内容正文:
第二章
函数与基本初等函数
赢在微点 高考复习顶层设计 数学
第二节
第二章 函数与基本初等函数
函数的基本性质
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第1课时
第二章 函数与基本初等函数
函数的单调性与最值
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课
程
标
准
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必备知识/梳理
赢在微点 数学 大一轮
第一部分
——回扣知识
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6
教|材|回|顾
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微|点|延|伸
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小|题|快|练
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关键能力/落实
赢在微点 数学 大一轮
第二部分
——考向探究
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类型一
确定函数的单调性
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解
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证明
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类型二
函数单调性的应用
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类型三
函数的最值
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把握高考微点,实现素能提升
完成——微练(九)
本部分内容讲解结束
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.
1.函数的单调性
(1)增函数、减函数
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f(x1)<f(x2),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,就称它是增函数
都有f(x1)>f(x2),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,就称它是减函数
图象
描述
(2)单调区间的定义
如果函数y=f(x)在区间I上单调递增或单调递减,那么就说函数y=f(x)在这一区间具有(严格的)单调性,区间I叫做y=f(x)的单调区间.
[微点清] 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.
f(x0)=M
2.函数的最值
前提
设函数y=f(x)的定义域为D,如果存在实数M满足
条件
∀x∈D,都有_________;
∃x0∈D,使得_________
∀x∈D,都有_________;
∃x0∈D,使得_________
结论
M是函数y=f(x)的最大值
M是函数y=f(x)的最小值
f(x)≤M
f(x0)=M
f(x)≥M
1.∀x1,x2∈I且x1≠x2,有>0(<0)或(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0(<0)⇔f(x)在区间I上单调递增(减).
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.
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.复合函数的单调性:同增异减.
1.(人A必一P77“思考”改编)下列函数是增函数的为( )
A.f(x)=|x|
B.f(x)=x
C.f(x)=x2
D.f(x)=
对于A,f(x)=|x|在R上不具有单调性,不合题意,舍去.对于B,f(x)=x为R上的减函数,不合题意,舍去.对于C,f(x)=x2在R上不具有单调性,不合题意,舍去.对于D,f(x)=为R上的增函数,符合题意,故选D.
2.函数y=x+的单调递减区间为( )
A.(0,1] B.[-1,1]
C.[-1,0)∪(0,1] D.[-1,0),(0,1]
函数y=x+为对勾函数,由对勾函数的性质知,函数y=x+的单调递减区间为[-1,0),(0,1].故选D.
3.对于任意的实数x,已知函数f(x)=则f(x)的最大值为( )
A.-2 B.-1 C.1 D.2
因为f(x)=函数图象如图所示,
由函数图象可知,当x=1时,函数取得最大值
f(x)max=f(1)=1.故选C.
4.已知函数f(x)=(x∈[2,6]),则f(x)的最小值为________,最大值为________.
2
由于f(x)=在[2,6]上单调递减,故f(x)的最大值为f(2)=2,最小值为f(6)=.
5.函数y=log(x2+2x-3)的单调递增区间是_____________.
由x2+2x-3>0,解得x<-3或x>1,即函数的定义域为(-∞,-3)∪(1,+∞).令t=x2+2x-3,则y=logt,因为y=logt为减函数,t=x2+2x-3在(-∞,-3)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,所以函数y=log(x2+2x-3)的单调递增区间为(-∞,-3).
(-∞,-3)
【例1】 (1)(多选题)下列函数在(0,+∞)上单调递增的是( )
A.y=x-
B.y=|x2-2x|
C.y=2x+2cos x
D.y=lg(x+1)
因为y=x与y=-在(0,+∞)上单调递增,所以y=x-在(0,+∞)上单调递增,故A正确;由y=|x2-2x|的图象(图略)知,B不正确;因为y′=2-2sin x≥0,所以y=2x+2cos x是R上的增函数,故C正确;函数y=lg(x+1)是定义域(-1,+∞)上的增函数,故D正确.故选ACD.
(2)试讨论函数f(x)=(a≠0)在(-1,1)上的单调性.
解法一(定义法):设-1<x1<x2<1,因为f(x)=a=a,所以f(x1)-f(x2)=a-a=,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.
解法二(导数法):f′(x)===-.故当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.
确定函数单调性的四种方法
(1)定义法.(2)导数法.(3)图象法.(4)性质法.
根据复合函数的单调性:同增异减.
【训练1】 (1)函数g(x)=x|x-1|+1的单调递减区间为( )
A.
B.
C.[1,+∞)
D.∪[1,+∞)
g(x)=x|x-1|+1=画出函数图象,如图所示,根据图象知,函数的单调递减区间为.故选B.
(2)已知函数f(x)对任意的a,b∈R,都有f(a+b)=f(a)+f(b)-1,且当x>0时,f(x)>1.求证:f(x)是R上的增函数.
设x1,x2∈R,且x1<x2,则x2-x1>0,即f(x2-x1)>1,所以f(x2)-f(x1)=f[(x2-x1)+x1]-f(x1)=f(x2-x1)+f(x1)-1-f(x1)=f(x2-x1)-1>0,所以f(x1)<f(x2),所以f(x)是R上的增函数.
考向❶:比较大小或解不等式
【例2】 (1)已知函数f(x)的定义域为R,满足f(x+1)=f(1-x),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
因为f(x+1)=f(1-x),所以f(x)的图象关于直线x=1对称,可得f=f.由x2>x1>1时,[f(x2)-f(x1)](x2-x1)<0恒成立,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.故选D.
(2)(2024·陕西一模)已知函数f(x)在定义域R上单调递减,且f(x)+f(-x)=0.若f(1)=-1,则满足|f(x-2)|≤1的x的取值范围是( )
A.[1,3] B.[-2,1] C.[0,4] D.[-1,2]
因为f(x)+f(-x)=0,所以f(-x)=-f(x),又f(1)=-1,所以f(-1)=-f(1)=1.由|f(x-2)|≤1,得-1≤f(x-2)≤1,所以f(1)≤f(x-2)≤f(-1).因为f(x)在(-∞,+∞)上单调递减,所以-1≤x-2≤1,得1≤x≤3.故选A.
(1)利用单调性可以比较函数值的大小,但需将各自变量的值化到同一单调区间上.
(2)根据题目条件,确定函数的单调性,利用函数的单调性将“f”符号脱掉,转化为具体的不等式求解,应注意函数的定义域.
考向❷:求参数取值范围
【例3】 (2024·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)=在R上单调递增,则a的取值范围是( )
A.(-∞,0] B.[-1,0]
C.[-1,1] D.[0,+∞)
因为函数f(x)在R上单调递增,且当x<0时,f(x)=-x2-2ax-a,所以函数f(x)在(-∞,0)上单调递增,所以-a≥0,即a≤0;当x≥0时,f(x)=ex+ln(x+1),所以函数f(x)在[0,+∞)上单调递增.若函数f(x)在R上单调递增,则-a≤f(0)=1,即a≥-1.综上,实数a的取值范围是[-1,0].故选B.
利用单调性求参数的取值(范围),可以根据函数的单调性直接构建参数满足的方程(组)(不等式(组)),也可以先得到函数图象的升降,再结合图象求解.对于分段函数,要注意分界点的取值.
【题组对点练】
题号
1
2
3
考向
❶
❷
❷
1.已知函数f(x)=ex+e-x,则( )
A.f(-)<f(e)<f()
B.f(e)<f(-)<f()
C.f()<f(e)<f(-)
D.f(-)<f()<f(e)
因为f(x)的定义域为R,且f(-x)=e-x+ex=f(x),所以函数f(x)为偶函数.又当x>0时,f′(x)=ex->0,所以函数f(x)在(0,+∞)上单调递增.因为<<e,所以f()<f()<f(e),又f(-)=f(),所以f(-)<f()<f(e).故选D.
2.函数f(x)=ln(-x2+4x)在(a,a+1)上单调递增,则a的取值范围为( )
A.(0,1) B.[0,2] C.(0,2) D.[0,1]
由-x2+4x>0,得0<x<4,即函数f(x)的定义域为(0,4),令g(x)=-x2+4x,x∈(0,4),易知g(x)在(0,2]上单调递增,在(2,4)上单调递减,又y=ln x在(0,+∞)上单调递增,所以当函数f(x)在(a,a+1)上单调递增时,根据复合函数的单调性可知解得0≤a≤1,故选D.
3.(2025·福建福州质检)若函数f(x)=3|a-2x|在区间(1,2)上单调递减,则a的取值范围是( )
A.(-∞,2] B.(-∞,4]
C.[2,+∞) D.[4,+∞)
函数y=3x在(-∞,+∞)上单调递增,而函数f(x)=3|a-2x|在区间(1,2)上单调递减,所以y=|2x-a|在区间(1,2)上单调递减,所以≥2,解得a∈[4,+∞).故选D.
【例4】 (1)函数f(x)=x-+1在[1,4]上的值域为( )
A. B.[0,1] C. D.
由y=x在[1,4]上单调递增,且y=在[1,4]上单调递减,可得f(x)=x-+1在[1,4]上单调递增,又f(1)=0,f(4)=,故值域为.故选C.
(2)函数y=x-的最大值是________.
因为定义域为,而y=x-在上为增函数.所以当x=时,ymax=.
利用函数单调性求最值是求函数最值的重要方法,特别是当函数图象不易作出时,单调性法几乎成为首选方法.
【训练2】 函数f(x)=在区间[1,2]上的最小值为________.
-
f(x)=-2x-1.由于y=,y=-2x-1在[1,2]上均单调递减,故f(x)在[1,2]上单调递减,所以f(x)min=f(2)=-2=-.
$$