第2章 第2课时 函数的单调性与最值-【名师导航】2025年高考数学一轮总复习讲义(通用版)

2024-10-10
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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________. 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 $$ 课时分层作业(七) 函数的单调性与最值 一、单项选择题 1.(2023·西城区一模)下列函数中,在区间(0,+∞)上单调递增的是(  ) A.y=-|x|    B.y=x2-2x C.y=sin x   D.y=x- 2.函数f (x)=-x+在上的最大值是(  ) A.   B.-   C.-2   D.2 3.设a∈R,函数f (x)在区间(0,+∞)上单调递增,则(  ) A.f (a2+a+2)>f B.f (a2+a+2)<f C.f (a2+a+2)≥f D.f (a2+a+2)f 4.(2024·湖北部分高中联考协作体模拟)函数f (x)=ln (4x2-1)的单调递增区间是(  ) A.   B. C.   D.(0,+∞) 5.(2024·河北石家庄二中模拟)已知定义在[-1,3]上的函数f (x)满足:对于任意的x1,x2∈[-1,3],且x1≠x2,都有[f (x1)-f (x2)](x1-x2)<0,则不等式f (1-2x)≥f (x+1)的解集为(  ) A.(-∞,0]   B.[0,1] C.[-1,0]   D.[0,+∞) 6.已知函数y=f (x)的定义域为R,对任意x1,x2且x1≠x2,都有>-1,则下列说法正确的是(  ) A.y=f (x)+x是增函数 B.y=f (x)+x是减函数 C.y=f (x)是增函数 D.y=f (x)是减函数 二、多项选择题 7.(2024·重庆模拟)已知函数f (x)=(a∈R),则下列说法正确的是(  ) A.f (x)的定义域为(-∞,-2)∪(-2,+∞) B.f (x)在[-1,0]上的值域为[2-a,1] C.若f (x)在(-∞,-2)上单调递减,则a<1 D.若a>1,则f (x)在定义域上单调递增 8.已知函数f (x)=则下列说法正确的是(  ) A.f (x)在R上为增函数 B.f (e)>f (2) C.若f (x)在(a,a+1)上单调递增,则a-1或a≥0 D.当x∈[-1,1]时,f (x)的值域为[1,2] 三、填空题 9.函数y=-x(x≥0)的最大值为________. 10.(2024·西宁模拟)已知函数f (x)=若对任意x1≠x2,都有>0,则实数a的取值范围是________. 四、解答题 11.(2024·秦皇岛青龙实验中学期中)已知函数f (x)=(a>0). (1)当a=2时,试判断x∈[1,+∞)时f (x)的单调性,并证明; (2)当x∈(0,1]时,f (x)单调递减;x∈[1,+∞)时,f (x)单调递增,试求a的值及x∈(0,+∞)时f (x)的最小值. 12.(2024·浙江大学附中期中)已知a,b∈R,记max{a,b}=函数f (x)=max{|x+1|,|x-2|}(x∈R). (1)写出f (x)的解析式,并求出f (x)的最小值; (2)若函数g(x)=x2-kf (x)在(-∞,-1]上是单调函数,求实数k的取值范围. 13.已知定义在R上的函数f (x)满足f (x+y)=f (x)+f (y)+1,且当x>0时,f (x)>-1. (1)求f (0)的值,并证明f (x)在R上是增函数; (2)若f (1)=1,解关于x的不等式f (x2+2x)+f (1-x)>4. 1 / 2 学科网(北京)股份有限公司 $$ 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}.] 学科网(北京)股份有限公司 $$ 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. 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 $$

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第2章 第2课时 函数的单调性与最值-【名师导航】2025年高考数学一轮总复习讲义(通用版)
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