内容正文:
第2课时 函数的单调性与最值
[考试要求] 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.2.理解函数的单调性、最大值、最小值的作用和实际意义.
1.函数的单调性
(1)单调函数的定义
增函数
减函数
定义
一般地,设函数f (x)的定义域为D,区间I⊆D,如果∀x1,x2∈I
当x1<x2时,都有_____________,那么就称函数f (x)在区间I上单调递增.特别地,当函数f (x)在它的定义域上单调递增时,我们就称它是增函数
当x1<x2时,都有_____________,那么就称函数f (x)在区间I上单调递减.特别地,当函数f (x)在它的定义域上单调递减时,我们就称它是减函数
图象描述
自左向右看图象是上升的
自左向右看图象是下降的
(2)单调区间的定义
如果函数y=f (x)在区间I上________或________,那么就说函数y=f (x)在这一区间具有(严格的)单调性,______叫做y=f (x)的单调区间.
提醒:若函数有多个单调区间应分开写,不能用符号“∪”联结,也不能用“或”联结,只能用“逗号”或“和”联结.
2.函数的最值
前提
一般地,设函数y=f (x)的定义域为D,如果存在实数M满足
条件
①∀x∈D,都有____________;
②∃x0∈D,使得______________
①∀x∈D,都有____________;
②∃x0∈D,使得______________
结论
M为最大值
M为最小值
[常用结论]
1.函数单调性的两个等价结论
设∀x1,x2∈D(x1≠x2),则
(1)>0(或(x1-x2)[f (x1)-f (x2)]>0)⇔f (x)在D上单调递增;
(2)<0(或(x1-x2)[f (x1)-f (x2)]<0)⇔f (x)在D上单调递减.
2.若函数f (x),g(x)在区间D上具有单调性,则在区间D上具有以下性质:
(1)当f (x),g(x)都是增(减)函数时,f (x)+g(x)是增(减)函数;
(2)若k>0,则kf (x)与f (x)单调性相同;若k<0,则kf (x)与f (x)单调性相反;
(3)函数y=f (x)(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))的单调性与y=f (u)和u=g(x)的单调性有关.简记为“同增异减”.
3.最值定理:闭区间上的连续函数必有最值,最值产生于区间端点或极值点处.
一、易错易混辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)函数y=的单调递减区间是(-∞,0)∪(0,+∞). ( )
(2)若函数y=f (x)在[1,+∞)上单调递增,则函数y=f (x)的单调递增区间是[1,+∞). ( )
(3)如果一个函数在定义域内的某几个子区间上都是单调递增的,则这个函数在定义域上是增函数. ( )
(4)若函数在闭区间上具有单调性,则其最值一定在区间端点取到. ( )
二、教材经典衍生
1.(人教A版必修第一册P85习题3.2T1改编)如图是函数y=f (x),x∈[-4,3]的图象,则下列说法正确的是( )
A.f (x)在[-4,-1]上单调递减,在[-1,3]上单调递增
B.f (x)在区间(-1,3)上的最大值为3,最小值为-2
C.f (x)在[-4,1]上有最小值-2,最大值3
D.当直线y=t与f (x)的图象有三个交点时,-1<t<2
2.(人教A版必修第一册P78例1改编)若函数y=(2k+1)x+b在R上是减函数,则k的取值范围是________.
3.(人教A版必修第一册P100复习参考题3T4改编)若函数f (x)=x2-2mx+1在[2,+∞)上单调递增,则实数m的取值范围是________.
4.(人教A版必修第一册P81例5改编)已知函数f (x)=,x∈[2,6],则f (x)的最大值为________,最小值为________.
考点一 确定函数的单调性(单调区间)
图象法、性质法确定函数的单调性
[典例1] (1)函数f (x)=(-x2+x+6)的单调递增区间为( )
A. B.
C.(-2,3) D.
(2)函数f (x)=-x2+2|x|+1的单调递增区间为________.
[听课记录]
[拓展变式] 本例(2)的函数换成“y=|-x2+2x+1|”,其单调递增区间是________.
定义法、导数法确定函数的单调性
[典例2] 试讨论函数f (x)=(a≠0)在(-1,1)上的单调性.
[听课记录]
确定函数单调性的四种方法
(1)定义法:取值、作差、变形(因式分解、配方、有理化、通分等)、定号、下结论.
(2)复合法:同增异减,即内、外函数的单调性相同时为增函数,不同时为减函数.
(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,可由图象直观地判断函数单调性.
(4)导数法:利用导函数的正负判断函数的单调性.
提醒:定义域先行,单调区间是定义域的子集.
[跟进训练]
1.(1)函数f (x)=3-x2-2x的单调递增区间是( )
A.[-1,+∞) B.(-∞,-1]
C.(-∞,0) D.(0,+∞)
(2)(2023·北京高考)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|
考点二 函数单调性的应用
比较函数值的大小
[典例3] 已知函数f (x)的图象关于直线x=1对称,当x2>x1>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
[听课记录]
解抽象不等式
[典例4] 已知函数f (x)是定义在区间[0,+∞)上的函数,且在该区间上单调递增,则满足f (2x-1)<f 的x的取值范围是( )
A. B.
C. D.
[听课记录]
求参数的取值范围
[典例5] (1)(2020·新高考Ⅱ卷)已知函数f (x)=lg (x2-4x-5)在(a,+∞)上单调递增,则a的取值范围是( )
A.(-∞,-1] B.(-∞,2]
C.[2,+∞) D.[5,+∞)
(2)(2024·山西朔州模拟)若函数f (x)=在R上单调递增,则实数a的取值范围是( )
A. B.
C.(1,2) D.(1,2]
[听课记录]
函数单调性应用问题的解题策略
(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)解与抽象函数有关的不等式,由条件脱去“f ”,转化为自变量间的大小关系,一般转化为不等式组,应注意等价转化和函数的定义域.
(3)利用单调性求参数的取值(范围),根据函数的单调性直接构建参数满足的方程(组)(不等式(组))或先得到函数图象的升降,再结合图象求解.对于分段函数,要注意衔接点的取值,在衔接点处需建立一个不等式.
[跟进训练]
2.(1)(多选)已知函数f (x),∀x∈R,都有f (-2-x)=f (x)成立,且任取x1,x2∈[-1,+∞),<0(x1≠x2),以下说法正确的是( )
A.f (0)>f (-3)
B.∀x∈R,f (x)≤f (-1)
C.f (a2-a+1)≥f
D.若f (m)<f (2),则-4<m<2
(2)若函数f (x)=在(a,+∞)上单调递增,则实数a的取值范围为________.
考点三 求函数的值域或最值
[典例6] (1)(2024·山东烟台期末)已知max{a,b,c}表示a,b,c中的最大值,例如max{1,2,3}=3,若函数f (x)=max{-x2+4,-x+2,x+3},则f (x)的最小值为( )
A.2.5 B.3
C.4 D.5
(2)若函数f (x)=的最小值为f (0),则实数a的取值范围是( )
A.[-1,2] B.[-1,0]
C.[1,2] D.[0,2]
[听课记录]
求函数最值的五种常用方法
[跟进训练]
3.(1)函数y=1+x-的值域为( )
A. B.
C. D.
(2)享有“数学王子”美誉的高斯提出了取整函数y=[x],[x]表示不超过x的最大整数,例如[1.1]=1,[-1.1]=-2.已知f (x)=,x∈,则函数f (x)的值域为________.
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课时分层作业(七) 函数的单调性与最值
一、单项选择题
1.(2023·西城区一模)下列函数中,在区间(0,+∞)上单调递增的是( )
A.y=-|x| B.y=x2-2x
C.y=sin x D.y=x-
2.函数f (x)=-x+在上的最大值是( )
A. B.-
C.-2 D.2
3.设a∈R,函数f (x)在区间(0,+∞)上单调递增,则( )
A.f (a2+a+2)>f
B.f (a2+a+2)<f
C.f (a2+a+2)≥f
D.f (a2+a+2)f
4.(2024·湖北部分高中联考协作体模拟)函数f (x)=ln (4x2-1)的单调递增区间是( )
A. B.
C. D.(0,+∞)
5.(2024·河北石家庄二中模拟)已知定义在[-1,3]上的函数f (x)满足:对于任意的x1,x2∈[-1,3],且x1≠x2,都有[f (x1)-f (x2)](x1-x2)<0,则不等式f (1-2x)≥f (x+1)的解集为( )
A.(-∞,0] B.[0,1]
C.[-1,0] D.[0,+∞)
6.已知函数y=f (x)的定义域为R,对任意x1,x2且x1≠x2,都有>-1,则下列说法正确的是( )
A.y=f (x)+x是增函数
B.y=f (x)+x是减函数
C.y=f (x)是增函数
D.y=f (x)是减函数
二、多项选择题
7.(2024·重庆模拟)已知函数f (x)=(a∈R),则下列说法正确的是( )
A.f (x)的定义域为(-∞,-2)∪(-2,+∞)
B.f (x)在[-1,0]上的值域为[2-a,1]
C.若f (x)在(-∞,-2)上单调递减,则a<1
D.若a>1,则f (x)在定义域上单调递增
8.已知函数f (x)=则下列说法正确的是( )
A.f (x)在R上为增函数
B.f (e)>f (2)
C.若f (x)在(a,a+1)上单调递增,则a-1或a≥0
D.当x∈[-1,1]时,f (x)的值域为[1,2]
三、填空题
9.函数y=-x(x≥0)的最大值为________.
10.(2024·西宁模拟)已知函数f (x)=若对任意x1≠x2,都有>0,则实数a的取值范围是________.
四、解答题
11.(2024·秦皇岛青龙实验中学期中)已知函数f (x)=(a>0).
(1)当a=2时,试判断x∈[1,+∞)时f (x)的单调性,并证明;
(2)当x∈(0,1]时,f (x)单调递减;x∈[1,+∞)时,f (x)单调递增,试求a的值及x∈(0,+∞)时f (x)的最小值.
12.(2024·浙江大学附中期中)已知a,b∈R,记max{a,b}=函数f (x)=max{|x+1|,|x-2|}(x∈R).
(1)写出f (x)的解析式,并求出f (x)的最小值;
(2)若函数g(x)=x2-kf (x)在(-∞,-1]上是单调函数,求实数k的取值范围.
13.已知定义在R上的函数f (x)满足f (x+y)=f (x)+f (y)+1,且当x>0时,f (x)>-1.
(1)求f (0)的值,并证明f (x)在R上是增函数;
(2)若f (1)=1,解关于x的不等式f (x2+2x)+f (1-x)>4.
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第2课时 函数的单调性与最值
梳理·必备知识
1.(1)f (x1)<f (x2) f (x1)>f (x2) (2)单调递增 单调递减 区间I
2.f (x)≤M f (x0)=M f (x)≥M f (x0)=M
激活·基本技能
一、(1)× (2)× (3)× (4)√
二、1.C
2. [因为函数y=(2k+1)x+b在R上是减函数,所以2k+1<0,即k<-.]
3.(-∞,2] [由题意知,[2,+∞)⊆[m,+∞),∴m≤2.]
4.- -2 [可判断函数f (x)=在区间[2,6]上单调递增,所以f (x)max=f (6)=-,f (x)min=f (2)=-2.]
考点一
考向1 典例1 (1)A (2)(-∞,-1]和[0,1] [(1)由-x2+x+6>0,得-2<x<3,故函数f (x)的定义域为(-2,3),令t=-x2+x+6,则y=,易知其为减函数,由复合函数的单调性法则可知,本题等价于求函数t=-x2+x+6在(-2,3)上的单调递减区间.利用二次函数的性质可得t=-x2+x+6在定义域(-2,3)上的单调递减区间为.故选A.
(2)f (x)=
=
画出函数图象如图所示,
可知函数f (x)=-x2+2|x|+1的单调递增区间为(-∞,-1]和[0,1].]
拓展变式
[1-,1],[1+,+∞) [作出函数的图象如图所示,由图象知,其单调递增区间是[1-,1],[1+,+∞).]
考向2 典例2 解:法一(定义法):∀x1,x2∈(-1,1),且x1<x2,
f (x)=a=a,
f (x1)-f (x2)=a-a1+=,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.
法二(导数法):f '(x)
=
==-.
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.
跟进训练
1.(1)B (2)C [(1)f (x)=分解为y=3u和u=-x2-2x两个函数,y=3u在R上单调递增,u=-x2-2x=-(x+1)2+1在(-∞,-1]上单调递增,在[-1,+∞)上单调递减,
根据复合函数的单调性可得函数f (x)=在(-∞,-1]上单调递增.
(2)对于A,y=ln x在(0,+∞)上单调递增,所以f (x)=-ln x在(0,+∞)上单调递减,A选项错误;
对于B,y=2x在(0,+∞)上单调递增,所以f (x)=在(0,+∞)上单调递减,B选项错误;
对于C,y=在(0,+∞)上单调递减,所以f (x)=-在(0,+∞)上单调递增,C选项正确;
对于D,f (x)=3|x-1|在(0,+∞)上不单调,D选项错误.故选C.]
考点二
考向1 典例3 D [因为f (x)的图象关于直线x=1对称.由此可得f =f .当x2>x1>1时, [f (x2)-f (x1)](x2-x1)<0恒成立,可知f (x)在(1,+∞)上单调递减.
因为1<2<<e,所以f (2)>f >f (e),所以b>a>c.]
考向2 典例4 D [∵函数f (x)是定义在区间[0,+∞)上的函数,且在该区间上单调递增,∴2x-1≥0且2x-1<,∴x≥且x<,∴≤x<.故选D.]
考向3 典例5 (1)D (2)B [(1)由x2-4x-5>0,解得x>5或x<-1,所以函数f (x)的定义域为(-∞,-1)∪(5,+∞).又函数y=x2-4x-5在(5,+∞)上单调递增,在(-∞,-1)上单调递减,所以函数f (x)=lg(x2-4x-5)在(5,+∞)上单调递增,所以a≥5,故选D.
(2)若函数f (x)在R上单调递增,则y=ax-3单调递增,则a>1,y=x+-3在[4,+∞)上单调递增,
则≤4,a≤16,又4+-3≥a4-3,∴a≤,
则实数a的取值范围是,故选B.]
跟进训练
2.(1)AB (2)[1,2) [(1)由函数f (x)满足f (-2-x)=f (x),可知函数f (x)的图象关于直线x=-1对称,又x1,x2∈[-1,+∞),<0(x1≠x2),则函数f (x)在[-1,+∞)上单调递减.对于选项A,因为|-3-(-1)|>|0-(-1)|,所以f (0)>f (-3),即A正确;对于选项B,由已知可得f (x)在(-∞,-1]上单调递增,在[-1,+∞)上单调递减,即f (x)max=f (-1),即B正确;对于选项C,a2-a+1=,又f (x)在[-1,+∞)上单调递减,所以f (a2-a+1)≤f ,即C错误;对于选项D,若f (m)<f (2),则|m-(-1)|>|2-(-1)|,则m<-4或m>2,即D错误.故选AB.
(2)f (x)==1+,
∵f (x)在(a,+∞)上单调递增,
∴⇒1≤a<2.]
考点三
典例6 (1)B (2)D [(1)在同一平面直角坐标系中作出函数y=-x2+4,y=-x+2,y=x+3的图象,
因为f (x)=max{-x2+4,-x+2,x+3},所以f (x)的图象如图实线所示:
由x<0,可得A(-1,3),由x>0,可得B,
由图知f (x)在(-∞,-1)上单调递减,在(-1,0)上单调递增,在上单调递增,
所以当x=-1时,y=-(-1)2+4=3,
当x=时,y=+3=>3,
所以f (x)的最小值为3.故选B.
(2)当x>0时,f (x)=x++a≥2+a,当且仅当x=,即x=1时,等号成立,故当x=1时取得最小值2+a.
∵f (x)的最小值为f (0),∴当x≤0时,f (x)=(x-a)2单调递减,故a≥0,此时的最小值为f (0)=a2,故2+a≥a2,得-1≤a≤2.
又a≥0,得0≤a≤2.故选D.]
跟进训练
3.(1)B (2){4,5,6,7,8} [(1)法一:设=t,则t≥0,x=,所以y=1+-t=(-t2-2t+3)=-(t+1)2+2.因为t≥0,所以y≤.
所以函数y=1+x-.
法二:因为y=1+x-上单调递增,所以y=1+x-.
(2)易知y=x+,x∈上单调递减,在[2,6)上单调递增.
当x=2时,y=x+=4;
当x=时,y=x++8;
当x=6时,y=x+=6+,
所以y=x+∈,则函数f (x)的值域为{4,5,6,7,8}.]
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课时分层作业(七) 函数的单调性与最值
1.D [当x>0时,
y=-|x|=-x单调递减,A不符合题意;
y=x2-2x不具有单调性,B不符合题意;
y=sin x不具有单调性,C不符合题意;
y=x-单调递增,D符合题意.
故选D.]
2.A [函数f (x)=-x+在(-∞,0)上单调递减,则函数f (x)在上的最大值为f (-2)=2-=.故选A.]
3.C [因为a2+a+2=+,函数f (x)在区间(0,+∞)上单调递增,所以f (a2+a+2)≥f .故选C.]
4.A [由4x2-1>0,可得x<-或x>,
所以函数f (x)=ln (4x2-1)的定义域为.
又y=4x2-1在(0,+∞)上单调递增,由复合函数的单调性可知,函数f (x)=ln (4x2-1)的单调递增区间是.故选A.]
5.B [∵对于任意的x1,x2∈[-1,3],且x1≠x2,都有[f (x1)-f (x2)](x1-x2)<0,
∴x1<x2时,f (x1)>f (x2),
∴f (x)在[-1,3]上单调递减,
∴由f (1-2x)≥f (x+1)得,解得0≤x≤1,
∴不等式f (1-2x)≥f (x+1)的解集为[0,1].故选B.]
6.A [不妨令x1<x2,∴x1-x2<0,
∵>-1⇔f (x1)-f (x2)<-(x1-x2)⇔f (x1)+x1<f (x2)+x2,
令g(x)=f (x)+x,∴g(x1)<g(x2),
又x1<x2,∴g(x)=f (x)+x是增函数.]
7.AC [对于A:由x+2≠0得x≠-2,则f (x)的定义域为(-∞,-2)∪(-2,+∞),A正确;
对于B:f (x)==a+,
由x∈[-1,0],可得x+2∈[1,2],则∈,
当a=1时,f (x)=a,即f (x)在[-1,0]上的值域为{1};
当a<1时,∈[1-a,2-2a],a+∈[1,2-a],即f (x)在[-1,0]上的值域为[1,2-a];
当a>1时,∈[2-2a,1-a],a+∈[2-a,1],
即f (x)在[-1,0]上的值域为[2-a,1].
综上,当a=1时,f (x)在[-1,0]上的值域为{1};
当a<1时,f (x)在[-1,0]上的值域为[1,2-a];
当a>1时,f (x)在[-1,0]上的值域为[2-a,1].B错误;
对于C:f (x)==a+,
若f (x)在(-∞,-2)上单调递减,则2-2a>0,解得a<1.C正确;
对于D:f (x)==a+,
则a>1时,f (x)在(-∞,-2)和(-2,+∞)上单调递增.D错误.故选AC.]
8.BC [易知f (x)在(-∞,0],(0,+∞)上单调递增,A错误,B正确;若f (x)在(a,a+1)上单调递增,则a≥0或a+1≤0,即a≥0或a≤-1,故C正确;当x∈[-1,0]时,f (x)∈[1,2],当x∈(0,1]时,f (x)∈(-∞,2],故x∈[-1,1]时,f (x)∈(-∞,2],故D错误.]
9. [令t=,则t≥0,所以y=t-t2=-+,当t=,即x=时,ymax=.]
10.(1,2] [因为对任意x1≠x2,都有>0,所以函数f (x)在定义域内单调递增,因为f (x)=所以
解得1<a≤2.]
点拨:分段函数在R上具有单调性,注意衔接点处建立不等式.
11.解:(1)a=2时,f (x)=x++2,
x≥1时,f ′(x)=1->0,
∴函数f (x)在[1,+∞)上单调递增.
(2)∵f (x)=x++2,∴f ′(x)=1-.
∵当x∈(0,1]时,f (x)单调递减;当x∈[1,+∞)时,f (x)单调递增,∴f ′(1)=1-=0,∴a=1.
∵f (x)=x++2在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,∴当x=1时,f (x)取最小值4.
12.解:(1)因为|x+1|2-|x-2|2=6x-3,
当x≥时,|x+1|2-|x-2|2=6x-3≥0,
则f (x)=max{|x+1|,|x-2|}=|x+1|=x+1;
当x<时,|x+1|2-|x-2|2=6x-3<0,
则f (x)=max{|x+1|,|x-2|}=|x-2|=2-x.
所以f (x)=故函数f (x)在上单调递减,在上单调递增,
所以函数f (x)的最小值为f =+1=.
(2)当x≤-1时,f (x)=2-x,则g(x)=x2-kf (x)=x2+kx-2k,因为函数g(x)在(-∞,-1]上单调,且二次函数g(x)的图象开口向上,故函数g(x)在(-∞,-1]上只能单调递减,所以-≥-1,解得k≤2,因此,实数k的取值范围是(-∞,2].
13.解:(1)令x=y=0,得f (0)=-1.
在R上任取x1>x2,则x1-x2>0,
所以f (x1-x2)>-1.
又f (x1)=f ((x1-x2)+x2)=f (x1-x2)+f (x2)+1>f (x2),所以函数f (x)在R上是增函数.
(2)由f (1)=1,得f (2)=3,f (3)=5.
由f (x2+2x)+f (1-x)>4得f (x2+x+1)>f (3),
因为函数f (x)在R上是增函数,
所以x2+x+1>3,
解得x<-2或x>1,
故原不等式的解集为{x|x<-2或x>1}.
点拨:抽象函数证明单调性,利用定义法.
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