内容正文:
2025-2026学年《解题秘籍》高一数学同步知识·题型精讲精练讲义(人教A版2019必修第一册)
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3.2.1单调性与最大(小)值12题型分类
一、函数的单调性及其符号表达
(1)函数单调性的概念
函数值随自变量的增大而增大(或减小)的性质叫做函数的单调性.
(2)函数单调性的符号表达
一般地,设函数f(x)的定义域为I,区间D⊆I:
如果∀x1,x2∈D,当x1<x2时,都有f(x1)<f(x2),那么就称函数f(x)在区间D上单调递增.
如果∀x1,x2∈D,当x1<x2时,都有f(x1)>f(x2),那么就称函数f(x)在区间D上单调递减.
二、增函数、减函数
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.
三、单调区间
如果函数y=f(x)在区间D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D叫做y=f(x)的单调区间.
1.单调性是函数的局部性质,但在其单调区间上是整体性质,因此对x1,x2有下列要求:
(1)属于同一个区间D;
(2)任意性,即x1,x2是定义域中某一区间D上的任意两个值,不能用特殊值代替;
(3)有大小,即确定的任意两值x1,x2必须区分大小,一般令x1<x2.
2.并非所有的函数都具有单调性.如f(x)=它的定义域为Z,但不具有单调性.
3.单调区间
(1)这个区间可以是整个定义域.如y=x在整个定义域(-∞,+∞)上单调递增, y=-x在整个定义域(-∞,+∞)上单调递减;
(2)这个区间也可以是定义域的真子集.如y=x2在定义域(-∞,+∞)上不具有单调性,但在(-∞,0]上单调递减,在[0,+∞)上单调递增.
4.函数在某个区间上单调递增(减),但是在整个定义域上不一定都是单调递增(减).如函数y=(x≠0)在区间(-∞,0)和(0,+∞)上都单调递减,但是在整个定义域上不具有单调性.
5.一个函数出现两个或者两个以上的单调区间时,不能用“∪”连接,而应该用“和”或“,”连接.如函数y=(x≠0)在区间(-∞,0)和(0,+∞)上都单调递减,不能认为y=(x≠0)的单调递减区间为(-∞,0)∪(0,+∞).
6.函数的单调性是相对于函数的定义域的子区间D而言的.对于单独的一点,它的函数值是唯一确定的常数,没有增减变化,所以不存在单调性问题.因此在写单调区间时,区间端点可以包括,也可以不包括.但对于函数式无意义的点,单调区间一定不能包括这些点.
四、函数的最大值与最小值
最大值
最小值
条件
一般地,设函数y=f(x)的定义域为I,如果存在实数M满足:∀x∈I,都有
f(x)≤M
f(x)≥M
∃x0∈I,使得f(x0)=M
结论
称M是函数y=f(x)的最大值
称M是函数y=f(x)的最小值
几何意义
f(x)图象上最高点的纵坐标
f(x)图象上最低点的纵坐标
1.对函数最值的三点说明
(1)最大(小)值必须是一个函数值,是值域中的一个元素,如函数y=x2(x∈R)的最小值是0,有f(0)=0.
(2)最大(小)值定义中的“任意”是说对于定义域内的每一个值都必须满足不等式,即对于定义域内的全部元素,都有f(x)≤M(f(x)≥M)成立,也就是说,函数y=f(x)的图象不能位于直线y=M的上(下)方.
(3)最大(小)值定义中的“存在”是说定义域中至少有一个实数满足等号成立,也就是说y=f(x)的图象与直线y=M至少有一个交点.
2.函数最值与函数值域的关系
函数的值域是一个集合,最值若存在则属于这个集合,即最值首先是一个函数值,它是值域的一个元素.函数值域一定存在,而函数并不一定有最大(小)值.
3.利用单调性求最值的常用结论
(1)如果函数f(x)在区间[a,b]上单调递增(减),则f(x)在区间[a,b]的左、右端点处分别取得最小(大)值和最大(小)值.
(2)如果函数f(x)在区间(a,b]上单调递增,在区间[b,c)上单调递减,则函数f(x)在区间(a,c)上有最大值f(b).
(3)如果函数f(x)在区间(a,b]上单调递减,在区间[b,c)上单调递增,则函数f(x)在区间(a,c)上有最小值f(b).
(一)
证明或判断函数的单调性
定义法证明单调性的步骤
判断函数的单调性常用定义法和图象法,而证明函数的单调性则应严格按照单调性的定义操作.
利用定义法判断函数的单调性的步骤如下:
注意:对单调递增的判断,当x1<x2时,都有f(x1)<f(x2),也可以用一个不等式来替代:
(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0或>0.
对单调递减的判断,当x1<x2时,都有f(x1)>f(x2),相应地也可用一个不等式来替代:
(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0或<0.
题型1:利用函数单调性定义证明单调性
1.(2025高一·全国·专题练习)证明:函数在区间上单调递增.
2.(2025高一·全国·专题练习)已知函数,试判断在区间上的单调性.
3.(2025高一·全国·专题练习)证明:在区间上单调递增.
4.(2025高一·全国·专题练习)已知函数.判断函数在上的单调性,并证明;
5.(2025高一·全国·课后作业)讨论函数,在上的单调性
6.(2025高一·全国·专题练习)已知函数f(x)对任意的实数x、y都有f(x+y)=f(x)+f(y)-1,且当x>0时,f(x)>1.求证:函数f(x)在R上是增函数.
题型2:判断函数的单调性
7.(2025高一·天津北辰·阶段练习)下列函数中,在区间上是单调递增函数的是( )
A. B. C. D.
8.(2025高一·全国·课后作业)下列命题正确的是( )
A.函数在上是增函数 B.函数在上是减函数
C.函数和函数的单调性相同 D.函数和函数的单调性相同
9.(2025高一·全国·课后作业)设函数,在区间上都是增函数,则在区间上,下列说法中:
①是增函数; ②是增函数;
③是增函数; ④是增函数.
所有正确说法的个数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
(二)
求函数的单调区间
求函数单调区间的三种方法
方法一:转化为已知的函数(如一次函数、二次函数等)的单调性判断.
方法二:定义法,即先求出定义域,再利用单调性的定义进行判断求解.
方法三:图象法,即先画出图象,根据图象求单调区间.
注:函数的单调性是在定义域内的某个区间上的性质,单调区间是定义域的子集;当函数出现两个以上单调区间时,单调区间之间可用“,”分开,不能用“∪”,可以用“和”来表示;在单调区间D上函数要么是增函数,要么是减函数,不能二者兼有.
题型3:求函数的单调区间
10.(2025高一·全国·专题练习)求函数的单调减区间.
11.(2025高一·全国·专题练习)求下列函数的单调区间,并指出该函数在其单调区间上单调递增还是单调递减.
(1);
(2);
(3).
12.(2025高一·全国·专题练习)函数的单调递增区间是 ,单调递减区间是 .
13.(2025高一·广东深圳·期中)函数的一个单调递减区间为( )
A. B. C. D.
14.(2025高一·安徽六安·期中)函数的单调递减区间为 .
(三)
函数单调性的应用
1、由函数单调性求参数范围的处理方法是:
(1)由函数解析式求参数
若为二次函数——判断开口方向与对称轴——利用单调性确定参数满足的条件,
若为一次函数——由一次项系数的正负决定单调性.
若为复合函数y=|f(x)|或y=f(|x|)——数形结合,探求参数满足的条件.
(2)当函数f(x)的解析式未知时,欲求解不等式,可以依据函数单调性的定义和性质,将符号“f”脱掉,列出关于自变量的不等式(组),然后求解,此时注意函数的定义域.
2、利用单调性比较大小或解不等式的方法
(1)利用函数的单调性可以比较函数值或自变量的大小.在解决比较函数值的问题时,要注意将对应的自变量转化到同一个单调区间上.
(2)利用抽象函数的单调性求范围.
①依据:定义在[m,n]上的单调递增(减)函数中函数值与自变量的关系f(a)<f(b)⇔
②方法:依据函数的单调性去掉符号“f”,转化为不等式问题求解.
题型4:利用函数单调性求参数的取值范围
15.(2025高一·江西南昌·期中)若在上单调递减,则实数满足 ( )
A. B. C. D.
16.(2025高一·全国·专题练习)已知函数.若函数在区间上单调,求实数a的取值范围.
17.(2025高一·全国·专题练习)已知函数.
(1)若函数的图象过点和,求的解析式;
(2)若函数在区间上不单调,求实数a的取值范围.
18.(2025高一·全国·课后作业)若函数f(x)=在区间上单调递减,则实数a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
19.(2025高一·安徽安庆·期中)若在区间上是增函数,则实数a的取值范围是 .
20.(2025高一·海南海口·期中)(多选)已知函数是上的增函数,则a的值可以是( )
A. B. C. D.1
题型5:利用函数的单调性比较大小
21.(25-26高一·全国·课前预习)若函数在上单调递增,则下列一定成立的是( )
A. B. C. D.
22.(2025高一·山东潍坊·期中)(多选)已知函数的定义域是,且在区间上是增函数,在区间上是减函数,则以下说法一定正确的是( )
A. B.
C. D.的最大值为
23.(2025高一·全国·课后作业)已知函数在上是递减函数,且,则有( )
A. B.
C. D.
24.(25-26高一·全国·课后作业)已知函数的定义域为,且函数在上单调递减,则与的大小关系为 .
25.(2026高三·全国·专题练习)已知定义域为的函数,,,,都有,则( )
A. B.
C. D.
题型6:利用函数单调性解不等式
26.(2025高一·全国·专题练习)函数在区间上是增函数,且,求实数x的取值范围.
27.(2025高一·全国·课后作业)已知是定义在上的增函数,且,则满足的x的取值范围是( )
A. B.
C. D.
28.(2025高一·浙江嘉兴·开学考试)函数的定义域为,且对于任意均有成立,若,则正实数的取值范围为( )
A. B.
C. D.
29.(2025高一·全国·单元测试)已知函数,若,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
30.(2025高一·湖北武汉·期中)函数是定义在上的增函数,若对于任意正实数,恒有,且,则不等式的解集是 .
(四)
利用图象求函数最值
1、利用图象求函数最值的一般步骤
(1)画出函数y=f(x)的图象;
(2)观察图象,找出图象的最高点和最低点;
(3)写出最值,最高点的纵坐标就是函数的最大值,最低点的纵坐标就是函数的最小值.
2、图象法求最值的步骤
题型7:利用图象求函数最值
31.(2025高一·上海·随堂练习)函数在区间上的图象如下图所示,则此函数在该区间上的最小值、最大值分别是 .
32.(2025高一·广西南宁·期中)(多选)已知函数的定义域为,其图象如图所示,则下列说法中正确的是( )
A.的单调递减区间为
B.的最大值为2
C.的最小值为
D.的单调递增区间为和
33.(2025高一·广东韶关·期中)已知函数,则下列说法正确的是 .
(1) 函数在上是单调递增
(2) 函数在上是单调递增
(3) 当时,函数有最大值
(4) 当或时,函数有最小值
34.(2025高一·安徽马鞍山·阶段练习)如图是函数的图象,则下列说法正确的是( )
A.在和上单调递减
B.在区间上的最大值为3,最小值为-2
C.在上有最大值2,有最小值-1
D.当直线与函数图象有交点时
(五)
利用单调性求函数最值
1、利用单调性求函数的最大(小)值的一般步骤
(1)判断函数的单调性;
(2)利用函数的单调性求出最大(小)值.
2、函数的最大(小)值与单调性的关系
(1)若函数f(x)在区间[a,b]上单调递增(减),则函数f(x)在区间[a,b]上的最小(大)值是f(a),最大(小)值是f(b).
(2)若函数f(x)在区间[a,b]上单调递增(减),在区间[b,c]上单调递减(增),则函数f(x)在区间[a,c]上的最大(小)值是f(b),最小(大)值是f(a)与f(c)中较小(大)的一个.
题型8:利用单调性求函数最值
35.(2025高一·全国·专题练习)求函数在区间上的最大值与最小值.
36.(2025高一·全国·专题练习)求函数在区间上的最大值与最小值.
37.(2025高一·全国·专题练习)求函数在上的最值.
38.(2025高一·全国·专题练习)函数的最值为( ).
A.最大值为8,最小值为0 B.不存在最小值,最大值为8
C.最小值为0,不存在最大值 D.不存在最小值,也不存在最大值
39.(2025高二·辽宁沈阳·期末)函数的最小值为( )
A.0 B.4 C. D.
题型9:根据函数的最值求参数
40.(2025高一·北京海淀·阶段练习)函数,的最小值为0,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
41.(2025高一·上海闵行·期末)已知函数严格单调,且的最大值为8,求实数的值.
42.(2025高一·江苏南通·期中)已知函数的最小值为,则实数的取值范围为 .
43.(2025高三·全国·专题练习)若函数的最小值为,则a的取值范围是( )
A. B. C. D.
44.(2025高三·北京·开学考试)已知函数,若存在最大值,则的取值范围是 .
(六)
求二次函数的最值
二次函数最值的求法
(1)探求二次函数y=f(x)在给定区间上的最值问题,一般要先作出y=f(x)的草图,然后根据图象判断函数的单调性.对于“定对称轴变区间”“变对称轴定区间”的情况,特别要注意二次函数图象的对称轴与所给区间的位置关系,它是求解二次函数在已知区间上最值问题的主要依据,并且最大(小)值不一定在顶点处取得.
(2)二次函数图象的对称轴与定义域区间的位置通常有三种关系:①对称轴在定义域的右侧;②对称轴在定义域的左侧;③对称轴在定义域区间内.
题型10:求二次函数的最值
45.(2025高一·全国·专题练习)已知函数,求在区间上的最大值.
46.(2025高一·全国·课前预习)已知函数.
(1)若,求函数的最值;
(2)若,求函数的最值.
47.(2025高一·广东深圳·期中)已知函数.
(1)若函数在上是增函数,求实数a的取值范围;
(2)若,求时的最小值.
48.(2025高一·河北廊坊·阶段练习)已知函数()
(1)设函数在区间上的最小值为,求的表达式;
(2)对(1)中的,当,时,恒有成立,求实数m的取值范围.
49.(2025高一·河北石家庄·阶段练习)已知二次函数满足,且.
(1)求的解析式;
(2)设函数,求函数在区间上的最小值.
50.(2025高一·天津东丽·期中)已知是二次函数,且满足,.
(1)求的解析式;
(2)直接写出的单调区间;
(3)求在区间上的最大值和最小值.
(七)
一元二次不等式的恒成立问题
(1)ax2+bx+c>0(a≠0)恒成立(或解集为R)时,满足;
(2)ax2+bx+c≥0(a≠0)恒成立(或解集为R)时,满足;
(3)ax2+bx+c<0(a≠0)恒成立(或解集为R)时,满足;
(4)ax2+bx+c≤0(a≠0)恒成立(或解集为R)时,满足.
注:①已知关于的一元二次不等式的解集为,则一定满足;
②已知关于的一元二次不等式的解集为,则一定满足.
③含参数的一元二次不等式恒成立.若能够分离参数成k<f(x)或k>f(x)形式.则可以转化为函数值域求解.
设f(x)的最大值为M,最小值为m.
(1)k<f(x)恒成立⇔k<m,k≤f(x)恒成立⇔k≤m.
(2)k>f(x)恒成立⇔k>M,k≥f(x)恒成立⇔k≥M.
题型11:函数不等式恒成立问题
51.(25-26高三·福建龙岩·阶段练习)已知二次函数.
(1)若时,不等式恒成立,求实数的取值范围.
(2)解关于的不等式(其中).
52.(25-26高三·北京顺义·阶段练习)已知,且的解集为.
(1)求t,m的值;
(2)若在上恒成立,求的最大值.
53.(25-26高三·吉林长春·开学考试)已知,若不等式对于任意恒成立,则的最小值为 .
54.(2025高二·重庆沙坪坝·期末)已知函数,若恒成立,其中,则的取值范围是 .
55.(25-26高三·重庆南岸·阶段练习)三叉戟是希腊神话中海神波塞冬的武器,而函数(其中,)的图象恰如其形,因而得名三叉戟函数.已知三叉戟函数的图象经过点,且满足.
(1)求函数的解析式;
(2)若,都有恒成立,求实数m的求值范围.
题型12:函数不等式有解问题
56.(2025高二·福建泉州·期末)已知函数,(),若,,使得,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
57.(2025高一·全国·专题练习)已知函数,若对任意,总存在使得,则实数的取值范围是 .
58.(2025高一·云南玉溪·期末)已知函数,,若对任意的,总存在,使成立,则实数的取值范围是 .
59.(2025高一·四川泸州·期中)已知函数的定义域为,,且.若关于x的不等式在上有解,则a的取值范围为 .
一、单选题
1.(2025高一·全国·课后作业)下列函数在上单调递增的是( )
A. B. C. D.
2.(2025高一·全国·课后作业)若函数在上是增函数,则下列关系式中成立的是( )
A. B.
C. D.
3.(2025高一·河南信阳·阶段练习)若函数在上单调递增,则a的取值范围是( )
A. B. C. D.
4.(2025高一·河北秦皇岛·阶段练习)已知函数是R上的增函数,,是其图象上的两点,则的解集是( )
A. B.
C. D.
5.(2025高一·广东佛山·阶段练习)函数f(x)在[0,+∞)上是减函数,且f(2)=﹣1,则满足f(2x﹣4)>﹣1的实数x的取值范围是( )
A. B. C. D.
6.(2025高一·全国·课后作业)已知函数是上的减函数,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
7.(2025高一·全国·课后作业)函数f(x)在[-2,2]上的图象如图所示,则此函数的最小值、最大值分别是( )
A.-1,0 B.0,2
C.-1,2 D.,2
8.(2025高一·湖北武汉·阶段练习)已知函数,其定义域是,,则下列说法正确的是
A.有最大值,无最小值 B.有最大值,最小值
C.有最大值,无最小值 D.有最大值2,最小值
9.(2025高一·全国·专题练习)求函数,,的值域( )
A. B. C. D.
10.(2025高一·全国·课后作业)当时,恒成立,则实数a的取值范围是( )
A. B. C. D.
11.(2025高一·全国·课后作业)已知函数,当时,恒有成立,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
12.(2025高一·全国·课后作业)函数在上取得最大值3,最小值2,则实数的值为( )
A.0或1 B.1 C.2 D.以上都不对
13.(2025高一·天津和平·期中)设函数,则的值域是( )
A. B.
C. D.
二、多选题
14.(2025高一·江苏南通·期中)已知函数,下列关于函数的单调性说法正确的是( )
A.函数在上不具有单调性
B.当时,在上递减
C.若的单调递减区间是,则a的值为
D.若在区间上是减函数,则a的取值范围是
15.(2025高三·全国·专题练习)(多选)下列说法正确的是( )
A.是减函数 B.在上单调递增
C.在上单调递增 D.在上的最小值为0
16.(25-26高一·河南驻马店·开学考试)已知函数是上的增函数,则a的取值可以是( )
A. B. C.0 D.1
17.(2025高三·全国·专题练习)已知函数,的图象如图所示,则下列说法正确的是( )
A.是函数的单调递增区间
B.是函数的单调递减区间
C.函数在上单调递增
D.函数在上单调递减
三、填空题
18.(2025高一·全国·专题练习)函数为定义在上的增函数,且,则实数的取值范围是 .
19.(2025高一·全国·课后作业)已知在[1,3]上是单调函数,则实数m的取值范围为 .
20.(2025高一·江西南昌·期中)与在上都是减函数,则的取值范围是 .
21.(2025高一·全国·课后作业)已知是定义在上的增函数,,,则不等式的解集为 .
22.(2025高一·河北石家庄·阶段练习)已知函数在区间上的最大值为 .
23.(2025高一·河南许昌·阶段练习)某公司在甲、乙两地同时销售一种品牌车,利润(单位:万元)分别为和,其中为销售量(单位:辆).若该公司在两地共销售辆,则能获得的最大利润为 万元.
24.(2025高一·全国·课后作业)已知二次函数f(x)=ax2+2ax+1在区间[-2,3]上的最大值为6,则a的值为 .
25.(2025高一·河南安阳·阶段练习)已知函数,,若对任意,总存在,使成立,则实数的取值范围为 .
四、解答题
26.(2025高一·全国·课后作业)画出下列函数的图象,并写出单调区间:
(1);
(2).
27.(2025高一·福建福州·阶段练习)已知函数.
(1)讨论函数在上单调性,并用定义证明;
(2)当时,有,求的范围.
28.(2025高一·全国·课后作业)设f(x)=x2+1,g(x)=f(f(x)),F(x)=g(x)-λf(x).问是否存在实数λ,使F(x)在区间上是减函数且在区间上是增函数?
29.(2025高一·全国·专题练习)已知函数f(x)=求f(x)的最大值、最小值.
30.(2025高一·山东临沂·期末)某地某路无人驾驶公交车发车时间间隔(单位:分钟)满足,,经测算.该路无人驾驶公交车载客量与发车时间间隔满足:,其中.
(1)求,并说明的实际意义:
(2)若该路公交车每分钟的净收益(元),问当发车时间间隔为多少时,该路公交车每分钟的净收益最大?并求每分钟的最大净收益.
31.(2025高一·浙江杭州·期中)已知,函数.
(1)当,请直接写出函数的单调递增区间(不需要证明);
(2)记在区间上的最小值为,求的表达式;
(3)对(2)中的,当,时,恒有成立,求实数的取值范围.
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3.2.1单调性与最大(小)值12题型分类
一、函数的单调性及其符号表达
(1)函数单调性的概念
函数值随自变量的增大而增大(或减小)的性质叫做函数的单调性.
(2)函数单调性的符号表达
一般地,设函数f(x)的定义域为I,区间D⊆I:
如果∀x1,x2∈D,当x1<x2时,都有f(x1)<f(x2),那么就称函数f(x)在区间D上单调递增.
如果∀x1,x2∈D,当x1<x2时,都有f(x1)>f(x2),那么就称函数f(x)在区间D上单调递减.
二、增函数、减函数
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.
三、单调区间
如果函数y=f(x)在区间D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D叫做y=f(x)的单调区间.
1.单调性是函数的局部性质,但在其单调区间上是整体性质,因此对x1,x2有下列要求:
(1)属于同一个区间D;
(2)任意性,即x1,x2是定义域中某一区间D上的任意两个值,不能用特殊值代替;
(3)有大小,即确定的任意两值x1,x2必须区分大小,一般令x1<x2.
2.并非所有的函数都具有单调性.如f(x)=它的定义域为Z,但不具有单调性.
3.单调区间
(1)这个区间可以是整个定义域.如y=x在整个定义域(-∞,+∞)上单调递增, y=-x在整个定义域(-∞,+∞)上单调递减;
(2)这个区间也可以是定义域的真子集.如y=x2在定义域(-∞,+∞)上不具有单调性,但在(-∞,0]上单调递减,在[0,+∞)上单调递增.
4.函数在某个区间上单调递增(减),但是在整个定义域上不一定都是单调递增(减).如函数y=(x≠0)在区间(-∞,0)和(0,+∞)上都单调递减,但是在整个定义域上不具有单调性.
5.一个函数出现两个或者两个以上的单调区间时,不能用“∪”连接,而应该用“和”或“,”连接.如函数y=(x≠0)在区间(-∞,0)和(0,+∞)上都单调递减,不能认为y=(x≠0)的单调递减区间为(-∞,0)∪(0,+∞).
6.函数的单调性是相对于函数的定义域的子区间D而言的.对于单独的一点,它的函数值是唯一确定的常数,没有增减变化,所以不存在单调性问题.因此在写单调区间时,区间端点可以包括,也可以不包括.但对于函数式无意义的点,单调区间一定不能包括这些点.
四、函数的最大值与最小值
最大值
最小值
条件
一般地,设函数y=f(x)的定义域为I,如果存在实数M满足:∀x∈I,都有
f(x)≤M
f(x)≥M
∃x0∈I,使得f(x0)=M
结论
称M是函数y=f(x)的最大值
称M是函数y=f(x)的最小值
几何意义
f(x)图象上最高点的纵坐标
f(x)图象上最低点的纵坐标
1.对函数最值的三点说明
(1)最大(小)值必须是一个函数值,是值域中的一个元素,如函数y=x2(x∈R)的最小值是0,有f(0)=0.
(2)最大(小)值定义中的“任意”是说对于定义域内的每一个值都必须满足不等式,即对于定义域内的全部元素,都有f(x)≤M(f(x)≥M)成立,也就是说,函数y=f(x)的图象不能位于直线y=M的上(下)方.
(3)最大(小)值定义中的“存在”是说定义域中至少有一个实数满足等号成立,也就是说y=f(x)的图象与直线y=M至少有一个交点.
2.函数最值与函数值域的关系
函数的值域是一个集合,最值若存在则属于这个集合,即最值首先是一个函数值,它是值域的一个元素.函数值域一定存在,而函数并不一定有最大(小)值.
3.利用单调性求最值的常用结论
(1)如果函数f(x)在区间[a,b]上单调递增(减),则f(x)在区间[a,b]的左、右端点处分别取得最小(大)值和最大(小)值.
(2)如果函数f(x)在区间(a,b]上单调递增,在区间[b,c)上单调递减,则函数f(x)在区间(a,c)上有最大值f(b).
(3)如果函数f(x)在区间(a,b]上单调递减,在区间[b,c)上单调递增,则函数f(x)在区间(a,c)上有最小值f(b).
(一)
证明或判断函数的单调性
定义法证明单调性的步骤
判断函数的单调性常用定义法和图象法,而证明函数的单调性则应严格按照单调性的定义操作.
利用定义法判断函数的单调性的步骤如下:
注意:对单调递增的判断,当x1<x2时,都有f(x1)<f(x2),也可以用一个不等式来替代:
(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0或>0.
对单调递减的判断,当x1<x2时,都有f(x1)>f(x2),相应地也可用一个不等式来替代:
(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0或<0.
题型1:利用函数单调性定义证明单调性
1.(2025高一·全国·专题练习)证明:函数在区间上单调递增.
【答案】证明见解析
【解析】任取,,且,
则.
,,,,
,即.
函数在上是增函数.
2.(2025高一·全国·专题练习)已知函数,试判断在区间上的单调性.
【答案】单调递减
【解析】函数在上单调递减.
证明如下:任取,,且,
则.
因为,所以,,,
所以,即.所以函数在上单调递减.
3.(2025高一·全国·专题练习)证明:在区间上单调递增.
【答案】证明见解析
【解析】证明 任取,,且,
则,
因为,所以,,所以,
所以,即,因此函数在上单调递增.
4.(2025高一·全国·专题练习)已知函数.判断函数在上的单调性,并证明;
【答案】函数在上单调递减,理由见详解
【分析】利用定义法即可证明函数的单调性.
【解析】函数在上单调递减;理由如下:
取,规定,
则,
因为,,
所以,
所以,
所以函数在上单调递减.
5.(2025高一·全国·课后作业)讨论函数,在上的单调性
【答案】答案见解析
【分析】对分离常数,利用单调性的定义,对参数进行分类讨论,即可判断函数单调性.
【解析】∵函数=
∴任取,且,
则
=-
=
,
∴当,即时,
,即,是减函数;
当,即 时,
,即,是增函数.
6.(2025高一·全国·专题练习)已知函数f(x)对任意的实数x、y都有f(x+y)=f(x)+f(y)-1,且当x>0时,f(x)>1.求证:函数f(x)在R上是增函数.
【答案】证明见解析
【分析】根据函数单调性定义,设,则,得证.
【解析】设,则,
从而,即,
又,
即,
故f(x)在R上是增函数.
题型2:判断函数的单调性
7.(2025高一·天津北辰·阶段练习)下列函数中,在区间上是单调递增函数的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由函数解析式直接得到函数的单调性,得到正确答案.
【解析】A选项,在R上单调递减,A错误;
B选项,在R上单调递增,满足要求,B正确;
C选项,在上单调递减,C错误;
D选项,在上单调递减,D错误.
故选:B
8.(2025高一·全国·课后作业)下列命题正确的是( )
A.函数在上是增函数 B.函数在上是减函数
C.函数和函数的单调性相同 D.函数和函数的单调性相同
【答案】C
【分析】分别判断出,,和的单调性,即可判断.
【解析】对于A:定义域为,由二次函数的图像可知,在是增函数,在是减函数,故A错误;
对于B:的定义域为,由反比例函数的图像可知,在和上是减函数,故B错误;
对于C:在是增函数,在是减函数,
,当时,,易知为增函数,当时,,易知为减函数,所以函数和函数的单调性相同,故C正确;
对于D:定义域为,由反比例函数的图像可知,在和上是减函数;
设定义域为,取,
则,
当时,,即在上单调递减,
当,,即在上单调递减,
同理可证,在上单调递减,在上单调递增,故D错误,
故选:C.
9.(2025高一·全国·课后作业)设函数,在区间上都是增函数,则在区间上,下列说法中:
①是增函数; ②是增函数;
③是增函数; ④是增函数.
所有正确说法的个数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】A
【分析】根据单调性的性质判断①,利用反例判断②③④.
【解析】因为函数,在区间上都是增函数,所以在区间上是增函数,故①正确;
对于②:令,,,显然、在上单调递增,
当时在上单调递减,故②错误;
对于③、④:令,,,显然、在上单调递增,
则在上单调递减,故③错误;
则在上单调递减,故④错误;
故选:A
(二)
求函数的单调区间
求函数单调区间的三种方法
方法一:转化为已知的函数(如一次函数、二次函数等)的单调性判断.
方法二:定义法,即先求出定义域,再利用单调性的定义进行判断求解.
方法三:图象法,即先画出图象,根据图象求单调区间.
注:函数的单调性是在定义域内的某个区间上的性质,单调区间是定义域的子集;当函数出现两个以上单调区间时,单调区间之间可用“,”分开,不能用“∪”,可以用“和”来表示;在单调区间D上函数要么是增函数,要么是减函数,不能二者兼有.
题型3:求函数的单调区间
10.(2025高一·全国·专题练习)求函数的单调减区间.
【答案】,.
【解析】函数的定义域为,任取,,且,
则,
因为,所以,,,
所以,即.
所以函数在上单调递减,同理函数在上单调递减.
综上,函数的单调递减区间是,.
11.(2025高一·全国·专题练习)求下列函数的单调区间,并指出该函数在其单调区间上单调递增还是单调递减.
(1);
(2);
(3).
【答案】(1)在,上都单调递增.
(2)在上单调递减,在上单调递增.
(3)在,上单调递增,在,上单调递减.
【解析】(1)函数的单调区间为,,其在,上都单调递增.
(2)当时,单调递增;当时,单调递减,所以的单调区间为,,并且函数在上单调递减,在上单调递增.
(3)因为.根据解析式可作出函数的图象如图所示,
由图象可知,函数的单调区间为,,,.
在,上单调递增,在,上单调递减.
12.(2025高一·全国·专题练习)函数的单调递增区间是 ,单调递减区间是 .
【答案】
【解析】.其图象如图所示,
则的单调递增区间是,单调递减区间是.
13.(2025高一·广东深圳·期中)函数的一个单调递减区间为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】由已知,先判断函数的奇偶性,然后分段画出图像,即可读取单调减区间.
【解析】由已知,函数为偶函数,
当时,;当时,;
可画出函数图像,图下图所示:
所以函数的单调递减区间为、,
故选:A.
14.(2025高一·安徽六安·期中)函数的单调递减区间为 .
【答案】
【分析】首先求出函数的定义域为,利用复合函数单调性,同增异减的原则,先确定外函数的单调性,再确定内函数的单调性即可得到答案.
【解析】令,解得,
设,,
外函数为增函数,则复合函数的减区间即为内函数的减区间,
,对称轴为,其开口向下,故其减区间为.
故答案为:.
(三)
函数单调性的应用
1、由函数单调性求参数范围的处理方法是:
(1)由函数解析式求参数
若为二次函数——判断开口方向与对称轴——利用单调性确定参数满足的条件,
若为一次函数——由一次项系数的正负决定单调性.
若为复合函数y=|f(x)|或y=f(|x|)——数形结合,探求参数满足的条件.
(2)当函数f(x)的解析式未知时,欲求解不等式,可以依据函数单调性的定义和性质,将符号“f”脱掉,列出关于自变量的不等式(组),然后求解,此时注意函数的定义域.
2、利用单调性比较大小或解不等式的方法
(1)利用函数的单调性可以比较函数值或自变量的大小.在解决比较函数值的问题时,要注意将对应的自变量转化到同一个单调区间上.
(2)利用抽象函数的单调性求范围.
①依据:定义在[m,n]上的单调递增(减)函数中函数值与自变量的关系f(a)<f(b)⇔
②方法:依据函数的单调性去掉符号“f”,转化为不等式问题求解.
题型4:利用函数单调性求参数的取值范围
15.(2025高一·江西南昌·期中)若在上单调递减,则实数满足 ( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】函数的图象是开口向上,且以为对称轴,则,解不等式即可得出答案.
【解析】函数的图象是开口向上,
且以为对称轴,若在上单调递减,
所以,解得:.
故选:B.
16.(2025高一·全国·专题练习)已知函数.若函数在区间上单调,求实数a的取值范围.
【答案】
【解析】解:由在区间上单调可知或,即或.
所以,实数a的取值范围是.
17.(2025高一·全国·专题练习)已知函数.
(1)若函数的图象过点和,求的解析式;
(2)若函数在区间上不单调,求实数a的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)过点和,,解得,.
(2)由在区间上不单调可知,即,所以实数a的取值范围为.
18.(2025高一·全国·课后作业)若函数f(x)=在区间上单调递减,则实数a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】先将函数化成,结合反例函数的单调性可求的取值范围.
【解析】由题设可得,
因为函数在区间单调递减,
所以,故,
故选:A .
【点睛】易错点睛:已知含参数的函数在给定范围上的单调性求参数的取值范围时,既要考虑函数的单调性,也要考虑定义域满足的要求,后者往往容易忽视.
19.(2025高一·安徽安庆·期中)若在区间上是增函数,则实数a的取值范围是 .
【答案】
【分析】根据题意在区间上是增函数,同时在区间上恒成立,即可求出结果.
【解析】因为在区间上是增函数,
所以在区间上是增函数,
则,即,
同时在区间上恒成立,
又在区间上是增函数,
所以,即,
所以实数a的取值范围是.
故答案为:.
20.(2025高一·海南海口·期中)(多选)已知函数是上的增函数,则a的值可以是( )
A. B. C. D.1
【答案】BC
【分析】由二次函数的性质及分段函数的单调性即可得,即可得解.
【解析】由题意,函数的图象开口朝下,对称轴为,
因为函数是上的增函数,
所以,解得.
所以实数的取值可以是,.
故选:BC.
题型5:利用函数的单调性比较大小
21.(25-26高一·全国·课前预习)若函数在上单调递增,则下列一定成立的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据函数单调性,结合和的符号的可能性即可得解.
【解析】由题意得,即,
由于,的正负未知,故A,B,C不一定成立.
故选:D
22.(2025高一·山东潍坊·期中)(多选)已知函数的定义域是,且在区间上是增函数,在区间上是减函数,则以下说法一定正确的是( )
A. B.
C. D.的最大值为
【答案】AD
【分析】根据函数的单调性逐项判断可得出合适的选项.
【解析】函数区间上是增函数,在区间上是减函数,则,
函数的最大值为,
、的大小关系不确定,、的大小关系不确定,
故AD选项正确,BC选项错误.
故选:AD.
23.(2025高一·全国·课后作业)已知函数在上是递减函数,且,则有( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】根据单调性求解.
【解析】是减函数,,;
故选:D.
24.(25-26高一·全国·课后作业)已知函数的定义域为,且函数在上单调递减,则与的大小关系为 .
【答案】
【解析】因为,函数在区间上单调递减,所以.
25.(2026高三·全国·专题练习)已知定义域为的函数,,,,都有,则( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】分析可知是上的减函数,结合单调性比较函数值的大小.
【解析】因为,,,则,
且,可得,即,
可知是上的减函数,且,所以.
故选:B.
题型6:利用函数单调性解不等式
26.(2025高一·全国·专题练习)函数在区间上是增函数,且,求实数x的取值范围.
【答案】
【解析】解:在上是增函数,且,,即.
所以实数x的取值范围为.
27.(2025高一·全国·课后作业)已知是定义在上的增函数,且,则满足的x的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】根据函数的单调性进行求解即可.
【解析】因为,所以由,
因为是定义在上的增函数,
所以有,
故选:A
28.(2025高一·浙江嘉兴·开学考试)函数的定义域为,且对于任意均有成立,若,则正实数的取值范围为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】由题意,可知在上单调递减,又,所以,解不等式即可得解.
【解析】由题意,,不失一般性不妨假设,则,所以在上单调递减,
又,所以,
解不等式得,则正实数的取值范围为.
故选:B.
29.(2025高一·全国·单元测试)已知函数,若,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】根据二次函数图象与性质得到函数在上单调递减,从而得到,即可求解.
【解析】由题意得:当时,,
则函数在上单调递减,且
当时,,则函数在上单调递减,
且,
所以函数在上是减函数,
又,
所以,解得:,
实数的取值范围是.
故选:C.
30.(2025高一·湖北武汉·期中)函数是定义在上的增函数,若对于任意正实数,恒有,且,则不等式的解集是 .
【答案】
【分析】根据抽象函数的关系将不等式进行转化,利用赋值法将不等式进行转化结合函数单调性即可得到结论.
【解析】,,
,
则不等式等价为,
函数在定义域上为增函数,
不等式等价为,
即,解得,
不等式的解集为,
故答案为:.
(四)
利用图象求函数最值
1、利用图象求函数最值的一般步骤
(1)画出函数y=f(x)的图象;
(2)观察图象,找出图象的最高点和最低点;
(3)写出最值,最高点的纵坐标就是函数的最大值,最低点的纵坐标就是函数的最小值.
2、图象法求最值的步骤
题型7:利用图象求函数最值
31.(2025高一·上海·随堂练习)函数在区间上的图象如下图所示,则此函数在该区间上的最小值、最大值分别是 .
【答案】,.
【分析】根据函数图象即可求解最大值和最小值.
【解析】由图可知:当时,取最大值,当时,取最小值,
故答案为:,
32.(2025高一·广西南宁·期中)(多选)已知函数的定义域为,其图象如图所示,则下列说法中正确的是( )
A.的单调递减区间为
B.的最大值为2
C.的最小值为
D.的单调递增区间为和
【答案】ACD
【分析】根据图象直接判断单调区间和最值即可.
【解析】对于A,由图象可知:的单调递减区间为,A正确;
对于B,当时,,B错误;
对于C,当时,,C正确;
对于D,由图象可知:的单调递增区间为和,D正确.
故选:ACD
33.(2025高一·广东韶关·期中)已知函数,则下列说法正确的是 .
(1) 函数在上是单调递增
(2) 函数在上是单调递增
(3) 当时,函数有最大值
(4) 当或时,函数有最小值
【答案】(2)(4)
【分析】作出函数图象,结合图象分析即可得出答案.
【解析】,作出函数的图象如下:
由图象可知函数在上是单调递减,在上是单调递增,
故(1)错误,(2)正确;
由图象可知在或时,函数有最小值,没有最大值,
故(3)错误,(4)正确;
故答案为:(2)(4).
34.(2025高一·安徽马鞍山·阶段练习)如图是函数的图象,则下列说法正确的是( )
A.在和上单调递减
B.在区间上的最大值为3,最小值为-2
C.在上有最大值2,有最小值-1
D.当直线与函数图象有交点时
【答案】A
【分析】根据函数图象,结合函数的基本性质,逐项判断,即可得出结果.
【解析】A选项,由函数图象可得,在上单调递减,在上单调递增,在上单调递减,故A正确;
B选项,由图象可得,函数在区间上的最大值为,无最小值,故B错;
C选项,由图象可得,函数在上有最大值,有最小值,故C错;
D选项,由图象可得,为使直线与函数的图象有交点,只需,故D错.
故选:A.
(五)
利用单调性求函数最值
1、利用单调性求函数的最大(小)值的一般步骤
(1)判断函数的单调性;
(2)利用函数的单调性求出最大(小)值.
2、函数的最大(小)值与单调性的关系
(1)若函数f(x)在区间[a,b]上单调递增(减),则函数f(x)在区间[a,b]上的最小(大)值是f(a),最大(小)值是f(b).
(2)若函数f(x)在区间[a,b]上单调递增(减),在区间[b,c]上单调递减(增),则函数f(x)在区间[a,c]上的最大(小)值是f(b),最小(大)值是f(a)与f(c)中较小(大)的一个.
题型8:利用单调性求函数最值
35.(2025高一·全国·专题练习)求函数在区间上的最大值与最小值.
【答案】,
【解析】任取,
则.
因为,所以,,,
所以,所以,
所以在区间上单调递减,
所以,.
36.(2025高一·全国·专题练习)求函数在区间上的最大值与最小值.
【答案】最小值为,最大值为2
【解析】任取,且,
则.
因为,所以.
又,所以,
所以函数在上单调递减.
所以在区间上的最小值是,最大值是2.
37.(2025高一·全国·专题练习)求函数在上的最值.
【答案】最小值为4,最大值为5
【解析】任取,,且,
则
.
,,,,
,在上单调递减.
同理在上单调递增.
当时,取得最小值4;当或时,取得最大值5.
38.(2025高一·全国·专题练习)函数的最值为( ).
A.最大值为8,最小值为0 B.不存在最小值,最大值为8
C.最小值为0,不存在最大值 D.不存在最小值,也不存在最大值
【答案】B
【分析】先根据二次函数求出的最小值,无最大值,再根据反比例函数的单调性求解函数的最值,即可得解.
【解析】令,则.
又,故在上单调递减,当,即时,函数有最大值8,无最小值.
故选:B.
39.(2025高二·辽宁沈阳·期末)函数的最小值为( )
A.0 B.4 C. D.
【答案】D
【分析】先求函数单调性,即可得最值.
【解析】根据题意,函数的定义域为,
且由于在区间上单调递增,
在区间上单调递增,
所以函数在区间上单调递增,
所以.
故选:D.
题型9:根据函数的最值求参数
40.(2025高一·北京海淀·阶段练习)函数,的最小值为0,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据函数的单调性可求的取值范围,注意结合定义域分类讨论.
【解析】,
因为,故,
若,则在为减函数,
故的最小值为,解得,
故.
若,则在为减函数,
故的最小值为,解得,矛盾.
故选:D.
41.(2025高一·上海闵行·期末)已知函数严格单调,且的最大值为8,求实数的值.
【答案】
【分析】先求出二次函数的对称轴,再分,两种情况,进行分类讨论,根据最大值列出方程,求出实数的值.
【解析】,对称轴为,开口向上,
当时,在上单调递增,
故当时,取得最大值,,解得:,满足,
当时,在上单调递减,
故当时,取得最大值,,解得:,与矛盾,舍去;
综上:.
42.(2025高一·江苏南通·期中)已知函数的最小值为,则实数的取值范围为 .
【答案】
【分析】根据基本不等式,结合二次函数的单调性进行求解即可.
【解析】当时,,当且仅当时取等号,即取等号;此时函数的最小值为;
当时,,
当时,,
要想函数的最小值为,只需,而,所以;
当时,,显然,符合题意,
综上所述:实数的取值范围为,
故答案为:
【点睛】关键点睛:利用二次函数的性质分类讨论是解题的关键.
43.(2025高三·全国·专题练习)若函数的最小值为,则a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据是函数的最小值可得,再由求解即可.
【解析】当时,,因为的最小值为,
所以在单调递减,故,且,在上恒成立.
又,当且仅当时等号成立,所以,解得.
综上,的取值范围是.
故选:A.
44.(2025高三·北京·开学考试)已知函数,若存在最大值,则的取值范围是 .
【答案】
【分析】根据分段函数有最大值,结合一次函数、二次函数的性质列不等式求参数范围.
【解析】当时,在上值域为,显然不存在最大值;
当时,在上,而在上最大值为,满足题设;
当时,在上值域为,
若时,在上最大值为,
此时,故存在最大值,满足题设;
若时,在上最大值为,
此时只需,则,即,
故,存在最大值,满足题设;
综上,.
故答案为:
(六)
求二次函数的最值
二次函数最值的求法
(1)探求二次函数y=f(x)在给定区间上的最值问题,一般要先作出y=f(x)的草图,然后根据图象判断函数的单调性.对于“定对称轴变区间”“变对称轴定区间”的情况,特别要注意二次函数图象的对称轴与所给区间的位置关系,它是求解二次函数在已知区间上最值问题的主要依据,并且最大(小)值不一定在顶点处取得.
(2)二次函数图象的对称轴与定义域区间的位置通常有三种关系:①对称轴在定义域的右侧;②对称轴在定义域的左侧;③对称轴在定义域区间内.
题型10:求二次函数的最值
45.(2025高一·全国·专题练习)已知函数,求在区间上的最大值.
【答案】
【分析】由分类讨论法解决二次函数定轴动区间最大值问题即可.
【解析】.
当,即时,;
当,即时,;
当时,.
综上所述,.
46.(2025高一·全国·课前预习)已知函数.
(1)若,求函数的最值;
(2)若,求函数的最值.
【答案】(1)最小值为,最大值为
(2)答案见解析
【分析】(1)求出函数的对称轴为,由二次函数的单调性,即可求解.
(2)分类讨论定区间与对称轴的关系,结合二次函数的图象与性质,可得答案.
【解析】(1)∵函数的图象开口向上,对称轴为直线,
∴在上单调递减,在上单调递增,且.
∴,.
(2)由(1)知对称轴为直线,
①当,即时,
,.
②当,即时,
,.
③当,即时,
,.
④当,即时,
,.
设函数的最大值为,最小值为,
则有,
.
47.(2025高一·广东深圳·期中)已知函数.
(1)若函数在上是增函数,求实数a的取值范围;
(2)若,求时的最小值.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)根据二次函数的性质列不等式,从而求得的取值范围.
(2)对进行分类讨论,从而求得.
【解析】(1)的开口向上,对称轴为,
由于函数在上是增函数,
所以,
所以的取值范围是.
(2)当时,,开口向上,对称轴为,
所以,当时,在时取得最小值,即;
当,时,在时取得最小值,
即;
当时,在时取得最小值,即.
所以.
48.(2025高一·河北廊坊·阶段练习)已知函数()
(1)设函数在区间上的最小值为,求的表达式;
(2)对(1)中的,当,时,恒有成立,求实数m的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)由函数的图象是开口向上抛物线,且对称轴为,分类讨论,求得函数的最大值,进而求得的表达式;
(2)当时,求得,转化为当,恒有,令,得到,分类讨论,求得的取值范围,即可求解.
【解析】(1)解:函数的图象是开口向上抛物线,且对称轴为,
当时,函数在区间上单调递增,所以;
当时,函数在区间上单调递减,所以;
当时,函数在区间上单调递减,在区间上单调递增,
所以,
所以的表达式为.
(2)解:当时,可得,可得,
因为当,恒有成立,
所以当,恒有,
令,则,
当时,即时,,解得,所以;
当时,即时,,解得,所以,
综上所述,实数的取值范围是.
49.(2025高一·河北石家庄·阶段练习)已知二次函数满足,且.
(1)求的解析式;
(2)设函数,求函数在区间上的最小值.
【答案】(1);
(2)详见解析.
【分析】(1)设函数的解析式为,利用待定系数法求解函数的解析式可得;
(2)结合(1)的结论可知,对称轴为,分类讨论求解即可.
【解析】(1)设,因为,所以,
,即,得,
所以;
(2)由题意知,对称轴为,
当即时,在上单调递增 ,;
当即时,;
当即时,在上单调递减,.
综上,.
50.(2025高一·天津东丽·期中)已知是二次函数,且满足,.
(1)求的解析式;
(2)直接写出的单调区间;
(3)求在区间上的最大值和最小值.
【答案】(1)
(2)在上单调递减,在上单调递增
(3)答案见详解
【分析】(1)设,利用待定系数法即可求出解析式;
(2)由,二次函数图象开口向上,且对称轴为,可得单调区间;
(3)通过讨论,,时,即可求得二次函数在区间上的最值.
【解析】(1)因为是二次函数,
设,
∴,
所以,
∵,即,
∴,即,
又∵,∴,
所以.
(2)由(1)知,,
因为,函数图象开口向上,且对称轴为,
所以在上单调递减,在上单调递增.
(3)由(2)知,当时,在区间上单调递减,
所以,
;
当时,在区间上单调递减,在上单调递增,
所以,
;
当时,在区间上单调递减,在上单调递增,
所以,
,
综上,当时,的最大值为5,最小值为;
当时,的最大值为5,最小值为;
当时,的最大值为,最小值为.
(七)
一元二次不等式的恒成立问题
(1)ax2+bx+c>0(a≠0)恒成立(或解集为R)时,满足;
(2)ax2+bx+c≥0(a≠0)恒成立(或解集为R)时,满足;
(3)ax2+bx+c<0(a≠0)恒成立(或解集为R)时,满足;
(4)ax2+bx+c≤0(a≠0)恒成立(或解集为R)时,满足.
注:①已知关于的一元二次不等式的解集为,则一定满足;
②已知关于的一元二次不等式的解集为,则一定满足.
③含参数的一元二次不等式恒成立.若能够分离参数成k<f(x)或k>f(x)形式.则可以转化为函数值域求解.
设f(x)的最大值为M,最小值为m.
(1)k<f(x)恒成立⇔k<m,k≤f(x)恒成立⇔k≤m.
(2)k>f(x)恒成立⇔k>M,k≥f(x)恒成立⇔k≥M.
题型11:函数不等式恒成立问题
51.(25-26高三·福建龙岩·阶段练习)已知二次函数.
(1)若时,不等式恒成立,求实数的取值范围.
(2)解关于的不等式(其中).
【答案】(1)
(2)答案见解析
【分析】(1)等价变形给定不等式,分离参数,利用基本不等式求出最小值即可.
(2)分类讨论求解含参数的不等式.
【解析】(1)不等式,
当时,恒成立,而,
当且仅当时取等号,则,
所以实数a的取值范围是.
(2)不等式,
当时,不等式为,解得;
当时,不等式为,解得或;
所以当时,原不等式解集为;
当时,原不等式解集为.
52.(25-26高三·北京顺义·阶段练习)已知,且的解集为.
(1)求t,m的值;
(2)若在上恒成立,求的最大值.
【答案】(1);
(2).
【分析】(1)问题化为的两个根为,且,应用根与系数关系求参数值;
(2)问题化为在上恒成立,结合对勾函数的性质求右侧最小值,即可得.
【解析】(1)由题设的两个根为,且,则,可得;
(2)由(1)及题设知在上恒成立,
根据对勾函数的性质知在上单调递减,在上单调递增,
所以,故,即的最大值为.
53.(25-26高三·吉林长春·开学考试)已知,若不等式对于任意恒成立,则的最小值为 .
【答案】
【分析】令,代入,可得,进而验证可以取到即可.
【解析】令,,则不等式为对于任意恒成立,
取,则,即,解得,
当时,则,即,
由于的最小值为,
当时,则满足恒成立,此时符合题意,
故可以取到,
故答案为:
54.(2025高二·重庆沙坪坝·期末)已知函数,若恒成立,其中,则的取值范围是 .
【答案】
【分析】根据函数的图像特征,然后根据知道的图像是图像左移个单位长度,要使恒成立,通过分析图像找到相切时的情况,从而确定的取值范围.
【解析】易知函数图象如图所示,因为,
所以函数图象即为函数图象左移个单位长度,
当曲线与直线相切时,
令,即,
则,解得:,
故,恒成立时,由图像可知,.
故答案为:.
55.(25-26高三·重庆南岸·阶段练习)三叉戟是希腊神话中海神波塞冬的武器,而函数(其中,)的图象恰如其形,因而得名三叉戟函数.已知三叉戟函数的图象经过点,且满足.
(1)求函数的解析式;
(2)若,都有恒成立,求实数m的求值范围.
【答案】(1);
(2).
【分析】(1)根据给定条件,利用选定系数法求出函数解析式.
(2)等价变形给定恒成立的不等式,分离参数并构造函数,利用基本不等式及不等式性质求出最小值即可.
【解析】(1)由函数的图象经过点,得,
由,得,解得,
所以函数的解析式为.
(2),不等式恒成立,
令函数,而当时,,当且仅当时取等号,
因此,当且仅当时取等号,则,解得,
所以实数m的取值范围是.
题型12:函数不等式有解问题
56.(2025高二·福建泉州·期末)已知函数,(),若,,使得,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】先求两个函数的值域,再根据题意判断两值域间的包含关系解得.
【解析】因为,对,有.
同理,对,有.
由,,使得,得
,得.
故选:B.
57.(2025高一·全国·专题练习)已知函数,若对任意,总存在使得,则实数的取值范围是 .
【答案】或
【分析】由题意可得,分,和三种情况讨论即可求解.
【解析】对任意,总存在使得成立,等价于.
当时,单调递减,.
当时,图象的对称轴为直线.
①当时,在上单调递增,
,,解得;
②当时,在上单调递减,
,,解得;
③当时,,,
解得或,这与相矛盾,故舍去.
综上所述,或.
故答案为:或.
58.(2025高一·云南玉溪·期末)已知函数,,若对任意的,总存在,使成立,则实数的取值范围是 .
【答案】
【分析】根据题意问题化为值域是值域的子集,结合一次函数、二次函数性质求区间值域,由值域的包含关系列不等式求参数范围.
【解析】由题意,函数,,
根据二次函数的性质,当时,,记,
对任意,总存在,使成立,
当,在上是增函数,,记.
所以,则,解得;
当,在上是减函数,,记,
所以,则,解得,
综上,实数的取值范围是.
【点睛】关键点点睛:问题化为值域是值域的子集为关键.
59.(2025高一·四川泸州·期中)已知函数的定义域为,,且.若关于x的不等式在上有解,则a的取值范围为 .
【答案】
【分析】利用赋值法求出函数的解析式,再代入,转化不等式为在上有解,参变分离转化为求函数的最值问题即可求解.
【解析】令,则,
令,则,则,
所以在上有解,即在上有解,
即存在,使得即,
而函数在上单调递减,
当时,取得最小值,因此,
所以a的取值范围为.
故答案为:.
一、单选题
1.(2025高一·全国·课后作业)下列函数在上单调递增的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】分别判断选项中的函数在上的单调性即可.
【解析】对于A,反比例函数在上单调递增,当时,函数没有意义,故A不符合题意;
对于B,反比例函数在上单调递减,当时,函数没有意义,故B不符合题意;
对于C,时,,在上单调递增,故C符合题意;
对于D,由二次函数性质可知,在上先减后增,故D不符合题意.
故选:C.
2.(2025高一·全国·课后作业)若函数在上是增函数,则下列关系式中成立的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】根据增函数的定义求解即可.
【解析】因为在上是增函数,且,
所以.
故选:.
3.(2025高一·河南信阳·阶段练习)若函数在上单调递增,则a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】分和两种情况进行讨论即可
【解析】当时,则,在上单调递增,满足题意;
当时,的对称轴为,
要使函数在上单调递增,只需,解得
综上,a的取值范围是
故选:D
4.(2025高一·河北秦皇岛·阶段练习)已知函数是R上的增函数,,是其图象上的两点,则的解集是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】利用函数单调性可解.
【解析】由已知,得,
则,
在R上单调递增,.
故选:B.
5.(2025高一·广东佛山·阶段练习)函数f(x)在[0,+∞)上是减函数,且f(2)=﹣1,则满足f(2x﹣4)>﹣1的实数x的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由题意可得,结合单调性及函数的定义域可得不等式,结不等式即可得答案.
【解析】∵,且,
∴,
又∵在上是减函数,
∴,解得,即实数的取值范围是,
故选C.
【点睛】本题主要考查函数单调性的应用,考查数学转化思想方法,是基础题.
6.(2025高一·全国·课后作业)已知函数是上的减函数,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】由题意可得出关于实数的不等式组,由此可解得实数的取值范围.
【解析】由于函数是上的减函数,
则函数在上为减函数,所以,,解得.
且有,解得.
综上所述,实数的取值范围是.
故选:A.
【点睛】本题考查利用分段函数的单调性求参数,考查计算能力,属于中等题.
7.(2025高一·全国·课后作业)函数f(x)在[-2,2]上的图象如图所示,则此函数的最小值、最大值分别是( )
A.-1,0 B.0,2
C.-1,2 D.,2
【答案】C
【分析】根据图象观察即可.
【解析】根据图象观察知,
故选:
8.(2025高一·湖北武汉·阶段练习)已知函数,其定义域是,,则下列说法正确的是
A.有最大值,无最小值 B.有最大值,最小值
C.有最大值,无最小值 D.有最大值2,最小值
【答案】A
【分析】将化为,判断在,的单调性,即可得到最值.
【解析】解:函数
即有在,递减,
则处取得最大值,且为,
由取不到,即最小值取不到.
故选:.
【点睛】本题考查函数的最值的求法,注意运用单调性,考查运算能力,属于基础题.
9.(2025高一·全国·专题练习)求函数,,的值域( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据二次函数对称轴与定义区间位置关系确定最值,即得值域.
【解析】因为,又,所以,即函数的值域为,故选B.
【点睛】本题考查二次函数值域,考查基本求解能力.
10.(2025高一·全国·课后作业)当时,恒成立,则实数a的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据恒成立问题结合二次函数最值分析求解.
【解析】记,则.
而,
当时,,
所以实数a的取值范围是.
故选C.
11.(2025高一·全国·课后作业)已知函数,当时,恒有成立,则实数的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】由函数在上为单调递增函数,求得取得最小值,结合题意,即可求解.
【解析】由题意,函数在上为单调递增函数,
所以当时,函数取得最小值,最小值为,
要使得当时,恒有成立,所以.
故选:B.
【点睛】本题主要考查了利用函数的单调性求最值,以及不等式的恒成立问题的求解,着重考查转化思想,以及运算能力.
12.(2025高一·全国·课后作业)函数在上取得最大值3,最小值2,则实数的值为( )
A.0或1 B.1 C.2 D.以上都不对
【答案】B
【分析】判断二次函数的单调性即可得出结论.
【解析】因为函数,对称轴为,开口方向向上,
所以在上单调递减,其最大值、最小值分别在两个端点处取得,
即,故.
故选:B
13.(2025高一·天津和平·期中)设函数,则的值域是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】分别当和求出的范围和解析式,再分别求出每段的值域,然后求其并集可得答案
【解析】当,即,时,或,
,
因为,所以,
因此这个区间的值域为.
当时,即,得,
其最小值为,
其最大值为,
因此这区间的值域为.
综上,函数值域为:.
故选:D
【点睛】方法点睛:本题考查的值域的求法.解题时要认真审题,注意分类讨论思想的合理运用.
分类讨论思想的常见类型
⑴问题中的变量或含有需讨论的参数的,要进行分类讨论的;
⑵问题中的条件是分类给出的;
⑶解题过程不能统一叙述,必须分类讨论的;
二、多选题
14.(2025高一·江苏南通·期中)已知函数,下列关于函数的单调性说法正确的是( )
A.函数在上不具有单调性
B.当时,在上递减
C.若的单调递减区间是,则a的值为
D.若在区间上是减函数,则a的取值范围是
【答案】BD
【解析】对于A,取可判断;对于B,可得的单调递减区间为,即可判断;对于C,由题可得无解,即可判断;对于D,讨论和即可求出.
【解析】对于A,当时,在上单调递减,故A错误;
对于B,当时,对称轴为,开口向上,的单调递减区间为,,在上递减,故B正确;
对于C,若的单调递减区间是,则无解,故C错误;
对于D,当时,在上单调递减,满足题意;当时,若在区间上是减函数,则,解得;综上,故D正确.
故选:BD.
【点睛】关键点睛:本题考查含参二次函数的单调性问题,解题的关键是求出函数的对称轴和开口方向,根据二次函数的图象和性质列不等式求解.
15.(2025高三·全国·专题练习)(多选)下列说法正确的是( )
A.是减函数 B.在上单调递增
C.在上单调递增 D.在上的最小值为0
【答案】AC
【分析】根据一次函数、二次函数、对勾函数的单调性,结合函数单调性的性质逐一判断即可.
【解析】因为,所以函数是减函数,故A正确;
函数在上单调递增,且此时有,
根据复合函数的单调性可知在上单调递减,故B错误;
由对勾函数的性质可知在上单调递增,故C正确;
函数的图象的对称轴为直线且,又函数的图象开口向上,
所以在上的最小值为,故D错误.
故选:AC
16.(25-26高一·河南驻马店·开学考试)已知函数是上的增函数,则a的取值可以是( )
A. B. C.0 D.1
【答案】ABC
【分析】先分析每一段函数的单调性,然后再分析分段点处函数值的大小关系,由此求解即可.
【解析】由题意可得,解得.
所以实数的取值范围是.
故选:ABC.
17.(2025高三·全国·专题练习)已知函数,的图象如图所示,则下列说法正确的是( )
A.是函数的单调递增区间
B.是函数的单调递减区间
C.函数在上单调递增
D.函数在上单调递减
【答案】ABD
【分析】利用函数图象得到单调性判断A,B,利用单调区间不能用并集符号连接判断C,D即可.
【解析】对于A,根据函数图象可知函数在上单调递增,故A正确,
对于B,根据函数图象可知函数在上单调递减,故B正确,
由图象可知,,因此不能说函数在上单调递增,C错误;
由于函数在时有定义,由图象可知,则为函数的一个单调递减区间,故函数在上单调递减,D正确..
故选:ABD.
三、填空题
18.(2025高一·全国·专题练习)函数为定义在上的增函数,且,则实数的取值范围是 .
【答案】.
【分析】根据函数的单调性可得,解不等式组即可求解.
【解析】由题意得,解得.
所以实数的取值范围是.
故答案为:
19.(2025高一·全国·课后作业)已知在[1,3]上是单调函数,则实数m的取值范围为 .
【答案】m≤0或m≥4
【分析】求出二次函数的对称轴,利用二次函数的单调性质,可以得到两个不等式,解不等式即可求出实数m的取值范围.
【解析】根据题意,为二次函数,其对称轴为x,若f(x)在[1,3]上是单调函数,则有1或3,解可得m≤0或m≥4,即m的取值范围为m≤0或m≥4,故答案为m≤0或m≥4.
【点睛】本题考查了二次函数的单调性质,考查了数学运算能力.
20.(2025高一·江西南昌·期中)与在上都是减函数,则的取值范围是 .
【答案】
【分析】函数在区间上是减函数,可得区间是其减区间的子集,进而求出的范围;函数在上是减函数,由幂函数的性质求出的范围.
【解析】函数的对称轴为 ,在区间上是减函数,
函数的单调减区间为,
又其在区间上是减函数,
;
函数在上是减函数,
,
综上,的取值范围为.
故答案为:.
【点睛】本题考查根据函数的单调性求参数的取值范围,属于常考题.
21.(2025高一·全国·课后作业)已知是定义在上的增函数,,,则不等式的解集为 .
【答案】
【分析】依题意,不等式等价于,利用函数单调性求解即可.
【解析】由可得.
因为,所以不等式,即为.
因为是定义在上的增函数,所以,解得.
故不等式的解集为.
故答案为:
22.(2025高一·河北石家庄·阶段练习)已知函数在区间上的最大值为 .
【答案】-4
【解析】试题分析:由题意,得在上为减函数,则在也为减函数;所以当时,
.
考点:函数的单调性与最值.
23.(2025高一·河南许昌·阶段练习)某公司在甲、乙两地同时销售一种品牌车,利润(单位:万元)分别为和,其中为销售量(单位:辆).若该公司在两地共销售辆,则能获得的最大利润为 万元.
【答案】120
【分析】设在甲地销售量,则在乙地销售为,再列出利润函数求最大值即可.
【解析】设在甲地销售量,则在乙地销售为,
则利润为
因为二次函数对称轴为,故当时均取得最大值.
故答案为120
【点睛】本题主要考查方程的思想以及二次函数的最值问题.
24.(2025高一·全国·课后作业)已知二次函数f(x)=ax2+2ax+1在区间[-2,3]上的最大值为6,则a的值为 .
【答案】或-5
【分析】根据函数解析式确定函数对称轴和定点,数形结合确定最大值点,建立等量关系求解a的值.
【解析】根据所给二次函数解析式可知,对称轴为x=﹣1,且恒过定点(0,1),
(1)当a<0时,函数在[﹣2,﹣1]上单调递增,在[﹣1,3]上单调递减,
所以函数在x=﹣1处取得最大值,因为f(﹣1)=﹣a+1=6,所以a=﹣5.
(2)当a>0时,函数在[﹣2,﹣1]上单调递减,在[﹣1,3]上单调递增,
所以函数在x=3处取得最大值,
因为f(3)=15a+1=6,所以a=,
故答案为﹣5或.
【点睛】本题考查二次函数的性质,对于给出最值求参题目,一般要结合题中所给解析式大致确定函数图象、分类讨论来研究,属于中档题.
25.(2025高一·河南安阳·阶段练习)已知函数,,若对任意,总存在,使成立,则实数的取值范围为 .
【答案】
【分析】根据对任意的,总存在,使成立,转化为两个函数值域的包含关系,进而根据关于的不等式组,解不等式组可得答案.
【解析】由题意,函数..
根据二次函数的性质,可得当时, ,记.
由题意当时,在上是增函数,
∴,记.
由对任意,总存在,使成立,所以
则,解得:
故答案为.
【点睛】本题主要考查了一元二次函数的图象和性质的应用,以及存在性问题求解和集合包含关系的综合应用,其中解答中把对任意的,总存在,使成立,转化为两个函数值域的包含关系是解答的关键,着重考查了转化思想,以及运算与求解能力,属于中档试题.
四、解答题
26.(2025高一·全国·课后作业)画出下列函数的图象,并写出单调区间:
(1);
(2).
【答案】(1)图象见解析;单调递增区间为和,无单调递减区间
(2)图象见解析;单调递增区间为,单调递减区间为和
【分析】(1)根据函数的解析式可作出其图象,即可得单调区间;
(2)化简函数的解析式为,结合二次函数性质可作出其图象,即可得单调区间.
【解析】(1)画出的图象如图所示,
可得其单调递增区间为和,无单调递减区间.
(2) ,作出该函数的图象如图所示,
观察图象,知该函数的单调递增区间为,单调递减区间为和.
27.(2025高一·福建福州·阶段练习)已知函数.
(1)讨论函数在上单调性,并用定义证明;
(2)当时,有,求的范围.
【答案】(1)证明见解析
(2)
【分析】(1)利用函数的单调性定义进行证明即可;
(2)根据的取值范围确定和的范围,再依据(1)的结论列出不等式组进行求解即可.
【解析】(1)函数在上为增函数,
证明:设,,
,
,,
,,
,
则,
,
即,
函数在上为增函数.
(2)当时,,
且由(1)知,函数在上为增函数,
,
解得,
所以m的范围为.
28.(2025高一·全国·课后作业)设f(x)=x2+1,g(x)=f(f(x)),F(x)=g(x)-λf(x).问是否存在实数λ,使F(x)在区间上是减函数且在区间上是增函数?
【答案】存在这样的实数λ(λ=3).
【分析】先整理函数,进行换元,利用二次函数单调性求参数值即可.
【解析】解:假设存在这样的实数λ,则由f(x)=x2+1,g(x)=f(f(x)),
得g(x)=(x2+1)2+1=x4+2x2+2,
所以F(x)=g(x)-λf(x)=x4+(2-λ)x2+2-λ.
令t=x2,则t=x2在(-∞,0)上递减,且当x∈时,t>;当x∈时,0<t<.故要使F(x)在上递减,在上递增,
则函数φ(t)=t2+(2-λ)t+2-λ在上递增,在上递减,
所以函数φ(t)=t2+(2-λ)t+2-λ的图像的对称轴t=为t=,
即=,则λ=3.
故存在这样的实数λ(λ=3),使F(x)在区间上是减函数且在区间上是增函数.
【点睛】本题考查了利用函数单调性求参数的问题,属于中档题.
29.(2025高一·全国·专题练习)已知函数f(x)=求f(x)的最大值、最小值.
【答案】最大值为1,最小值为0.
【分析】根据题意作出函数的图象,进而根据图象得到函数的最值.
【解析】作出函数f(x)的图象(如图).
由图象可知,当x=±1时,f(x)取最大值为f(±1)=1.当x=0时,f(x)取最小值f(0)=0,
故f(x)的最大值为1,最小值为0.
30.(2025高一·山东临沂·期末)某地某路无人驾驶公交车发车时间间隔(单位:分钟)满足,,经测算.该路无人驾驶公交车载客量与发车时间间隔满足:,其中.
(1)求,并说明的实际意义:
(2)若该路公交车每分钟的净收益(元),问当发车时间间隔为多少时,该路公交车每分钟的净收益最大?并求每分钟的最大净收益.
【答案】(1);发车时间间隔为分钟时,载客量为
(2)发车时间间隔为分钟时,该路公交车每分钟的净收益最大,最大净收益为元.
【分析】(1)将代入函数的解析式,可计算出,结合题意说明的实际意义;
(2)求出函数的解析式,分别求出该函数在区间和上的最大值,比较大小后可得出结论.
【解析】(1),实际意义为:发车时间间隔为分钟时,载客量为;
(2),
当时,,
当且仅当,即时,等号成立,
所以,当时,取得最大值;
当时,,该函数在区间上单调递减,
则当时,取得最大值.
综上所述,当发车时间间隔为分钟时,该路公交车每分钟的净收益最大,最大净收益为元.
31.(2025高一·浙江杭州·期中)已知,函数.
(1)当,请直接写出函数的单调递增区间(不需要证明);
(2)记在区间上的最小值为,求的表达式;
(3)对(2)中的,当,时,恒有成立,求实数的取值范围.
【答案】(1)
(2)
(3)
【分析】(1)当时,将函数的解析式表示为分段函数的形式,可直接写出函数的单调递增区间;
(2)分、两种情况讨论,分析函数在上的单调性,即可得出的表达式;
(3)令,分、两种情况讨论,求出函数在上的最大值,即可得出实数的取值范围.
【解析】(1)解:当时,,
所以,函数的单调递增区间为.
(2)解:由题意可知,
①当时,函数在上单调递减,在上单调递增,
所以,;
②当时,函数在上单调递减,则.
综上所述,.
(3)解:当,时,令,则,
①若,当时,函数在上单调递减,在上单调递增,
且,,
此时,,此时;
②若时,当时,函数在上单调递减,
此时,,此时.
综上所述,.
【点睛】方法点睛:“动轴定区间”型二次函数最值的方法:
(1)根据对称轴与区间的位置关系进行分类讨论;
(2)根据二次函数的单调性,分别讨论参数在不同取值下的最值,必要时需要结合区间端点对应的函数值进行分析;
(3)将分类讨论的结果整合得到最终结果.
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