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1、直接给出;
如函数在区间\([a,b]\)单调递增;
2、以定义式给出;
如给出函数\(f(x)\)在区间\(D\)上满足\(\forall x_1,x_2\in D,x_1<x_2,f(x_1)<f(x_2)\),
则意味着函数\(f(x)\)在区间\(D\)上单调递增;
3、以定义的变形形式给出;
如单调递增以积式的形式给出:
如给出函数\(f(x)\)在区间\(D\)上满足\(\forall x_1,x_2\in D,(x_1-x_2)\cdot(f(x_1)-f(x_2))<0\)
则意味着函数\(f(x)\)在区间\(D\)上单调递减;
4、以定义的变形形式给出;
如单调递增以商式的形式给出:
如给出函数\(f(x)\)在区间\(D\)上满足\(\forall x_1,x_2\in D,\cfrac{f(x_1)- f(x_2)}{x_1-x_2}>0\)
则意味着函数\(f(x)\)在区间\(D\)上单调递增;
5、以“单调+奇偶”的综合形式给出;
如给出函数\(f(x)\)在区间\(D\)上满足:\(\cfrac{f(x_1)+ f(x_2)}{x_1+x_2}>0\),且函数\(f(x)\)为奇函数,
则可知\(-f(-x_2)=f(x_2)\),代换得到\(\cfrac{f(x_1)- f(-x_2)}{x_1-(-x_2)}>0\),
再令\(-x_2=x_3\),即\(\cfrac{f(x_1)- f(x_3)}{x_1-x_3}>0\),
即函数\(f(x)\)在区间\(D\)上单调递增;
6、 以图像的形式给出;(给出\(f(x)\)图像或者\(f'(x)\)的图像,要会读斜率)
比如给出\(f(x)\)图像,需要会解读图像,给出\(f'(x)\)的图像,要会通过\(f'(x)\)的正负解读单调性;
7、函数单调性的性质应用;
结论①:函数\(f(x)、g(x)\)是增(减)函数,则\(f(x)+g(x)\)为增(减)函数;
注意,此处不是用复合函数的“同增异减”来判断,而是利用单调性的定义可以证明的。
结论②:已知函数\(f(x)、g(x)\)是增(减)函数,同时又已知\(f(x)>0,g(x)>0\),则有\(f(x)\cdot g(x)\)是增(减)函数;
已知函数\(f(x)、g(x)\)是增(减)函数,同时又已知\(f(x)<0,g(x)<0\),则有\(f(x)\cdot g(x)\)是减(增)函数;
8、以复合函数的形式给出单调性;
\(\fbox{例1}\)(2017凤翔中学高三理科第二次月考第9题)
若函数\(f(x)=log_a^\;(6-ax)\)在\([0,2]\)上为减函数,则实数\(a\)的取值范围是【】
A、\([3,+\infty)\) \(\hspace{2cm}\) B、\((0,1)\) \(\hspace{2cm}\) C、\((1,3]\) \(\hspace{2cm}\) D、 \((1,3)\)
分析:令\(g(x)=6-ax\),像这类题目既要考虑单调性,还要考虑定义域。
由题目可知必有\(a>0\),故函数\(g(x)\)单调递减,考虑定义域时只要最小值\(g(2)>0\)即可,
再考虑外函数必须是增函数,故\(a>1\),
结合\(g(2)>0\),解得\(1<a<3\),故选D。
9、以分段函数的形式给出单调性
\(\fbox{例0}\)(已知分段函数的单调性,求参数的取值范围)
已知\(a>0\),函数\(f(x)\)满足\(f(x)=\begin{cases} (3-a)x-3 &x\leq 7 \\ a^{x-6} &x>7 \end{cases}\),函数\(f(x)\)在\(R\)上单调递增,求\(a\)的取值范围。
分析:由题目可知,\(\begin{cases} &3-a>0 \\ &a>1 \\ &(3-a)7-3\leq a^{7-6}\end{cases}\);
即就是\(\begin{cases}&a<3 \\ &a>1 \\ &a\ge \cfrac{9}{4}\end{cases}\)
解得:\(a\in[\cfrac{9}{4},3)\);
10、以赋值法的形式给出单调性;
如定义在\(R\)上的函数\(f(x)\)满足\(f(x+y)=f(x)+f(y)\),且\(x >0\)时,\(f(x)<0\),判定函数单调性。
分析:令\(x_1> x_2\),则\(x_1-x_2>0\),故\(f(x_1-x_2)<0\),
则有$ f(x_1) = f(x_1-x_2+x_2) = f(x_1-x_2)+f (x_2) < f( x_2) $,
故函数\(f(x)\)在\(R\)上单调递减。
11、以导数的形式给出,
如函数在区间\([a,b]\)满足\(f'(x)\ge0\)(只在有限个点处使得\(f'(x)=0\))
12、以积函数的形式给出,
如\((x-1) \cdot f'(x)>0\),则可知\(\left\{\begin{array}{l}{x-1>0}\\{f'(x)>0}\end{array}\right.\)或\(\left\{\begin{array}{l}{x-1<0}\\{f'(x)<0}\end{array}\right.\)
即可知,当\(x>1\)时,\(f'(x)>0\),即函数\(f(x)\)在区间\((1,+\infty)\)上单调递增;
当\(x<1\)时,\(f'(x)<0\),即函数\(f(x)\)在区间\((-\infty,1)\)上单调递减;
同理可以理解表达式\((x^2-3x+2)\cdot f'(x)>0\)。
13、以导函数的整体或部分形式给出(更难些),
比如题目给出当\(x>0\)时满足条件\(xf'(x)-f(x)<0\),则是告诉我们需要构造新函数,同时能知道新函数的单调性;
分析:构造\(g(x)=\cfrac{f(x)}{x}\),则当\(x>0\)时,
则\(g'(x)=\cfrac{xf'(x)-f(x)}{x^2}<0\),
即新函数\(g(x)\)在区间\((0,+\infty)\)上单调递减。
【引例01】\(f(x)\)是偶函数,当\(x\in(-\infty,0)\)时,\(f(x)+xf'(x)<0\)成立,比较\(2f(2),3f(3),5f(5)\)的大小。
分析:构造\(g(x)=x\cdot f(x)\),\(g(x)\)为奇函数,当\(x\in(-\infty,0)\)时,\(f(x)+xf'(x)<0\)成立,则\(g'(x)=f(x)+xf'(x)<0\),故由单调和奇偶性可知\(g(x)\)在\((0,+\infty)\)上单调递减。大小比较就容易了。
【引例02】已知函数\(f(x)=x^3-2ax+1\)在区间\([2,5]\)上\(\underline{单调递增}\),求参数\(a\)的取值范围。
分析:\(f'(x)\ge 0\)在区间\([2,5]\)上恒成立,
即\(3x^2-2a\ge 0\)在区间\([2,5]\)上恒成立,
分离参数得到,\(2a\leq 3x^2\)在区间\([2,5]\)上恒成立,
即\(2a\leq [3x^2]_{min}=12\),
即\(a\leq 6\)。
\(\fbox{例3}\)(构造函数+大小比较)
(2017\(\cdot\)河南平顶山一模)已知\(f(x)\)是定义在\((0,+\infty)\)上的函数,对任意两个不相等的正数\(x_1,x_2\),都有\(\cfrac{x_2f(x_1)-x_1f(x_2)}{x_1-x_2}>0\),记\(a=\cfrac{f(3^{0.2})}{3^{0.2}}\),\(b=\cfrac{f(0.3^2)}{0.3^2}\),\(c=\cfrac{f(log_25)}{log_25}\),则()
A.\(a<b<c\) \(\hspace{2cm}\) B.\(b<a<c\) \(\hspace{2cm}\) A.\(c<a<b\) \(\hspace{2cm}\) A.\(c<b<a\)
分析:注意到\(a,b,c\)的结构,由题目猜想:要构造的函数是\(g(x)=\cfrac{f(x)}{x}\),那么是否正确,以下做以验证。
令\(0<x_1<x_2\),则由单调性定义的等价形式可得,
\(\cfrac{g(x_1)-g(x_2)}{x_1-x_2}=\cfrac{\cfrac{f(x_1)}{x_1}-\cfrac{f(x_2)}{x_2}}{x_1-x_2}=\cfrac{x_2f(x_1)-x_1f(x_2)}{x_1x_2(x_1-x_2)}\)
由题目,对任意两个不相等的正数\(x_1,x_2\),都有\(\cfrac{x_2f(x_1)-x_1f(x_2)}{x_1-x_2}>0\),
则可知\(\cfrac{g(x_1)-g(x_2)}{x_1-x_2}>0\),即函数\(g(x)=\cfrac{f(x)}{x}\)是单调递增的,
故题目需要我们比较\(g(3^{0.2})\),\(g(0.3^2)\),\(g(log_25)\)这三个的大小关系,只需要比较自变量的大小就可以了;
由于\(1=3^0<3^{0.2}<3^{0.5}=\sqrt{3}<2\),\(0<0.3^2=0.09<1\),\(log_25>log_24=2\),
故\(g(0.3^2)<g(3^{0.2})<g(log_25)\),即\(b<a<c\)。
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