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第二节函数的单调性与最值

 

1.函数的单调性

 

理解函数的单调性及其几何意义.

 

2.函数的最值

 

理解函数的最大值、最小值及其几何意义.

 

知识点一函数的单调性

1.单调函数的定义

增函数

减函数

一般地,设函数

f(x)的定义域为I.如果对于定义域I内某个区间A上的任意两个

自变量的值x1

2

,x

定义

当x1

当x1f(x2),那么就说函数

就说函数f(x)在区间A上是增加的

f(x)在区间A上是减少的

 

图象描述

 

自左向右看图象是逐渐上升的自左向右看图象是逐渐下降的

 

2.单调区间的定义

如果函数y=f(x)在区间A上是增加的或是减少的,那么称A为单调区间.

易误提醒求函数单调区间的两个注意点:

 

(1)单调区间是定义域的子集,故求单调区间应树立“定义域优先”的原则.

 

(2)单调区间只能用区间表示,不能用集合或不等式表示;如有多个单调区间应分别写,

 

不能用并集符号“∪”联结,也不能用“或”联结.

 

必记结论

 

1.单调函数的定义有以下若干等价形式:

设x1,x2∈[a,b],那么

 

fx1-fx2

①>0?

f(x)在[a,b]上是增函数;

x1-x2

 

fx1-fx2

<0?

f(x)在[a,b]上是减函数.

x1-x2

 

②(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0?

f(x)在[a,b]上是增函数;

 

(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0?

f(x)在[a,b]上是减函数.

 

2.复合函数y=f[g(x)]的单调性规律是“同则增,异则减”,即y=f(u)与u=g(x)若具

 

有相同的单调性,则

y=f[g(x)]为增函数,若具有不同的单调性,则

y=f[g(x)]必为减函数.

[自测练习]

1.下列函数中,在区间

(0,+∞)上单调递减的是(

1

2

A.f(x)=x

B.f(x)=(x-1)

C.f(x)=ex

D.f(x)=ln(x+

1)

2.函数f(x)=log5(2x+1)的单调增区间是________.

-x2-ax-5,x≤1,

3.已知函数f(x)=a

在R上为增函数,则a的取值范围是()

x,x>1

A.[-3,0)

B.[-3,-2]

C.(-∞,-2]

D.(-∞,0)

知识点二

函数的最值

前提

设函数y=f(x)的定义域为I,如果存在实数M满足

条件

对于任意x∈I,都有f(x)≤M

对于任意x∈I,都有f(x)≥M

存在x0∈I,使得f(x0)=M

存在x0∈I,使得f(x0)=M

结论

M为最大值

M为最小值

易误提醒

在求函数的值域或最值时,易忽视定义域的限制性.

必备方法

求函数最值的五个常用方法

 

(1)单调性法:

先确定函数的单调性,再由单调性求最值.

(2)图象法:

先作出函数的图象,再观察其最高点、最低点,求出最值.

(3)换元法:

对比较复杂的函数可通过换元转化为熟悉的函数,再用相应的方法求最值.

(4)基本不等式法:

先对解析式变形,使之具备“一正二定三相等”的条件后用基本不等式求出最值.

(5)导数法:

先求导,然后求出在给定区间上的极值,最后结合端点值,求出最值.

 

[自测练习]

1

4.函数f(x)=

1+x2(x∈R)的值域是(

A.(0,1)

B.(0,1]

C.[0,1)

D.[0,1]

5.已知函数f(x)=x2+2x(-2≤x≤1且x∈Z),则f(x)的值域是()

A.[0,3]

B.[-1,3]

C.{0,1,3}

D.{-1,0,3}

 

考点一函数单调性的判断|

 

1.下列四个函数中,在

(0,+∞)上为增函数的是()

A.f(x)=3-x

B.f(x)=x2-3x

1

C.f(x)=-x+1

D.f(x)=-|x|

 

给出解析式函数单调性的两种判定方法

1.定义法(基本步骤为取值、作差或作商、变形、判断).

 

2.导数法(基本步骤为求定义域、求导、变形、判断).

 

考点二函数的单调区间的求法|

 

求下列函数的单调区间:

(1)y=-x2+2|x|+1;

 

(2)y=log1(x2-3x+2).

2

 

函数单调区间的四种求法

(1)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.

 

(2)定义法:

先求定义域,再利用单调性定义.

 

(3)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

 

写出它的单调区间.

 

(4)导数法:

利用导数取值的正负确定函数的单调区间.

 

函数y=|x|(1-x)在区间A上是增函数,那么区间

A是()

A.(-∞,0)

B.

0,1

2

1

C.[0,+∞)

D.

2,+∞

考点三函数单调性的应用|

函数单调性的应用比较广泛,是每年高考的重点和热点内容.归纳起来,常见的命题探

究角度有:

1.求函数的值域或最值.

2.比较两个函数值或两个自变量的大小.

3.解函数不等式.

4.求参数的取值范围或值.

探究一求函数的值域或最值

1.(2015高·考浙江卷)已知函数

x+

2-3,x≥1,

f(x)=

x

则f(f(-3))=________,f(x)

lgx2+1

,x<1,

 

的最小值是________.

探究二

比较两个函数值或两自变量的大小

2

1

,若x1

2

2.已知函数f(x)=log

x+1-x

∈(1,2)

,x∈(2,+∞),则()

A.f(x)<0,f(x)<0

B.f(x)<0,f(x)>0

1

2

1

2

C.f(x1)>0,f(x2)<0

D.f(x1)>0,f(x2)>0

探究三

解函数不等式

x3,x≤0,

3.(2015西·安一模)已知函数f(x)=若f(2-x2)>f(x),则实数x的取值

lnx+1,x>0,

范围是()

A.(-∞,-1)∪(2,+∞)

B.(-∞,-2)∪(1,+∞)

C.(-1,2)

D.(-2,1)

探究四利用单调性求参数的取值范围

2-ax+1x<1,

满足对任意

x12

4.(2015江·西新余期末质检

)已知

f(x)=

≠x,都有

axx≥1

fx

-fx

2

1

x1-x2

>0成立,那么a的取值范围是()

3,2

3

A.2

B.1,2

C.(1,2)

D.(1,+∞)

 

函数单调性应用问题的四种类型及解题策略

 

(1)比较大小.比较函数值的大小,应将自变量转化到同一个单调区间内,然后利用函数的单调性解决.

 

(2)解不等式.在求解与抽象函数有关的不等式时,往往是利用函数的单调性将“f”符号

 

脱掉,使其转化为具体的不等式求解.此时应特别注意函数的定义域.

 

(3)利用单调性求参数.

 

①视参数为已知数,依据函数的图象或单调性定义,确定函数的单调区间,与已知单调

 

区间比较求参数;

 

②需注意若函数在区间[a,b]上是单调的,则该函数在此区间的任意子集上也是单调的.

 

(4)利用单调性求最值.应先确定函数的单调性,然后再由单调性求出最值.

 

1.确定抽象函数的单调性以及解含“f”的不等式

【典例】(12分)函数f(x)对任意a,b∈R,都有f(a+b)=f(a)+f(b)-1,且当x>0时,

有f(x)>1.

(1)

求证:

f(x)是R上的增函数;

(2)

若f(4)=5,解不等式f(2t-1)-f(1+t)<2.

 

[思路点拨]

(1)用单调性的定义证明抽象函数的单调性;

(2)结合题意,将含“f”的不等

 

式f(2t-1)-f(1+t)<2转化为f(m)

 

[模板形成]

 

A组考点能力演练

1.(2015

吉·林二模)下列函数中,定义域是

R且为增函数的是()

B.y=x

A.y=e

x

C.y=lnx

D.y=|x|

2.(2015

·南信阳期末调研河

)下列四个函数:

1

①y=3-x;②y=x2+1;

-x

x≤0,

③y=x2+2x-10;④y=

1

-x

x>0.

其中值域为R的函数有(

A.1个B.2个C.3个D.4个

3.若函数f(x)=-x2+2ax与函数g(x)=a在区间[1,2]上都是减函数,则实数

a的取

x+1

值范围为()

A.(0,1)∪(0,1)

B.(0,1)∪(0,1]

C.(0,1)

D.(0,1]

x2-4x+3,x≤0,

4.已知函数f(x)=

则不等式f(a2-4)>f(3a)的解集为(

-x2-2x+3,x>0,

A.(2,6)

B.(-1,4)

C.(1,4)

D.(-3,5)

fx

5.(2016浦·东一模)如果函数y=f(x)在区间I上是增函数,且函数y=x

在区间I上是减函数,那么称函数

y=f(x)是区间I上的“缓增函数”,区间

I叫作“缓增区间”.若函数f(x)=

1

2-x+3是区间I上的“缓增函数”,则

2x

2

“缓增区间”I为()

A.[1,+∞)

B.[0,3]

C.[0,1]

D.[1,3]

fx2-fx1

6.已知f(x)是定义在R上的偶函数,若对任意的x1,x2∈[0,+∞)(x1≠x2),有

x2-x1

<0,则f(3),f(-2),f

(1)的大小关系为________.

 

1,x>0,

7.设函数f(x)=0,x=0,g(x)=x2f(x-1),则函数g(x)的递减区间是________.

-1,x<0,

8.(2015长·春二模)已知函数f(x)=|x+a|在(-∞,-1)上是单调函数,则a的取值范围

是________.

9.已知f(x)=x(x≠a).

x-a

(1)

若a=-2,试证f(x)在(-∞,-2)上单调递增;

(2)

若a>0且f(x)在(1,+∞)上单调递减,求

a的取值范围.

 

1

10.已知函数g(x)=x+1,h(x)=,x∈(-3,a],其中a为常数且a>0,令函数f(x)

 

=g(x)·h(x).

(1)求函数f(x)的表达式,并求其定义域;

(2)当a=1时,求函数f(x)的值域.

4

 

B组高考题型专练

1.(2014

高·考北京卷)下列函数中,在区间(0,+∞)上为增函数的是()

A.y=x+1

B.y=(x-1)2

C.y=2

-x

D.y=log0.5(x+1)

2.(2013

高·考安徽卷)“a≤0”是“函数f(x)=|(ax-1)x|在区间(0,+∞)内单调递增”

的()

A.充分不必要条件

B.必要不充分条件

C.充分必要条件

D.既不充分也不必要条件

-x+6,x≤2,

3.(2015·考福建卷高)若函数f(x)=(a>0,且a≠1)的值域是[4,+∞),

3+logax,x>2

则实数a的取值范围是________.

4.(2015·考湖北卷高)a为实数,函数f(x)=|x2-ax|在区间[0,1]上的最大值记为g(a).当a=________时,g(a)的值最小.

 

1

1.解析:

根据函数的图象知,函数f(x)=x在(0,+∞)上单调递减,故选A.答案:

A

1

2.解析:

要使y=log5(2x+1)有意义,则2x+1>0,即x>-2,而y=log5u为(0,+∞)

11

上的增函数,当x>-2时,u=2x+1也为R上的增函数,故原函数的单调增区间是-2,+∞.答案:

-12,+∞

3.解析:

要使函数在R上是增函数,

 

-a2≥1,

则有a<0,

-1-a-5≤a,

 

解得-3≤a≤-2,即a的取值范围是[-3,-2].答案:

B

4.解析:

因为1+x2≥1,0<

1

≤1,所以函数值域是(0,1],选B.答案:

B

1+x2

5.解析:

依题意,f(-2)=f(0)=0,f(-1)=-1,f

(1)=3,因此

f(x)的值域是{-1,0,3},

 

选D.答案:

D

 

1.解析:

当x>0时,f(x)=3-x为减函数;

3

当x∈0,2时,f(x)=x2-3x为减函数,

当x∈32,+∞时,f(x)=x2-3x为增函数;

当x∈(0,+∞)时,f(x)=-1为增函数;x+1

 

当x∈(0,+∞)时,f(x)=-|x|为减函数.故选C.答案:

C

-2x

2.判断函数g(x)=在(1,+∞)上的单调性.

x-1

2.解:

法一:

定义法

 

任取x1,x2∈(1,+∞),且x1

 

-2x

1

-2x

2

2x-x

1

2

则g(x1)-g(x2)=-

x1-1x2-1

x1-1x2-1

因为1

所以x1-x2<0,(x1-1)(x2-1)>0,

 

因此g(x1)-g(x2)<0,即g(x1)

 

故g(x)在(1,+∞)上是增函数.法二:

导数法

 

-2x-1

+2x

2

∵g′(x)=

x-12>0,

x-1

2

∴g(x)在(1,+∞)上是增函数.

 

1.[解]

(1)由于

 

-x2+2x+1,x≥0,

y=

-x2-2x+1,x<0,

 

-x-12+2,x≥0,

即y=

-x+12+2,x<0.

 

画出函数图象如图所示,

单调递增区间为(-∞,-1]和[0,1],

单调递减区间为[-1,0]和[1,+∞).

2.

(2)令u=x2-3x+2,则原函数可以看作

1

的复合函数.

y=logu与u=x2-3x+2

2

令u=x2-3x+2>0,则x<1或x>2.

1

∴函数y=log2(x2-3x+2)的定义域为(-∞,1)∪(2,+∞).

又u=x2-3x+2的对称轴x=32,且开口向上.

 

∴u=x2-3x+2在(-∞,1)上是单调减函数,在(2,+∞)上是单调增函数.

1

而y=log2u在(0,+∞)上是单调减函数,

∴y=log1(x2-3x+2)的单调递减区间为

2

(2,+∞),单调递增区间为

(-∞,1).

 

解析:

y=|x|(1-x)

 

x1-xx≥0,-x2+xx≥0,

==

-x1-xx<0x2-xx<0

11

-x-22+4x≥0,

x-12-1x<0.

24

 

画出函数的草图,如图.

 

由图易知原函数在

1

0,2上单调递增.

 

答案:

B

 

1.解析:

由题知,

f(-3)=1,f

(1)=0,即f(f(-3))=0.又

f(x)在(-∞,0)上单调递减,在

 

(0,1)上单调递增,在(1,

2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,所以

f(x)min=min{f(0),

 

f

(2)}=22-3.

 

答案:

0

22-3

1

2.解析:

∵函数f(x)=log2x+在(1,+∞)上为增函数,且f

(2)=0,

1-x

 

∴当x1∈(1,2)时,f(x1)

(2)=0,

 

当x2∈(2,+∞)时,f(x2)>f

(2)=0,

 

即f(x1)<0,f(x2)>0.

 

答案:

B

 

3.解析:

∵当x=0时,两个表达式对应的函数值都为零,∴函数的图象是一条连续的曲

 

线.∵当x≤0时,函数f(x)=x3为增函数,当x>0时,f(x)=ln(x+1)也是增函数,且当x1<0,

 

x2>0时,f(x1)

R上的增函数.因此,不等式

f(2-x2)>f(x)等价于

2

 

-x2>x,即

x2+x-2<0,解得-

2

D.

答案:

D

 

2-a>0,

 

4.解析:

依题意,

f(x)是在

R上的增函数,于是有

a>1,

3

解得2≤a<2,

2-a×1+1≤a1.

 

故选A.

答案:

A

 

[规范解答]

(1)证明:

设x1,x2∈R且x10,

∴f(x2-x1)>1.(2分)

 

根据条件等式有

 

f(x2)-f(x1)=f(x2-x1+x1)-f(x1)=f(x2-x1)+f(x1)-1-f(x1)=f(x2-x1)-1>0,

∴f(x1)

 

(2)由f(a+b)=f(a)+f(b)-1,得f(a+b)-f(a)=f(b)-1,

 

∴f(2t-1)-f(1+t)=f(t-2)-1,(8分)

 

∴f(2t-1)-f(1+t)<2,即f(t-2)-1<2,

 

∴f(t-2)<3.

又f(2+2)=f

(2)+f

(2)-1=5,∴f

(2)=3,

∴f(t-2)<3=f

(2).(10分)

 

∵f(x)是R上的增函数,

 

∴t-2<2,∴t<4,故不等式的解集为(-∞,4).(12分)

 

1.解析:

因为定义域是R,排除C,又是增函数,排除A、D,所以选

答案:

B

 

B.

 

-x

x≤0

2.解析:

依题意,注意到

y=3-x与函数

y=

1

-x

x>0

的值域均是

R,函数

y=

 

1的值域是(0,1],函数y=x2+2x-10=(x+1)2-11的值域是[-11,+∞),因此选B.x2+1

答案:

B

 

a≤1,

3.解析:

注意到f(x)=-(x-a)2+a2;依题意得即0

a>0,

 

答案:

D

4.解析:

作出函数f(x)的图象,如图所示,则函数f(x)在R上是单调递减的.由f(a2-

 

4)>f(3a),可得a2-4<3a,整理得a2-3a-4<0,即(a+1)(a-4)<0,解得-1

 

等式的解集为(-1,4).

答案:

B

1

2

-x+

3

x=1,所以函数

y=f(x)在区间[1,+∞)

5.解析:

因为函数

f(x)=2x

2

的对称轴为

fx

1

3

1

3

13

上是增函数,又当x≥1

时,x

=2x-1+2x,令g(x)=2x-1+2x(x≥1),则g′(x)=2-2x2

x2-3

fx

1

3

=2x2,由g′(x)≤0得1≤x≤3,即函数x=2x-1+2x在区间[1,3]上单调递减,故“缓增区间”I为[1,3].

答案:

D

6.解析:

由x1,x2∈(0,+∞)时,

fx2-x1

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