3.2.1第一课时 函数的单调性

文档属性

名称 3.2.1第一课时 函数的单调性
格式 zip
文件大小 356.7KB
资源类型 试卷
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2026-02-27 00:00:00

文档简介

第一课时 函数的单调性
课标要求
1.能借助函数图象理解函数在某区间上单调递增(单调递减)和增函数(减函数)的概念(数学抽象).
2.理解函数在某区间上具有(严格的)单调性和单调区间的概念(数学抽象).
3.能运用定义法证明函数的单调性(逻辑推理、数学运算).
情境导入
  我们知道,“记忆”在我们的学习过程中扮演着非常重要的角色,因此有关记忆的规律一直都是人们研究的课题.德国心理学家艾宾浩斯曾经对记忆保持量进行了系统的实验研究,并给出了类似如图所示的记忆规律.
  如果我们以x表示时间间隔(单位:h),y表示记忆保持量(单位:%),则不难看出,图中y是x的函数,记这个函数为y=f(x).这个函数反映出记忆具有什么规律?你能从中得到什么启发?
知识点一|直观感知函数的单调性
问题1 (1)观察下面三个函数图象,他们的图象有什么变化规律?
提示:函数y=x的图象从左向右看是上升的;函数y=x2的图象在y轴左侧是下降的,在y轴右侧是上升的;函数y=-x2的图象在y轴左侧是上升的,在y轴右侧是下降的.
(2)怎样理解函数图象在某区间上是上升的还是下降的?
提示:从左向右看图象上升,意味着函数在某区间上函数值随着自变量的增大而增大,该函数图象在此区间上是上升的;反之,该函数图象在此区间上是下降的.
【知识梳理】
函数 单调递增(增函数) 单调递减(减函数)
图示
条件 设函数f(x)的定义域为D,区间I D:如果 x1,x2∈I,当x1<x2时,
都有 f(x1)<f(x2) 都有 f(x1)>f(x2)
结论 f(x)在区间I上单调 递增 f(x)在区间I上单调 递减
特别定义 当函数f(x)在它的定义域上单调递增时,称f(x)为 增函数  当函数f(x)在它的定义域上单调递减时,称f(x)为 减函数 
  提醒:(1) x1,x2∈I,且x1≠x2,都有(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0或>0 f(x)在I上单调递增;(2) x1,x2∈I,且x1≠x2,都有(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0或<0 f(x)在I上单调递减.
【例1】 〔多选〕下列说法正确的是(  )
A.若x1,x2∈I,当x1<x2时,f(x1)<f(x2),则y=f(x)在I上单调递增
B.若f(x)为R上的减函数,则f(0)>f(1)
C.函数f(x)=在(-∞,0]和(0,+∞)都单调递增,则f(x)在(-∞,+∞)上为增函数
D.若f(x)在I上单调递减,则 x1,x2∈I,当f(x1)<f(x2)时,一定有x1>x2
解析:BD 对于选项A,在区间上取x1,x2没有强调任意性,不符合函数f(x)在I上单调递增的定义,A错误;对于B,由减函数的定义,f(0)>f(1)成立,B正确;对于C,由f(x)在(-∞,0]和(0,+∞)都单调递增,但在(-∞,+∞)不单调递增,从而f(x)在(-∞,+∞)不是增函数,C错误;对于D,由函数f(x)在I上单调递减,则 x1,x2∈I,f(x1)<f(x2) x1>x2,故D正确.
【规律方法】
  函数在I上单调递增(减)与增(减)函数概念的深度理解
(1)定义中对区间I的理解:①I D(定义域);②区间I一定是连续的;
(2)定义中x1,x2同属于区间I且具有任意性;
(3)单调递增:x1<x2 f(x1)<f(x2);单调递减:x1<x2 f(x1)>f(x2);
(4)函数y=f(x)若在定义域上的两个子区间I1,I2上分别都单调递增(减),但f(x)在I1∪I2上不一定单调递增(减);
(5)只有y=f(x)在其定义域D上单调递增(减)才称y=f(x)为增(减)函数.
训练1 下列函数f(x)中,满足对任意x1,x2∈(0,+∞),当x1<x2时,都有f(x1)>f(x2)的是(  )
A.f(x)= B.f(x)=(x-1)2
C.f(x)= D.f(x)=x3-2
解析:C 由题意知f(x)在(0,+∞)上单调递减.函数f(x)=在[-1,+∞)上为增函数;函数f(x)=(x-1)2在(-∞,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增;函数f(x)=在(0,+∞)上单调递减;函数f(x)=x3-2在R上为增函数.故选C.
知识点二|函数的单调性与单调区间
问题2 (1)函数f(x)=x2在区间[-2,-1]和区间[2,+∞)上各有什么特点?
提示:在区间[-2,-1]上单调递减,在区间[2,+∞)上单调递增.
(2)函数y=f(x)的图象如图所示,写出f(x)的单调递增区间.
提示:由图可知,函数y=f(x)的单调递增区间为[-3,1].
【知识梳理】
如果函数y=f(x)在区间I上单调递增或单调递减,那么就说函数y=f(x)在这一区间具有(严格的) 单调性 ,区间I叫做y=f(x)的 单调区间 .
【例2】 求下列函数的单调区间,并指出该函数的单调性.
(1)f(x)=-;
解:函数f(x)=-的单调区间为(-∞,0),(0,+∞),其在(-∞,0),(0,+∞)上都是单调递增的.
(2)f(x)=
解:当x≥1时,f(x)是单调递增的,当x<1时,f(x)是单调递减的,所以f(x)的单调区间为(-∞,1),[1,+∞),并且函数f(x)在区间(-∞,1)上单调递减,在[1,+∞)上单调递增.
(3)f(x)=-x2+2|x|+3.
解:因为f(x)=-x2+2|x|+3=
根据解析式可作出函数的图象如图所示,由图象可知,
函数f(x)的单调区间为(-∞,-1],(-1,0),[0,1),[1,+∞).
f(x)在区间(-∞,-1],[0,1)上单调递增,在区间(-1,0),[1,+∞)上单调递减.
【规律方法】
1.求函数单调区间时,若所给函数是常见的一次函数、二次函数、反比例函数等,可根据其单调性写出函数的单调区间,若所给函数不是上述函数但函数图象容易作出,可作出其图象,根据图象写出其单调区间.
2.一个函数出现两个或两个以上的区间上具有相同的单调性,不能用“∪”连接两个单调区间,而要用“和”连接或用“,”分开.
训练2 (1)如图所示,写出函数在每一单调区间上的单调性;
解:函数在[-1,0],[2,4]上单调递减,在[0,2],[4,5]上单调递增.
(2)写出f(x)=|x2-2x-3|的单调区间.
解:先画出f(x)=的图象,如图.
所以f(x)=|x2-2x-3|的单调递减区间为(-∞,-1],[1,3];单调递增区间为[-1,1],[3,+∞).
知识点三|函数单调性的判定与证明
【例3】 证明函数f(x)=在区间(2,+∞)上单调递减.
证明: x1,x2∈(2,+∞),且x1<x2,
f(x1)-f(x2)=-==.
因为2<x1<x2,
所以x2-x1>0,>4,>4,
所以f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2).
所以函数f(x)=在区间(2,+∞)上单调递减.
【规律方法】
利用定义证明函数单调性的步骤
(1)取值并规定大小:设x1,x2是该区间内的任意两个值,且x1<x2;
(2)作差变形:作差f(x1)-f(x2)(或f(x2)-f(x1)),并通过因式分解、通分、配方、有理化等方法,转化为易判断正负的关系式;
(3)定号:确定f(x1)-f(x2)(或f(x2)-f(x1))的符号,当符号不确定时,进行分类讨论;
(4)结论:根据定义确定单调性.
训练3 证明函数f(x)=x+在区间(1,+∞)上单调递增.
证明: x1,x2∈(1,+∞),且x1<x2,
有f(x1)-f(x2)=-=(x1-x2)+=(x1-x2)+=(x1-x2)·=,
∵x2>x1>1,
∴x1-x2<0,x1x2>1,则-1+x1x2>0,
∴<0,
即f(x1)<f(x2),
∴f(x)=x+在区间(1,+∞)上单调递增.
提能点|函数单调性的简单应用
角度1 已知函数的单调性求参数
【例4】 若函数f(x)=-x2-2(a+1)x+3在区间(-∞,3]上单调递增,则实数a的取值范围是(-∞,-4].
解析:f(x)=-x2-2(a+1)x+3=-(x+a+1)2+(a+1)2+3.因此函数的单调递增区间为(-∞,-a-1],因为f(x)在(-∞,3]上单调递增,所以3≤-a-1,解得a≤-4,即实数a的取值范围为(-∞,-4].
角度2 利用单调性解不等式
【例5】 已知函数y=f(x)是(-∞,+∞)上的增函数,且f(2x-3)>f(5x-6),则实数x的取值范围为(-∞,1).
解析:∵f(x)在(-∞,+∞)上是增函数,且f(2x-3)>f(5x-6),∴2x-3>5x-6,即x<1.∴实数x的取值范围为(-∞,1).
【规律方法】
由函数单调性求参数范围的处理方法
(1)已知函数解析式求参数
若为二次函数——判断开口方向与对称轴——利用单调性确定参数满足的条件;
若为一次函数——由一次项系数的正负决定单调性;
若为分段函数——数形结合,每一段的函数的单调性均要考虑,并注意临界值的大小.探求参数满足的条件.
(2)当函数f(x)的解析式未知时,欲求解不等式,可以依据函数单调性的定义和性质,将符号“f”去掉,列出关于自变量的不等式(组),然后求解,此时注意函数的定义域.
  提醒:注意f(x)的单调区间与f(x)在某区间上单调的区别.
训练4 (1)设函数f(x)=(a-1)x+1是在R上的减函数,则有( D )
A.a≥1 B.a≤1
C.a>1 D.a<1
解析:若函数f(x)=(a-1)x+1是R上的减函数,则a≠1,否则f(x)=1为常数函数,不合题意,故f(x)=(a-1)x+1为一次函数,且有a-1<0,所以a<1.
(2)已知函数f(x)是定义在[-2,2]上的增函数,且f(x-2)<f(1-x),则x的取值范围为.
解析:∵f(x)是定义在[-2,2]上的增函数,且f(x-2)<f(1-x),∴x-2<1-x,∴x<.又f(x)的定义域为[-2,2],∴∴∴0≤x≤3,综上,0≤x<.
函数y=f(g(x))的单调性
  由教材第77页函数单调性的概念,拓展以下内容.
1.复合函数
一般地,对于两个函数y=f(u)和u=g(x),如果通过变量u,y可以表示成x的函数,那么称这个函数为函数y=f(u)和u=g(x)的复合函数,记作y=f(g(x)),其中y=f(u)叫做复合函数y=f(g(x))的外层函数,u=g(x)叫做复合函数y=f(g(x))的内层函数.
2.复合函数的单调性
若函数y=f(u)在U内单调,u=g(x)在X内单调,且集合{u|u=g(x),x∈X} U.
(1)若y=f(u)是增函数,u=g(x)是增(减)函数,则y=f(g(x))是增(减)函数;
(2)若y=f(u)是减函数,u=g(x)是增(减)函数,则y=f(g(x))是减(增)函数.
小结:同增异减(内外函数单调性相同则增,内外函数单调性相反则减).
【典例】 (1)判断函数f(x)=在x∈[3,8]上的单调性.
解:函数f(x)==1+,可分解为函数y=1+和函数u=x-1.
因为x∈[3,8],所以u∈[2,7],
显然函数u=x-1在x∈[3,8]上单调递增,
函数y=1+在u∈[2,7]上单调递减,
由复合函数的单调性,知f(x)=在x∈[3,8]上单调递减.
(2)求函数f(x)=的单调区间.
解:可以分解函数为:u=-x2+4x+5,y=,
对于u所表示的二次函数,如图,
注意定义域,即u≥0,解得-1≤x≤5.
且二次函数对称轴为x=2,所以二次函数在(-1,2)上单调递增,在(2,5)上单调递减,
又由于y=为增函数,所以可得:
f(x)的单调递增区间是(-1,2),
f(x)的单调递减区间是(2,5).
【规律方法】
判断复合函数单调性的步骤
  先求函数的定义域,接着分解复合函数,再判断每一层函数的单调性,最后根据各层函数的单调性确定复合函数的单调性.
【迁移应用】
1.已知函数f(x)=,x∈[2,6].判断此函数在x∈[2,6]上的单调性.
解:函数f(x)=可分解为函数y=和函数u=1-x.
因为x∈[2,6],所以u∈[-5,-1],
显然函数u=1-x在x∈[2,6]上单调递减,函数y=在u∈[-5,-1]上单调递减,
由复合函数的单调性,知f(x)=在x∈[2,6]上单调递增.
2.求y=的单调区间.
解:设y=,u=7-6x-x2,由u≥0,u=-x2-6x+7≥0解得原复合函数的定义域为:-7≤x≤1,y=在定义域[0,+∞)上单调递增,所以原函数的单调性与二次函数的u=-x2-6x+7的单调性相同.
u=-x2-6x+7=-(x+3)2+16在x≤-3时单调递增.
由-7≤x≤1,x≤-3,解得-7≤x≤-3,
所以复合函数的单调递增区间为[-7,-3].
u=-x2-6x+7=-(x+3)2+16在x≥-3时单调递减,
由-7≤x≤1,x≥-3,解得-3≤x≤1,
所以复合函数的单调递减区间为[-3,1].
1.已知函数f(x)在(0,+∞)上单调递减,则有(  )
A.f(3)<f(5)     B.f(3)≤f(5)
C.f(3)>f(5) D.f(3)≥f(5)
解析:C ∵3<5,且f(x)在(0,+∞)上单调递减,∴f(3)>f(5).故选C.
2.函数f(x)=的单调递减区间是(  )
A.(-∞,1)和(1,+∞) B.(1,+∞)
C.(-∞,1)∪(1,+∞) D.(-∞,1)
解析:A 因为f(x)=的定义域为(-∞,1)∪(1,+∞),函数在(-∞,1)和(1,+∞)上单调递减,故函数的单调递减区间为(-∞,1)和(1,+∞).
3.〔多选〕如果函数f(x)在[a,b]上单调递增,那么对于任意的x1,x2∈[a,b](x1≠x2),下列结论中正确的是(  )
A.>0
B.(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0
C.若x1<x2,则f(a)<f(x1)<f(x2)<f(b)
D.>0
解析:ABD 因为f(x)在[a,b]上单调递增,对于任意的x1,x2∈[a,b](x1≠x2),x1-x2与f(x1)-f(x2)的符号相同,故A、B、D都正确,而C中应为若x1<x2,则f(a)≤f(x1)<f(x2)≤f(b).
4.已知f(x)是定义在R上的增函数,且f(x2-3)<f(-2x),则x的取值范围是(-3,1).
解析:由x2-3<-2x,即x2+2x-3<0,解得-3<x<1.
课堂小结
1.理清单 (1)函数在定义域的某区间上单调递增、单调递减及增函数、减函数的定义; (2)函数在某区间上的单调性与函数的单调区间; (3)函数单调性的应用. 2.应体会 数形结合法. 3.避易错 (1)函数的单调区间不能用并集; (2)利用函数的单调性求参数的取值范围忽略函数的定义域; (3)讨论分段函数单调性时注意分界点处函数值的大小比较.
1.如图是函数y=f(x)的图象,则函数f(x)的单调递减区间是(  )
A.(-1,0)
B.(1,+∞)
C.(-1,0)∪(1,+∞)
D.(-1,0),(1,+∞)
解析:D 由图可知,f(x)的单调递减区间为(-1,0),(1,+∞).
2.若y=(2k-1)x+b是R上的增函数,则有(  )
A.k> B.k>-
C.k< D.k<-
解析:A 由2k-1>0,得k>.
3.下列函数中,在区间(0,100]上单调递减的是(  )
A.y=- B.y=x
C.y=x2 D.y=1-x
解析:D 函数y=1-x在(0,100]上单调递减,其余的函数在(0,100]上均单调递增,故选D.
4.若函数f(x)=(m-1)x+1在R上是增函数,则f(m)与f(1)的大小关系是(  )
A.f(m)<f(1) B.f(m)>f(1)
C.f(m)≤f(1) D.f(m)≥f(1)
解析:B ∵函数f(x)=(m-1)x+1在R上是增函数,∴m-1>0,解得m>1,则f(m)>f(1),故选B.
5.若函数f(x)=是定义在R上的减函数,则a的取值范围为(  )
A.
B.
C.
D.∪
解析:A 因为f(x)是定义在R上的减函数,所以解得≤a<.
6.〔多选〕已知函数f(x)在[0,+∞)上单调递减,且f(3)=-1,则满足f(2x-5)>-1的实数x的可能取值是(  )
A. B.
C.3 D.5
解析:ABC ∵函数f(x)在[0,+∞)上单调递减,且f(3)=-1,由f(2x-5)>-1得,f(2x-5)>f(3),所以解得≤x<4.
7.〔多选〕下列说法正确的是(  )
A.函数f(x)=在定义域内单调递减
B. x1,x2∈(a,b),且x1<x2时,f(x1)≥f(x2)成立,则f(x)在(a,b)上不是单调递增的
C.若函数f(x)=x2-mx的单调递减区间是(-∞,1],则m=2
D.函数f(x)=的单调递增区间为(-∞,-1)
解析:BCD 函数f(x)=在区间(0,+∞)上单调递减,在(-∞,0)上单调递减,但是在定义域(-∞,0)∪(0,+∞)上不具有单调性,所以A错误;若要说明函数f(x)在某个区间上不是单调递增的,只需在该区间上找到两个值x1,x2,证明当x1<x2时,f(x1)≥f(x2)成立即可,故B正确;函数f(x)=x2-mx的对称轴为x=,开口向上,所以单调递减区间为,又函数f(x)=x2-mx的单调递减区间是(-∞,1],所以=1,故m=2,所以C正确;由x2-2x-3>0,得x>3或x<-1,所以函数f(x)的定义域为(-∞,-1)∪(3,+∞).由t=x2-2x-3在(-∞,-1)上单调递减,在(3,+∞)上单调递增,并结合复合函数的单调性得函数f(x)=的单调递增区间为(-∞,-1),所以D正确.
8.函数y=x2-2|x|+1的单调递增区间是(-1,0)和(1,+∞).
解析:y=x2-2|x|+1=作出其图象如图所示,由图象可知,函数的单调递增区间为(-1,0)和(1,+∞).
9.已知二次函数y=x2-2ax+1在区间(2,3)上是单调的,则实数a的取值范围是(-∞,2]∪[3,+∞).
解析:因为二次函数y=x2-2ax+1的图象开口向上,且对称轴为直线x=a,所以当a≤2时,函数在(2,3)上单调递增;当a≥3时,函数在(2,3)上单调递减,所以a的取值范围是(-∞,2]∪[3,+∞).
10.证明函数f(x)=x-在(0,+∞)上单调递增.
证明: x1,x2∈(0,+∞),且x1<x2,
则f(x1)-f(x2)=x1--x2+
=x1-x2+=,
因为x1,x2∈(0,+∞)且x1<x2,
所以x1-x2<0,x1x2>0,
所以f(x1)-f(x2)<0,即f(x1)<f(x2),
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增.
11.已知定义域为R的函数f(x)在(4,+∞)上单调递减,且函数y=f(x)的对称轴为x=4,则(  )
A.f(2)>f(3) B.f(2)>f(5)
C.f(3)>f(5) D.f(3)>f(6)
解析:D ∵f(x)关于x=4对称,且在(4,+∞)上单调递减,∴f(x)在(-∞,4)上单调递增,且f(5)=f(3),f(6)=f(2),∴f(3)>f(2),∴f(3)>f(6).
12.〔多选〕已知函数f(x)=是R上的减函数,则实数k的可能的取值有(  )
A.4 B.5
C.6 D.7
解析:ABC 因为函数f(x)是R上的减函数,所以解得2≤k≤6.故A、B、C正确,D错误.
13.已知函数f(x)=x2-2(k-1)x-8在[5,20]上不单调,则实数k的取值范围是(6,21).
解析:二次函数f(x)=x2-2(k-1)x-8的图象的对称轴为直线x=k-1.因为函数f(x)=x2-2(k-1)x-8在[5,20]上不单调,所以5<k-1<20,即6<k<21.
14.若f(x)=-x2+2ax与g(x)=在区间[1,2]上都单调递减,求a的取值范围.
解:f(x)=-x2+2ax=-(x-a)2+a2,
∵f(x)在区间[1,2]上单调递减,∴a≤1.
∵g(x)=在区间[1,2]上单调递减,
∴a>0,∴0<a≤1.故a的取值范围为(0,1].
15.设函数f(x)的定义域为(0,+∞),且满足条件f(4)=1,对于任意x1,x2∈(0,+∞),有f(x1x2)=f(x1)+f(x2),且当x1≠x2时,有>0.
(1)求f(16)的值;
(2)若f(x+6)+f(x)>2,求x的取值范围.
解:(1)∵对于任意x1,x2∈(0,+∞),有f(x1x2)=f(x1)+f(x2),∴令x1=x2=4,得f(4×4)=f(4)+f(4)=2,∴f(16)=2.
(2)设0<x1<x2,
则由>0,
得f(x2)-f(x1)>0,即f(x1)<f(x2),
∴f(x)在(0,+∞)上为增函数.
由(1)知,f(16)=2,
∴f(x+6)+f(x)>f(16),
∴f((x+6)x)>f(16),∴
解得x>2,∴x的取值范围是(2,+∞).
1 / 11第一课时 函数的单调性
1.如图是函数y=f(x)的图象,则函数f(x)的单调递减区间是(  )
A.(-1,0)
B.(1,+∞)
C.(-1,0)∪(1,+∞)
D.(-1,0),(1,+∞)
2.若y=(2k-1)x+b是R上的增函数,则有(  )
A.k> B.k>-
C.k< D.k<-
3.下列函数中,在区间(0,100]上单调递减的是(  )
A.y=- B.y=x
C.y=x2 D.y=1-x
4.若函数f(x)=(m-1)x+1在R上是增函数,则f(m)与f(1)的大小关系是(  )
A.f(m)<f(1) B.f(m)>f(1)
C.f(m)≤f(1) D.f(m)≥f(1)
5.若函数f(x)=是定义在R上的减函数,则a的取值范围为(  )
A.
B.
C.
D.∪
6.〔多选〕已知函数f(x)在[0,+∞)上单调递减,且f(3)=-1,则满足f(2x-5)>-1的实数x的可能取值是(  )
A. B.
C.3 D.5
7.〔多选〕下列说法正确的是(  )
A.函数f(x)=在定义域内单调递减
B. x1,x2∈(a,b),且x1<x2时,f(x1)≥f(x2)成立,则f(x)在(a,b)上不是单调递增的
C.若函数f(x)=x2-mx的单调递减区间是(-∞,1],则m=2
D.函数f(x)=的单调递增区间为(-∞,-1)
8.函数y=x2-2|x|+1的单调递增区间是    .
9.已知二次函数y=x2-2ax+1在区间(2,3)上是单调的,则实数a的取值范围是    .
10.证明函数f(x)=x-在(0,+∞)上单调递增.
11.已知定义域为R的函数f(x)在(4,+∞)上单调递减,且函数y=f(x)的对称轴为x=4,则(  )
A.f(2)>f(3) B.f(2)>f(5)
C.f(3)>f(5) D.f(3)>f(6)
12.〔多选〕已知函数f(x)=是R上的减函数,则实数k的可能的取值有(  )
A.4 B.5
C.6 D.7
13.已知函数f(x)=x2-2(k-1)x-8在[5,20]上不单调,则实数k的取值范围是    .
14.若f(x)=-x2+2ax与g(x)=在区间[1,2]上都单调递减,求a的取值范围.
15.设函数f(x)的定义域为(0,+∞),且满足条件f(4)=1,对于任意x1,x2∈(0,+∞),有f(x1x2)=f(x1)+f(x2),且当x1≠x2时,有>0.
(1)求f(16)的值;
(2)若f(x+6)+f(x)>2,求x的取值范围.
2 / 2