+∞)上是增函数. 而1 2 logyu 在(0,+∞)上是减函数,∴的单调减区间为(2,+∞),单调增区 间为(-∞,1). 变式 1 、函数 f(x) = log 1 2 (x2- 4) 的单调递增区间为() A .,0 B .2, C .0, D .,2 【答案】 D 【解析】根据复合函数的单调性判断. 因为 y = log 1 2 t 在定义域上是减函数,所以求原函数的单调递增区间,即求函数 t = x2- 4 的单调递减区间,结 合函数的定义域,可知所求区间为 ( - ∞ ,- 2) . 变式2、函数f(x)=2x-x2的单调递增区间为() A. -∞, 1 2 B. 0, 1 2 C. 1 2 ,+∞ D. 1 2 ,1 【答案】B 【解析】令t=x-x2,由x-x2≥0,得0≤x≤1,故函数的定义域为[0,1].因为g(t)=2t是增函数,所 以f(x)的单调递增区间即t=x-x2的单调递增区间.利用二次函数的性质,得t=x-x2的单调递增区间 为 0, 1 2 ,即原函数的单调递增区间为 0, 1 2 .故选B. 方法总结:求复合函数的单调性,首先要注意复合函数的定义域,其次要确定函数是有哪些基本函数复合 而成,根据同增异减的性质确定复合函数的单调性。 考向四函数单调性中的含参问题 例 4 、已知函数 f(x) = ( 1 - 2a ) x + 3a , x < 1 , 2x-1, x ≥ 1 的值域为 R ,则实数 a 的取值范围是 ________ . 【答案】 0, 1 2 【解析】:当x≥1时,f(x)=2x-1≥1, 2 1 2 log(32)yxx 2 1 2 log(32)yxx ∵函数f(x)= (1-2a)x+3a,x<1, 2x-1,x≥1 的值域为R, ∴当x<1时,(1-2a)x+3a必须取遍(-∞,1)内的所有实数, 则 1-2a>0, 1-2a+3a≥1, 解得0≤a< 1 2 . 变式1、如果函数 f(x) = ( 2 - a ) x + 1 , x<1 , ax, x ≥ 1 满足对任意 x 1≠ x 2,都有 f ( x 1)- f ( x 2) x 1- x 2 >0 成立,那么 a 的 取值范围是 ________. 【答案】 3 2 ,2 【解析】对任意x1 ≠x2 ,都有 f(x1 )-f(x2 ) x1 -x2 >0, 所以y=f(x)在(-∞,+∞)上是增函数. 所以 2-a>0, a>1, (2-a)×1+1≤a, 解得 3 2 ≤a<2. 故实数a的取值范围是 3 2 ,2 . 变式 2 、设函数 f(x) = ax + 1 x + 2a 在区间 ( - 2 ,+ ∞) 上是增函数,那么 a 可能的值为 () A .- 2B . 0C . 1D . 2 【答案】 CD 【解析】 f(x) = ax + 2a2- 2a2+ 1 x + 2a = a - 2a2- 1 x + 2a ,∵函数 f(x) 在区间 ( - 2 ,+ ∞) 上是增函数, ∴ 2a2- 1>0 , - 2a≤ - 2 , 即 2a2- 1>0 , a≥1 , 即 a≥1. 例5、(2019·安徽皖南八校第三次联考)已知函数 f(x) = log 2( x + 1 ), x ≥ 1 , 1 , x < 1 , 则满足 f(2x + 1) < f(3x - 2) 的 实数 x 的取值范围是 () A . ( -∞, 0]B . (3 ,+∞ ) C . [1 , 3)D . (0 , 1) 【答案】B 【解析】法一:由f(x)= log2 (x+1),x≥1, 1,x<1 可得当x<1时,f(x)=1,当x≥1时,函数f(x) 在[1,+∞)上单调递增,且f(1)=log 2 2=1, 要使得f(2x+1)<f(3x-2),则 2x+1<3x-2, 3x-2>1, 解得x>3, 即不等式f(2x+1)<f(3x-2)的解集为(3,+∞),故选B. 法二:当x≥1时,函数f(x)在[1,+∞)上单调递增,且f(x)≥f(1)=1,要使f(2x+1)<f(3x-2) 成立,需 2x+1≥1, 2x+1<3x-2 或 2x+1<1, 3x-2>1, 解得x>3.故选B. 变式 1 、( 2020 届山东师范大学附中高三月考)已知函数 ()fx 是定义在R上的奇函数,当 12 xx 时,有 1212 [()()]()0fxfxxx 恒成立,若 (31)(2)0fxf ,则 x 的取值范围是 ________ . 【答案】 (,1) 【解析】 根据已知条件:当 12 xx 时,有 1212 [()()]()0fxfxxx 恒成立,得函数 ()fx 是定义在R上的减函数, 又因为函数 ()fx 是定义在R上的奇函数,所以 (2)(2)ff ,故 (31)(2)0fxf 等价于 (31)(2)(2)fxff , 所以312x,即 1x. 故答案为:,1 . 变式 2 、已知函数 f(x) 为R上的减函数,则满足 f 1 x 的实数 x 的取值范围是 () A . ( - 1 , 1)B . (0 , 1) C . ( - 1 , 0) ∪ (0 , 1)D . ( -∞,- 1) ∪ (1 ,+∞ ) 【答案】C 【解析】(1)由f(x)为R上的减函数且f 1 x 得 1 x >1, x≠0, 即 |x|<1, x≠0. 所以-1 方法总结::1.求解函数不等式,其实质是函数单调性的逆用,由条件脱去“f”. 2.利用单调性求参数的取值(范围)的思路是:根据其单调性直接构建参数满足的方程(组)(不等式(组))或 先得到其图象的升降,再结合图象求解.对于分段函数,要注意衔接点的取值. 1 、 (2015 北京 ) 下列函数中,定义域是R且为增函数的是 A .xyeB .3yxC . lnyx D . yx 【答案】 B 【解析】四个函数的图象如下 显然 B 成立. 2 、( 2017 北京)已知函数 1 ()3() 3 xxfx ,则 ()fx A .是奇函数,且在 R 上是增函数 B .是偶函数,且在 R 上是增函数 C .是奇函数,且在 R 上是减函数 D .是偶函数,且在 R 上是减函数 【答案】 A 【解析】 11 ()3()(3())() 33 xxxxfxfx ,得 ()fx 为奇函数, ()(33)3ln33ln30xxxxfx ,所以 ()fx 在 R 上是增函数.选 A . 3 、( 2019 北京理 13 )设函数 (a 为常数 ) ,若为奇函数,则 a=______ ;若是 上的增函数,则 a 的取值范围是 ________ . 【答案】 【解析】①根据题意,函数,若为奇函数,则,即 ,所以对恒成立.又,所以 .②函数,导数.若是上的增函数,则 的导数在上恒成立,即恒成立,而,所以 a≤0 ,即 a 的取 值范围为. 4 、 (2018 北京 ) 能说明 “ 若 ()(0)fxf 对任意的 (0,2]x 都成立,则 ()fx 在 [0,2] 上是增函数 ” 为假命题的 一个函数是 __________ . 【答案】 sinyx (不答案不唯一) 【解析】这是一道开放性试题,答案不唯一,只要满足 ()(0)fxf 对任意的 (0,2]x 都成立,且函数 ()fx 在 [0,2] 上不是增函数即可,如, ()sinfxx ,答案不唯一. x y y=e-x O x y y=x3 O x y y=lnx O y y=|x| O ()exxfxea ()fx()fx R 0](, eexxfxa() fx()fxfx()() =eeeexxxxaa() +1ee0xxa xR ee0xx 10,1aa eexxfxa()eexxfxa()fx R fx e0exxfxa()R2exa2e>0x 0](, 5 、( 2017 山东)若函数e()xfx(e=2 . 71828 ,是自然对数的底数 ) 在 ()fx 的定义域上单调递增,则称函 数 ()fx 具有M性质,下列函数中具有M性质的是 ①()2xfx②()3xfx③3()fxx④2()2fxx 【答案】①④ 【解析】① ()2() 2 xxxx e efxe 在R上单调递增,故()2xfx具有性质; ② ()3() 3 xxxx e efxe 在R上单调递减,故()3xfx不具有性质; ③3()xxefxex,令3()xgxex,则322()3(2)xxxgxexexxex , 当2x时,0gx ,当2x时,0gx , 3()xxefxex在,2 上单调递减,在2, 上单调递增, 故3fxx 不具有性质; ④2()(2)xxefxex,令22xgxex , 则22()(2)2[(1)1]0xxxgxexexex , 2()(2)xxefxex在R上单调递增,故2()2fxx具有性质. 6 、 (2012 安徽 ) 若函数 ()|2|fxxa 的单调递增区间是 ),3[ ,则 a =________ . 【答案】6 【解析】由 2 2 () 2 2 a xax fx a xax 可知 ()fx 的单调递增区间为 [,) 2 a ,故 36 2 a a . 7 、已知 f(x) = x x - a (x ≠ a) . (1) 若 a =- 2 ,试证 f(x) 在 ( -∞,- 2) 内单调递增; (2) 若 a > 0 且 f(x) 在 (1 ,+∞ ) 内单调递减,求 a 的取值范围. 【解析】:(1)证明:当a=-2时,f(x)= x x+2 . 任取x1 ,x2 ∈(-∞,-2),且x1 <x2 , 则f(x1 )-f(x2 )= x1 x1 +2 - x2 x2 +2 = 2(x1 -x2 ) (x1 +2)(x2 +2) . 因为(x1 +2)(x2 +2)>0,x1 -x2 <0, 所以f(x1 )-f(x2 )<0,即f(x1 )<f(x2 ), 所以f(x)在(-∞,-2)内单调递增. (2)任取x1 ,x2 ∈(1,+∞),且x1 <x2 , 则f(x1 )-f(x2 )= x1 x1 -a - x2 x2 -a = a(x2 -x1 ) (x1 -a)(x2 -a) . 因为a>0,x2 -x1 >0,又由题意知f(x1 )-f(x2 )>0, 所以(x1 -a)(x2 -a)>0恒成立,所以a≤1. 所以0<a≤1. 所以a的取值范围为(0,1].