内容正文:
§2.2 函数的单调性和最值
第二章 函数与基本初等函数
课程标准
1.借助函数图象,会用符号语言表达函数的单调性、最大值、最
小值,理解它们的作用和实际意义.
2.掌握函数单调性的简单应用.
CONTECT
内
容
索
引
01
教材梳理 强基固本
02
考点探究 精准突破
03
课 时 测 评
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理清主干知识
1.函数的单调性
(1)增函数和减函数
分类 增函数 减函数
定
义 设函数y=f(x)的定义域是D:如果对于任意的x1,x2∈D
当x1<x2时,都有__________,那么就称函数y=f(x)是增函数,特别地,当I⊆D时,也称函数y=f(x)在区间I上________ 当x1<x2时,都有__________,那么就称函数y=f(x)是减函数,特别地,当I⊆D时,也称函数y=f(x)在区间I上________
图象描述 自左向右看图象是______ 自左向右看图象是______
f(x1) < f(x2)
单调递增
f(x1) > f(x2)
单调递减
上升
下降
微提醒 (1)求函数单调区间或讨论函数单调性必须先求函数的定义域;(2)一个函数的同一种单调区间用“和”或“,”连接,不能用“∪”连接;(3)函数在某个区间上是单调函数,但在整个定义域上不一定是单调函数.
(2)单调区间
如果函数y=f(x)在区间I上__________或__________,那么就称函数_______在区间I上具有单调性,此时,_______为函数y=f(x)的单调区间.
单调递增
单调递减
y=f(x)
区间I
2.函数的最值
前提 设函数y=f(x)的定义域是D,若存在实数M
条件 ①所有的x∈D,都有__________;
②存在x0∈D,使得___________ ①所有的x∈D,都有__________;
②存在x0∈D,使得___________
结论 M为函数y=f(x)的________ M为函数y=f(x)的________
f(x)≤M
f(x)≥M
f(x0)=M
f(x0)=M
最大值
最小值
记牢常用结论
2.在公共定义域内,增函数+增函数=增函数;减函数+减函数=减函数;增函数-减函数=增函数;减函数-增函数=减函数.
3.函数y=f(x) (f(x)>0或f(x)<0)在公共定义域内与y=-f(x),y= 的单调性相反.
4.复合函数y=f(g(x))的单调性:同增异减.
练透教材典题
1.[多选题]下列说法中不正确的是
A.对于函数y=f(x),若f(1)<f(3),则f(x)为增函数
B.函数y=f(x)在[1,+∞)上是增函数,则函数的单调递增区间是[1,+∞)
C.函数y= 的单调递减区间是(-∞,0)∪(0,+∞)
D.所有的单调函数不一定都有最值
√
√
√
√
2.在下列函数中,在区间(0,2)上为增函数的是
A.y=-x+1 B.y=-x2+4x+5
C.y= D.y=|x-2|
y=-x+1在(0,2)上单调递减,A不合题意;y=-x2+4x+5开口向下,
对称轴为x=2,所以在区间(0,2)上是增函数,B正确;y= 在(0,2)上
单调递减,C不合题意;y=|x-2|= 在(0,2)上单调递减,
D不合题意.故选B.
√
4.(2024·海南海口模拟)函数f(x)=x2-4|x|+3的单调递减区间是
A.(-∞,-2) B.(-∞,-2)和(0,2)
C.(-2,2) D.(-2,0)和(2,+∞)
√
f(x)=x2-4|x|+3= 则由二次函数的性质知,当x≥0时,
y=x2-4x+3=(x-2) 2-1的单调递减区间为(0,2);当x<0,y=x2+4x+3=(x+2)2-1的单调递减区间为(-∞,-2),故f(x)的单调递减区间是(-∞,-2)和(0,2).故选B.
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考点一
函数的单调性
基础练
例1
√
试讨论函数f(x)= (a≠0)在(-1,1)上的单调性.
例2
解:法一:设-1<x1<x2<1,
由于-1<x1<x2<1,
所以x2-x1>0,x1-1<0,x2-1<0,
故当a>0时,f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2),函数f(x)在(-1,1)上单调递减;
当a<0时,f(x1)-f(x2)<0,即f(x1)<f(x2),函数f(x)在(-1,1)上单调递增.
当a>0时,f′(x)<0,函数f(x)在(-1,1)上单调递减;
当a<0时,f′(x)>0,函数f(x)在(-1,1)上单调递增.
规律方法
1.求函数的单调区间,应先求定义域,在定义域内求单调区间.
2.(1)函数单调性的判断方法:①定义法;②图象法;③利用已知函数的单调性;④导数法.
(2)函数y=f(g(x))的单调性应根据外层函数y=f(t)和内层函数t=g(x)的单调性判断,遵循“同增异减”的原则.
对点练1.函数y= 的单调递减区间是____________.
(-∞,-6]
解:由已知可得 解得a=1,b=1,
所以f(x)=x+ (x≠0).
(2)用函数单调性的定义证明:f(x)在(0,1)上单调递减.
因为x1,x2∈(0,1),且x1<x2,
所以x1-x2<0,0<x1x2<1,x1x2-1<0,
所以f(x1)-f(x2)=(x1-x2)· >0,即f(x1)>f(x2),
所以f(x)在(0,1)上单调递减.
考点二
函数的最值
综合练
(1)函数f(x)= -ln(4-x)在x∈[1,3]上的最大值为________.
例3
(2)(2024·浙江宁波调研)设f(x)= 则f(f(-1))=___,f(x)的最小值是________.
0
规律方法
1.求函数最值的三种基本方法
(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)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.
2.对于较复杂函数,可运用导数,求出在给定区间上的极值,最后结合端点值,求出最值.
对点练3.对于任意实数a,b,定义min{a,b}= 设函数f(x)=-x
+3,g(x)=log2x,则函数h(x)=min{f(x),g(x)}的最大值是____.
法一:在同一坐标系中,作函数f(x),g(x)的图象,
依题意,h(x)的图象为如图所示的实线部分.易知点A(2,1)为图象的最高点,因此h(x)的最大值为h(2)=1.
1
法二:依题意,h(x)= 当0<x≤2时,h(x)=log2x是增函数;
当x>2时,h(x)=-x+3是减函数,因此h(x)在x=2时取得最大值h(2)=1.
考点三
函数单调性的应用
多维练
例4
√
角度1 比较函数值的大小
√
(2)已知函数f(x)的图象关于直线x=1对称,当x1≠x2且x1,x2∈(1,+∞)时,
[f(x2)-f(x1)]·(x2-x1)<0恒成立,设a=f ,b=f(2),c=f(e),则a,b,c的大小关系为
A.c>a>b B.c>b>a
C.a>c>b D.b>a>c
例5
角度2 解不等式
√
(2)已知函数f(x)= -log2(x+2),若f(a-2)>3,则a的取值范围是________.
(0,1)
√
(1)(2023·新课标Ⅰ卷)设函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)单调递减,则a的取值范围是
A.(-∞,-2] B.[-2,0)
C.(0,2] D.[2,+∞)
角度3 求参数的取值范围
例6
√
(2)已知函数f(x)= 是R上的增函数,则a的取值范围是
A.[0,3) B.(0,3)
C.[2,3) D.(2,3)
由题意得,函数为R上的增函数,有 解得0≤a<3.故选A.
规律方法
1.比较函数值的大小时,转化到同一个单调区间内,然后利用函数的单调性解决.
2.求解函数不等式时,由条件脱去“f”,转化为自变量间的大小关系,应注意函数的定义域.
3.利用单调性求参数的取值(范围).根据其单调性直接构建参数满足的方程(组)(不等式(组))或先得到其图象的升降,再结合图象求解.对于分段函数,要注意衔接点的取值.
对点练4.(1)[多选题]定义在R上的函数f(x)满足f(-x)+f(x)=0,且f(x)是单
调函数,f(1)= ,则
A.f(0)=0
B.f(-1)<f(2)
C.f =-1
D.f(x2-x+2) >f(1)
对于A,因为定义在R上的函数f(x)满足f f(-x)+f(x)=0,所以f(x)是奇函数,从而f(0)=0,所以A正确;对于B,因为f(x)是单调函数,且0=f(0)<f(1)= ,所以f(x)是R上的单调递增函数,故f(-1)<f(2),所以B正确;
√
√
√
(2)(2024·山东济宁一模)若函数f(x)=loga(ax-x3)(a>0且a≠1)在区间(0,1)内单调递增,则a的取值范围是
A.[3,+∞) B.(1,3]
√
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√
1.下列函数为增函数的是
A.f(x)=|x| B.f(x)=2x
C.f(x)=x2 D.f(x)=log0.5x
对于A,函数f(x)=|x|= 函数f(x)在(-∞,0]上单调递减,在
定义域R上不单调,故A不是;对于B,函数f(x)=2x在R上单调递增,故B是;对于C,函数f(x)=x2在(-∞,0]上单调递减,在定义域R上不单调,故C不是;对于D,函数f(x)=log0.5x在(0,+∞)上单调递减,故D不是.故选B.
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2.已知函数f(x)=-x|x|+2x,则下列结论正确的是
A.f(x)的递增区间是[0,+∞)
B.f(x)的递减区间是(-∞,-1]
C.f(x)的递增区间是(-∞,-1]
D.f(x)的递增区间是[-1,1]
因为函数f(x)=-x|x|+2x的定义域为R,关于原点对称,f(-x)=-(-x)|-x|+2(-x),=x|x|-2x=-f(x),所以函数f(x)=-x|x|+2x是定义在R上的奇函数,当x≥0时,f(x)=-x2+2x=-(x-1) 2+1,所以f(x)在(0,1]上单调递增,在[1,+∞)上单调递减,又因为f(x)=-x|x|+2x是定义在R上的奇函数,所以f(x)的单调递增区间为[-1,1],单调递减区间为(-∞,-1]和[1,+∞).故选D.
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3.若函数f(x)= ,则f(x)的值域为
A.(-∞,3] B.(2,3)
C.(2,3] D.[3,+∞)
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4.(2024·广东深圳模拟)已知函数f(x)的定义域为R,若对∀x∈R都有f(3+x)=f(1-x),且f(x)在(2,+∞)上单调递减,则f(1),f(2)与f(4)的大小关系是
A.f(4)<f(1)<f(2) B.f(2)<f(1)<f(4)
C.f(1)<f(2)<f(4) D.f(4)<f(2)<f(1)
因为对∀x∈R都有f(3+x)=f(1-x),所以f(1)=f(3-2)=f[1-(-2)]=f(3).又因为f(x)在(2,+∞)上单调递减,且2<3<4,所以f(4)<f(3)<f(2),即f(4)<f(1)<f(2).故选A.
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5.f(x)= 在R上是增函数的充分不必要条件是
A.a∈[-4,-2] B.a∈[-4,-1]
C.a∈[-3,-1] D.a∈[-3,-2]
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6.(2024·江西南昌一模)已知函数f(x)= ,若对于任意的x∈[2,3],不等式
f(x)+f(a-2x)≤恒成立,则实数a的取值范围是
A.[5,+∞) B.[4,+∞)
C.(-∞,6] D.(-∞,4]
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7.[多选题]已知函数f(x)= ,则下列叙述正确的是
A.f(x)的值域为(-∞,-4)∪(-4,+∞)
B.f(x)在区间(-∞,-4)上单调递增
C.f(x)+f(-8-x)=4
D.若x∈{x|x>-4,x∈Z},则f(x)的最小值为-3
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8.(新设问)[多选题]已知函数f(x)=ax2+x-3,若对任意的x1,x2∈[1,
+∞),且x1≠x2, <3恒成立,则实数a的取值可以是
A.-2 B.-1 C.1 D.2
√
√
不妨设1≤x1<x2,则x1-x2<0,根据题意,可得f(x1)-f(x2)>3(x1-x2)恒成立,即f(x1)-3x1>f(x2)-3x2恒成立,令g(x)=f(x)-3x=ax2-2x-3,则g(x1)>g(x2)恒成立,所以函数g(x)在[1,+∞)上单调递减.当a=0时,g(x)=-2x-3在[1,+∞)上单调递减,符合题意;当a≠0时,要使g(x)
=ax2-2x-3在[1,+∞)上单调递减,则 解得a<0.综上所述,实数a的取值范围是(-∞,0].故选AB.
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9.(新角度)[多选题]已知定义在[1,6]上的函数f(x)=x+ ,则
A.任意a,b,c∈[1,6],f(a),f(b),f(c)均能作为一个三角形的三条边长
B.存在a,b,c∈[1,6],使得f(a),f(b),f(c)不能作为一个三角形的三条边长
C.任意a,b,c∈[1,6],f(a),f(b),f(c)均不能成为一个直角三角形的三条边长
D.存在a,b,c∈[1,6],使得f(a),f(b),f(c)能成为一个直角三角形的三条边长
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10.(2024·海南海口二模)已知偶函数y=f(x+1)在区间[0,+∞)上单调递减,则函数y=f(x-1)的单调增区间是________.
因为偶函数y=f(x+1)在区间[0,+∞)上单调递减,所以y=f(x+1)在区间(-∞,0]上单调递增,又因为f(x-1)=f((x-2)+1),则函数f(x-1)的图象是由函数f(x+1)的图象向右平移2个单位长度得到,所以函数f(x-1)的单调增区间是(-∞,2].
(-∞,2]
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11.(新设问)(2024·北京顺义一模)能说明“若f(x)≤f(2)对任意的x∈[0,2]都成立,则f(x)在 [0,2]上单调递增”为假命题的一个函数是_____________
______________.
令f(x)=(x-1)2,则f(x)≤f(2)对任意的x∈[0,2]都成立,但f(x)在[0,1]上单调递减,在[1,2]上单调递增,所以函数f(x)在[0,2]上不是增
函数.
f(x)=(x-1)2
(答案不唯一)
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12.函数f(x)是定义在(0,+∞)上的增函数,若对于任意正实数x,y,恒有f(xy)=f(x)+f(y),且f(3)=1,则不等式f(x)+f(x-8) <2的解集是________.
(8,9)
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13.(新考法)(2024·广东阳江开学考)已知函数f(x)是(0,+∞)上的单调函数,且f(f(x)-x-log2x)=5,则f(x)在[1,8]上的值域为
A.[2,10] B.[3,10]
C.[2,13] D.[3,13]
√
因为f(x)是(0,+∞)上的单调函数,所以存在唯一的t∈(0,+∞),使得f(t)=5,则f(x)-x-log2x=t,f(x)=t+x+log2x,f(t)=2t+log2t=5.因为y=2t+log2t为(0,+∞)上的增函数,且2×2+log22=5,所以t=2,所以f(x)=x+log2x+2.因为f(x)在[1,8]上单调递增,所以f(1)≤f(x)≤f(8),得3≤f(x)≤13.故选D.
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15.(20分)定义在(0,+∞)上的函数f(x)对于任意的x,y∈(0,+∞),总有f(x)+f(y)=f(xy),当x>1时,f(x)<0且f(e)=-1.
(1)求f(1)的值;
解:令x=y=1,
得f(1)+f(1)=f(1)⇒f(1)=0.
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(2)判断函数在(0,+∞)上的单调性,并证明;
解:f(x)在(0,+∞)上单调递减,
证明如下:
设x1>x2>0,令xy=x1,x=x2,
则y= ,所以y>1,f(y)<0,
由已知得f(x2)+f =f(x1)⇒f(x1)-f(x2)=f <0⇒f(x1)<f(x2),
所以f(x)在(0,+∞)上单调递减.
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(3)求函数f(x)在 上的最大值与最小值.
解:因为f(e)=-1,令x=y=e,得f(e2)=f(e)+f(e)=-2,
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1.函数单调性的两个等价结论
(1)∀x1,x2∈I且x1≠x2,有>0或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0⇔f(x)在区间I上单调递增.
(2)∀x1,x2∈I且x1≠x2,有<0或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0⇔f(x)在区间I上单调递减.
3.(链接北师必修一P63-A组T3)y=在[3,4]上的最大值为
A.2 B.
C. D.4
y===+1,因为y=+1在[3,4]上单调递减,所以当x=3时,y取得最大值,最大值为+1=2.故选A.
(2023·北京卷)下列函数中,在区间(0,+∞)上单调递增的是
A.f(x)=-ln x B.f(x)=
C.f(x)=- D.f(x)=3|x-1|
对于A,因为y=ln x在(0,+∞)上单调递增,所以f(x)=-ln x在(0,+∞)上单调递减,故A错误;对于B,因为y=2x在(0,+∞)上单调递增,所以f(x)=在(0,+∞)上单调递减,故B错误;对于C,因为y=在(0,+∞)上单调递减,所以f(x)=-在(0,+∞)上单调递增,故C正确;对于D,因为f =3=3=,f(1)=3|1-1|=30=1,f(2)=3|2-1|=3,显然f(x)=3|x-1|在(0,+∞)上不单调,D错误.故选C.
f(x)=a=a,
f(x1)-f(x2)=a-a
=,
法二:f′(x)===-.
由题意,要使函数y=有意义,需满足x2+2x-24≥0,解得x≤-6或x≥4,又由t=x2+2x-24在(-∞,-6]上单调递减,在[4,+∞)上单调递增,结合复合函数的单调性的判定方法,可得函数y=的单调递减区间是(-∞,-6].
对点练2.已知函数f(x)=ax+(a,b∈R),且f(1)=2,f(-2)=-.
(1)求f(x)的解析式,并写出其定义域;
解:证明:任取x1,x2∈(0,1),且x1<x2,则f(x1)-f(x2)=x1-x2+-=(x1-x2)
=(x1-x2)·,
y==x-在[1,3]上单调递增,y=ln(4-x)在[1,3]上单调递减,所以f(x)在[1,3]上单调递增,所以f(x)max=f(3)=-0=.
2-3
因为f(-1)=2,所以f(f(-1))=f(2)=2+-3=0,当x≥1时,f(x)=x+-3在[1, ]上单调递减,在[,+∞)上单调递增,所以f(x)在x=时取得最小值,即f(x)min=2-3;当x<1时,f(x)=x2+1在(-∞,0)上单调递减,在(0,1)上单调递增,所以f(x)在x=0时取得最小值,即f(x)min=1,综上,f(x)的最小值为2-3.
(1)已知f(x)=2x-,a=f(),b=f(),c=f(),则
A.a>b>c B.a>c>b
C.c>a>b D.c>b>a
易知f(x)=2x-在(1,+∞)上单调递增,又>>,故f()>f()>f(),即c>b>a.故选D.
当x1≠x2且x1,x2∈(1,+∞)时,[f(x2)-f(x1)]·(x2-x1)<0恒成立,可得f(x)在(1,+∞)上单调递减,且f(x)关于x=1对称,所以f(x)在(-∞,1)上单调递增,所以a=f =f ,因为2<<e,所以f(2)>f >f(e),即b>a>c.故选D.
(1)已知函数f(x)=若对任意的正数t,恒有f(m+t)>2f,则m的取值范围是
A. B.
C. D.
当x≤0时,f(x)==1-在(-∞,0]上单调递增;当x>0时,易知函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,且0=<20.即函数f(x)在(-∞,
+∞)上单调递增,因为2f()=2·2 =2 +1=f(+1),f(m+t)>2f ,所以m+t> +1,即m>-t+1=-2+,所以m>.故选C.
由f(x)=x-log2(x+2)知,f(x)在定义域(-2,+∞)上是减函数,且
f(-1)=3,由f(a-2)>3,得f(a-2)>f(-1),所以解得
0<a<1.
x
函数y=2x在R上单调递增,而函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)上单调递减,则有函数y=x(x-a)=2-在区间(0,1)上单调递减,因此≥1,解得a≥2,所以a的取值范围是[2,+∞).故选D.
对于C,取f(x)=x3,则f(x)满足题干的所有条件,此时f =-≠-1,所以C错误;对于D,由于x2-x+2-1=x2-x+1=2+>0,且f(x)是R上的单调递增函数,故f>f(1),所以D正确.故选ABD.
C. D.
令μ=g(x)=ax-x3,则g′(x)=a-3x2,当x> 或x<-时,g′(x)<0,当-<x<时,g′(x)>0,所以g(x)在和上单调递减,在上单调递增,当a>1时,y=logaμ为增函数,
且函数f(x)在区间(0,1)内单调递增,所以a>1,-≤0, ≥1,解得a≥3,此时g(x)在(0,1)上单调递增,则g(x)>g(0)=0恒成立.当0<a<1时,y=logaμ为减函数,且函数f(x)在区间(0,1)内单调递增,所以 ≤0,0<a<1,无解.综上所述,a的取值范围是[3,+∞).故选A.
f(x)==2+,因为x2≥0,所以x2+1≥1,所以0<≤1,所以f(x)∈(2,3].故选C.
f(x)=在R上是增函数,则有解得-4≤a≤-2,所以f(x)在R上是增函数的充要条件是a∈[-4,-2],则充分不必要条件要求是[-4,-2]的真子集,只有D选项满足,即[-3,-2]
[-4,-2].故选D.
因为y=2x在R上单调递增,所以f(x)=在R上单调递减.因为f(x)+f(2-x)=+=+=,所以由f(x)+f(a-2x)≤,得f(a-2x)≤-f(x),即f(a-2x)≤f(2-x),所以a-2x≥2-x,即a≥2+x对于任意的x∈[2,3]恒成立,而(2+x) max=5,则a≥5,即实数a的取值范围是[5,+∞).故选A.
函数f(x)===2-,对于A,f(x)的值域为(-∞,2)∪(2,+∞),故A错误;对于B,f(x)在区间(-∞,-4)上单调递增,故B正确;对于C, f(x)+f(-8-x)=+=4,故C正确;对于D, 因为x∈{x|x>-4,x∈Z},则f(x)的最小值为f(-3)=-3,故D正确.故选BCD.
函数f(x)=x+在[1,2]上单调递减,在[2,6]上单调递增,f(x)min=f(2)=4,f(x)max=f(6)=,任意a,b,c∈[1,6],不妨令f(a)≥f(b)≥f(c),则f(b)+f(c)≥2f(c)≥2f(x)min>f(x)max≥f(a),即f(a),f(b),f(c)均能作为一个三角形的三条边长,A正确,B错误;取a=b=2,c=2+2,满足a,b,c∈[1,6],则f(a)=f(b)=4,f(c)=4,显然有[f(a)]2+[f(b)]2=[f(c)]2,即以f(a),f(b),f(c)为边的三角形是直角三角形,C错误,D正确.故选AD.
因为f(xy)=f(x)+f(y),f(3)=1,所以2=f(3)+f(3)=f(3×3)=f(9),则不等式f(x)+f(x-8)<2等价为f[x(x-8)]<f(9),因为函数f(x)在定义域(0,+∞)上为增函数,所以不等式等价为即
解得8<x<9,所以不等式的解集为(8,9).
14.(新定义)[多选题]已知函数f(x)的定义域为A,若对任意x∈A,都存在正数M使得|f(x)|≤M总成立,则称函数f(x)是定义在A上的“有界函数”.则下列函数是“有界函数”的是
A.f(x)=x+
B.f(x)=
C.f(x)=
D.f(x)=x|x+1|
对于A,f(x)的定义域为(-∞,4],令=t(t≥0),则x=4-t2,所以y=-t2+t+4=-(t-)2+,y∈,不存在正数M,使得|y|≤M总成立,所以f(x)不是有界函数;对于B,f(x)的定义域为{x|-3≤x≤1},所以0≤-x2-2x+3=-(x+1)2+4≤4,所以0≤f(x)≤2,所以存在M≥2,使得|f(x)|≤M,所以f(x)是有界函数;对于C,因为2x2-4x+3=2(x-1)2+1≥1,所以0<≤5,所以存在M≥5,使得|f(x)|≤M,所以f(x)是有界函数;对于D,f(x)=x|x+1|=由于x<-1时,f(x)单调递增,此时f(x)∈(-∞,0),故不存在正数M,使得|f(x)|≤M总成立,所以f(x)不是有界函数.故选BC.
令x=e,y=,得f(1)=f(e)+f=0,f=1.
由(2)知函数f(x)在上单调递减,所以f(x)max=f =1,f(x)min=f(e2)
=-2.
$$