高考数学第二章函数与导数第3课时函数的单调性

第二章函数与导数第3课时函数的单调性第三章(对应学生用书(文)、(理)11～12页)1. (必修1P54测试4)已知函数y＝f(x)的图象如图所示，那么该函数的单调减区间是________．答案：[－3，－1]和[1，2] 2. (必修1P 44习题2改编)下列函数中，在区间(0，2)上是单调增函数的是________．(填序号)① y ＝1－3x ；② y＝－1x；③ y＝x 2＋1；④ y＝|x ＋1|.答案：②③④3. (必修1P 44习题4改编)函数y ＝f(x)是定义在[－2，2]上的单调减函数，且f(a ＋1)<f(2a)，则实数a 的取值范围是________．答案：[－1，1)解析：由条件⎩⎪⎨⎪⎧－2≤a＋1≤2，－2≤2a≤2，a ＋1>2a ，解得－1≤a<1.4. (必修1P 44习题3改编)函数y ＝(x －3)|x|的单调递减区间是________．答案：⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，32 解析：y ＝(x －3)|x|＝⎩⎪⎨⎪⎧－x （x －3），x<0，x （x －3），x ≥0，画图可知单调递减区间是⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，32.5. (必修1P 54测试6改编)已知函数f(x)＝mx 2＋x ＋m ＋2在(－∞，2)上是增函数，则实数m 的取值范围是________．答案：⎣⎢⎡⎦⎥⎤－14，0 解析：当m ＝0时，f(x)＝x ＋2，符合；当m≠0时，必须⎩⎪⎨⎪⎧m<0，－12m ≥2，解得－14≤m<0.综上，实数m 的取值范围是－14≤m ≤0.1. 增函数和减函数一般地，设函数f(x)的定义域为I：如果对于定义域I内某个区间D上的任意两个自变量的值x1、x2，当x1<x2时，都有f(x1)<f(x2)，那么就说函数f(x)在区间D上是单调增函数．(如图(1)所示) 如果对于定义域I内某个区间D上的任意两个自变量的值x1、x2，当x1<x2时，都有f(x1)>f(x2)，那么就说函数f(x)在区间D上是单调减函数．(如图(2)所示)2. 单调性与单调区间如果一个函数在某个区间M上是单调增函数或是单调减函数，就说这个函数在这个区间M上具有单调性(区间M称为单调区间)．3. 判断函数单调性的方法(1) 定义法：利用定义严格判断．(2) 利用函数的运算性质．如若f(x)、g(x)为增函数，则：① f(x)＋g(x)为增函数；② 1f（x）为减函数(f(x)>0)；③ f（x）为增函数(f(x)≥0)；④ f(x)·g(x)为增函数(f(x)>0，g(x)>0)；⑤ －f(x)为减函数．(3) 利用复合函数关系判断单调性 法则是“同增异减”，即两个简单函数的单调性相同，则这两个函数的复合函数为增函数，若两个简单函数的单调性相反，则这两个函数的复合函数为减函数．(4) 图象法奇函数在两个对称的区间上具有相同的单调性；偶函数在两个对称的区间上具有相反的单调性．[备课札记]题型1 函数单调性的判断例1 判断函数f(x)＝e x＋1e x 在区间(0，＋∞)上的单调性．解：(解法1)设0＜x 1＜x 2，则 f(x 1)－f(x 2)＝⎝⎛⎭⎪⎫ex 1＋1ex 1－⎝ ⎛⎭⎪⎫ex 2＋1ex 2＝()ex 1－ex 2＋ex 2－ex 1ex 1·ex 2＝()ex 1－ex 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1－1ex 1＋x 2＝()ex 1－x 2－1·ex 1＋x 2－1ex 1.∵ 0＜x 1＜x 2，∴ x 1－x 2＜0，x 1＋x 2＞0，∴ ex 1－x 2＜1，ex 1＋x 2＞1，ex 1＞0， ∴ f(x 1)＜f(x 2)．∴ f(x)在(0，＋∞)上是增函数． (解法2)对f(x)＝e x＋1e x 求导，得f′(x)＝e x－1e x ＝1e x (e 2x －1)，当x ＞0时，e x＞0，e 2x＞1， ∴ f ′(x)＞0,∴ f(x)在(0，＋∞)上为增函数． 备选变式（教师专享）证明函数f(x)＝x1＋x 2在区间[1，＋∞)上是减函数．证明：设x 1、x 2∈[1，＋∞)，且x 1<x 2.f(x 1)－f(x 2)＝x 11＋x 21－x 21＋x 22＝x 1（1＋x 22）－x 2（1＋x 21）（1＋x 21）（1＋x 22）＝（x 1－x 2）（1－x 1x 2）（1＋x 21）（1＋x 22）. ∵ x 1、x 2∈[1，＋∞)，且x 1<x 2，∴ x 1－x 2<0，1－x 1x 2<0.又(1＋x 21)(1＋x 22)>0，∴ f(x 1)－f(x 2)>0，即f(x 1)>f(x 2)． ∴ f(x)＝x1＋x 2在[1，＋∞)上为减函数．题型2 已知函数的单调性求参数的值或范围 例2 已知函数f(x)＝lg kx －1x －1(k∈R ，且k>0)．(1) 求函数f(x)的定义域；(2) 若函数f(x)在[10，＋∞)上单调递增，求k 的取值范围．解：(1) 由kx －1x －1>0，k>0，得x －1k x －1>0，当0<k<1时，得x<1或x>1k ；当k ＝1时，得x∈R且x ≠1；当k>1时，得x<1k或x>1.综上，当0<k<1时，函数定义域为⎩⎨⎧⎭⎬⎫x ⎪⎪⎪x<1或x>1k ；当k≥1时，函数定义域为⎩⎨⎧⎭⎬⎫x ⎪⎪⎪x<1k 或x>1.(2) 由函数f(x)在[10，＋∞)上单调递增，知10k －110－1>0，∴ k>110.又f(x)＝lg kx －1x －1＝lg ⎝ ⎛⎭⎪⎫k ＋k －1x －1，由题意，对任意的x 1、x 2，当10≤x 1<x 2，有f(x 1)<f(x 2)，即lg ⎝ ⎛⎭⎪⎫k ＋k －1x 1－1<lg ⎝ ⎛⎭⎪⎫k ＋k －1x 2－1， 得k －1x 1－1<k －1x 2－1(k －1)(1x 1－1－1x 2－1)<0. ∵ x 1<x 2，∴ 1x 1－1>1x 2－1，∴ k －1<0，即k<1.综上可知，k 的取值范围是⎝ ⎛⎭⎪⎫110，1. 变式训练已知函数f(x)＝2x －ax，x ∈(0，1]．(1) 当a ＝－1时，求函数y ＝f(x)的值域；(2) 若函数y ＝f(x)在x∈(0，1]上是减函数，求实数a 的取值范围． 解：(1) 当a ＝－1时，f(x)＝2x ＋1x ，因为0<x≤1，所以f(x)＝2x ＋1x≥22x ·1x ＝22，当且仅当x ＝22时，等号成立，所以函数y ＝f(x)的值域是[22，＋∞)．(2) (解法1)设0<x 1<x 2≤1，由f(x 1)－f(x 2)＝⎝ ⎛⎭⎪⎫2x 1－a x 1－⎝ ⎛⎭⎪⎫2x 2－a x 2＝2(x 1－x 2)＋⎝ ⎛⎭⎪⎫a x 2－a x 1＝（x 1－x 2）（2x 1x 2＋a ）x 1x 2，因为函数y ＝f(x)在x∈(0，1]上是减函数，所以f(x 1)－f(x 2)>0恒成立，所以2x 1x 2＋a<0，即a<－2x 1x 2在x∈(0，1]上恒成立， 所以a≤－2，即实数a 的取值范围是(－∞，－2]． (解法2)由f(x)＝2x －a x ，知f′(x)＝2＋ax 2，因为函数y ＝f(x)在x∈(0，1]上是减函数， 所以f ′(x)＝2＋ax 2≤0在x∈(0，1]上恒成立，即a≤－2x 2在x∈(0，1]上恒成立，所以a≤－2，即实数a 的取值范围是(－∞，－2]． 题型3 函数的单调性与最值例3 已知函数f(x)＝x 2＋2x ＋ax ，x ∈[1，＋∞)．(1) 当a ＝12时，求f(x)的最小值；(2) 若对任意x∈[1，＋∞)，f(x)＞0恒成立，求实数a 的取值范围． 解：(1) 当a ＝12时，f(x)＝x ＋12x ＋2.设x 1＞x 2≥1，则f(x 1)－f(x 2)＝(x 1－x 2)＋⎝⎛⎭⎪⎫12x 1－12x 2＝(x 1－x 2)·2x 1x 2－12x 1x 2.∵ x 1＞x 2≥1， ∴ f(x 1)＞f(x 2)，∴ f(x)在[1，＋∞)上为增函数． ∴ f (x)≥f(1)＝72，即f(x)的最小值为72.(2) ∵ f(x)＞0在x∈[1，＋∞)上恒成立，即x 2＋2x ＋a ＞0在[1，＋∞)上恒成立，∴ a ＞[－(x 2＋2x)]max .∵ t(x)＝－(x 2＋2x)在[1，＋∞)上为减函数， ∴ t(x)max ＝t(1)＝－3, ∴ a ＞－3. 备选变式（教师专享）已知a∈R 且a≠1，求函数f(x)＝ax ＋1x ＋1在[1，4]上的最值．解：由f(x)＝ax ＋1x ＋1＝a ＋1－ax ＋1.若1－a>0，即a<1时，f(x)在[1，4]上为减函数， ∴ f max (x)＝f(1)＝a ＋12，f min (x)＝f(4)＝4a ＋15；若1－a<0，即a>1时，f(x)在[1，4]上为增函数， ∴ f max (x)＝f(4)＝4a ＋15，f min (x)＝f(1)＝a ＋12.1. (2013·南京期初)已知函数f(x)＝⎩⎪⎨⎪⎧e x－2k ，x ≤0（1－k ）x ，x>0是R 上的增函数，则实数k 的取值范围是________．答案：⎣⎢⎡⎭⎪⎫12，1 解析：由题意得⎩⎪⎨⎪⎧e 0－2k≤0，1－k>0，解得12≤k<1.2. 若函数f(x)＝a x(a>0，a ≠1)在[－1，2]上的最大值为4，最小值为m ，且函数g(x)＝(1－4m)x 在[0，＋∞)上是增函数，则a ＝________．答案：14解析：若a>1，有a 2＝4，a －1＝m ，所以a ＝2，m ＝12，此时g(x)＝－x 是[0，＋∞)上的减函数，不符合；当0<a<1，有a －1＝4，a 2＝m ，所以a ＝14，m ＝116，此时g(x)＝3x 4，符合．3. (2013·安徽)“a≤0”是“函数f(x)＝|(ax －1)x|在区间是(0，＋∞)内单调递增”的________条件．答案：充要解析：① 当a ＝0时，f(x)＝|x|在区间(0，＋∞)内单调递增；② 当a<0时，结合函数f(x)＝|ax 2－x|的图象知函数在(0，＋∞)内单调递增；③当a>0时，结合函数f(x)＝|ax 2－x|的图象知函数在(0，＋∞)上先增后减再增，不符合．所以“a≤0”是“函数f(x)＝|(ax －1)x|在区间(0，＋∞)内单调递增”的充要条件．4. 已知函数f(x)是定义在正实数集上的单调函数，且满足对任意x ＞0，都有f(f(x)－lnx)＝1＋e ，则f(1)＝________．答案：e解析：f(x)－lnx 必为常数函数，否则存在两个不同数，其对应值均为1＋e ，与单调函数矛盾．所以可设f(x)－lnx ＝c ，则f(x)＝lnx ＋c.将c 代入，得f(c)＝1＋e ，即lnc ＋c ＝1＋e.∵ y ＝lnx ＋x 是单调增函数，当c ＝e 时，lnc ＋c ＝1＋e 成立， ∴ f(x)＝lnx ＋e.则f(1)＝e.1. 给定函数：①y＝x 12，②y ＝log 12(x ＋1)，③y ＝|x －1|，④y ＝2x ＋1，其中在区间(0，1)上单调递减的函数是____________．(填序号)答案：②③解析：①是幂函数，其在(0，＋∞)上是增函数，不符合；②中的函数是由函数y ＝log 12x 向左平移1个单位而得到的，因为原函数在(0，＋∞)上是减函数，故符合；③中的函数图象是由函数y ＝x －1的图象保留x 轴上方，下方图象翻折到x 轴上方而得到的，故由其图象可知正确；④中函数显然是增函数，故不符合．2. 设a>0且a≠1，则“函数f(x)＝a x 在R 上是减函数 ”是“函数g(x)＝(2－a)x 3在R 上是增函数”的__________条件．答案：充分不必要解析：函数f(x)＝a x 在R 上是减函数等价于0<a<1，函数g(x)＝(2－a)x 3在R 上是增函数等价于0<a<1或1<a<2，所以“函数f(x)＝a x在R 上是减函数 ”，是“函数g(x)＝(2－a)x 3在R 上是增函数”的充分不必要条件．3. 函数f(x)＝⎩⎪⎨⎪⎧ax 2＋1，x ≥0，（a 2－1）e ax，x ＜0在(－∞，＋∞)上单调，则a 的取值范围是________．答案：(－∞，－2]∪(1，2]解析：若a>0，则f(x)＝ax 2＋1在[0，＋∞)上单调增，∴ f(x)＝(a 2－1)e ax在(－∞，0)上单调增，∴⎩⎪⎨⎪⎧a 2－1>0，a 2－1≤1，∴ 1<a ≤ 2.同理，当a<0时，可求得a≤－2，故a∈(－∞，－2]∪(1，2]．4. 是否存在实数a ，使函数f(x)＝log a (ax 2－x)在区间[2，4]上是增函数？如果存在，说明a 可取哪些值；如果不存在，请说明理由．解：显然a>0且a≠1.当a>1时，则t(x)＝ax 2－x 的对称轴是x ＝12a ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0，12，只需t(2)＝4a －2＞0，即a＞12，所以a ＞1均成立； 当0＜a ＜1时，则t(x)＝ax 2－x 的对称轴是x ＝12a ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫12，＋∞，需要⎩⎪⎨⎪⎧12a≥4，t （4）＝16a －4＞0无解． 所以，存在实数a ＞1，满足条件．1. 求函数的单调区间，首先应注意函数的定义域，函数的单调区间都是定义域的子集，常用方法有：定义法、图象法、导数法、复合函数法等．2. 函数单调性的应用(1) 比较函数值的大小；(2) 解不等式；(3) 求函数的值域或最值等．注意利用定义都是充要性命题，即若函数f(x)在区间D上递增(减)且f(x1)<f(x2)x1<x2(x1>x2)(x1、x2∈D)．请使用课时训练（B）第3课时（见活页）.[备课札记]。