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1 图象法:如果\(f(x)\)是以图象形式给出的,或者\(f(x)\)的图象易作出,可由图象的直观性写出它的单调性区间.
\(\fbox{例1}\)【2018天津模拟改编】
已知函数\(y=f(x)(x\in R)\)的图像如图所示,则函数\(f(x)\)的单调区间为_____________。
分析:由图可知,函数\(f(x)\)在区间\((-\infty,0)\)和\([\cfrac{1}{2},+\infty)\)上单调递减,
在区间\([0,\cfrac{1}{2}]\)上单调递增,
【点评】:①学会读图,解读图像时,是将变化趋势一致(仅仅上升或仅仅下降)的那部分图像,向\(x\)轴做射影,所得的区间即为单调区间。
②这一方法可以解决高中阶段的许多简单函数的单调性,比如基本初等函数,一次、二次函数等,
2 定义法:先求定义域,再利用单调性定义.
\(\fbox{例2}\)【题目自拟,这一方法很少用】
利用定义法求函数\(f(x)=x-\cfrac{1}{x}\)的单调区间。
分析:定义域为\((-\infty,0)\cup(0,+\infty)\);
任取\(x_1<x_2\in (0,+\infty)\),
则\(f(x_1)-f(x_2)=x_1-\cfrac{1}{x_1}-(x_2-\cfrac{1}{x_2})\)
\(=(x_1-x_2)-(\cfrac{1}{x_1}-\cfrac{1}{x_2})\)
\(=(x_1-x_2)-\cfrac{x_2-x_1}{x_1x_2}\)
\(=(x_1-x_2)+\cfrac{x_1-x_2}{x_1x_2}\)
\(=(x_1-x_2)(1+\cfrac{1}{x_1x_2})<0\)
即\(f(x_1)<f(x_2)\),
故函数\(f(x)=x-\cfrac{1}{x}\)在区间\((0,+\infty)\)上单调递增;
同理可以证明函数\(f(x)=x-\cfrac{1}{x}\)在区间\((-\infty,0)\)上单调递增;
[或者利用\(f(x)\)为奇函数,可以证明在区间\((-\infty,0)\)上单调递增]
【点评】:①以上述题目为例,如果在区间\((0,+\infty)\)上\(f(x_1)-f(x_2)\)的差值不能确定一定为正或为负,
则说明需要再寻找新的分点,将上述的区间细化,比如将上述区间\((0,+\infty)\)细化为\((0,x_0)\)和\((x_0,+\infty)\),
然后分别在区间\((0,x_0)\)和区间\((x_0,+\infty)\)上判断\(f(x_1)-f(x_2)\)的正负,从而确定单调区间。
②注意有效使用函数的奇偶性,简化证明。
3 利用已知函数的单调性,即转化为已知函数的和、差或复合函数,求单调区间。
\(\fbox{例3}\)【待编辑】
4 导数法:利用导数取值的正负确定函数的单调区间。【高中阶段使用的主要方法,通法】
详见博文:导数法判断函数的单调性的策略
(1)确定函数的定义域.
(2)将复合函数分解成基本初等函数\(y=f(u)\),\(u=g(x)\).
(3)分别确定这两个函数的单调区间.
(4)若这两个函数同增同减,则\(y=f(g(x))\)为增函数;若一增一减,则\(y=f(g(x))\)为减函数,即“同增异减”。
\(\fbox{例5}\)【求复合函数的单调性】
已知函数\(f(x)=log_2(x^2-3x+2)\),求其单调区间。
分析:令\(u=x^2-3x+2\),
则原复合函数拆分为外函数\(y=f(u)=log_2u\)和内函数\(u=x^2-3x+2\)
由\(u=x^2-3x+2>0\),解得\(x\in (-\infty,1)\cup(2,+\infty)\),
即此复合函数的定义域为\(x\in (-\infty,1)\cup(2,+\infty)\)。
那么要研究其单调性,必须先在上述定义域范围内,定义域优先原则。
然后由\(u=x^2-3x+2=(x-\cfrac{3}{2})^2-\cfrac{1}{4}\),
则内函数\(u(x)\)在区间\((-\infty,1)\)上单调递减,在区间\((2,+\infty)\)上单调递增,
而外函数\(y=f(u)=log_2u\)在\((0,+\infty)\)上单调递增,
故复合函数\(f(x)\)在区间\((-\infty,1)\)上单调递减,在区间\((2,+\infty)\)上单调递增。
\(\fbox{例6}\)【求复合函数的单调区间】【2018天津模拟】
已知函数\(y=f(x)(x\in R)\)的图像如图所示,则函数\(g(x)=f(log_ax)(0<a<1)\)的单调递减区间为【】
\(A、[0,\cfrac{1}{2}]\) \(\hspace{4em}\) \(B、[\sqrt{a},1]\)
\(C、(-\infty,0)\cup[\cfrac{1}{2},+\infty)\) \(\hspace{4em}\) \(D、[\sqrt{a},\sqrt{a+1}]\)
分析:由图可知,外函数\(f(x)\)在区间\((-\infty,0)\)和\([\cfrac{1}{2},+\infty)\)上单调递减,
在区间\([0,\cfrac{1}{2}]\)上单调递增,
又\(0<a<1\)时,内函数\(y=log_ax\)在区间\((0,+\infty)\)上单调递减,
故要使得复合函数函数\(g(x)=f(log_ax)(0<a<1)\)单调递减,
则需要\(log_ax\in [0,\cfrac{1}{2}]\),即\(0\leq log_ax\leq \cfrac{1}{2}\),
解得\(x\in [\sqrt{a},1]\),故选B。
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