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函数单调性

函数的单调性是指函数在其定义域的某个区间内,函数值随自变量的增大而增大(单调递增),或随自变量的增大而减小(单调递减)的性质。具体来说,若对于定义域内的任意两个数$x_1$和$x_2$,当$x_1 < x_2$时,都有$f(x_1) \leq f(x_2)$(单调递增),或者$f(x_1) \geq f(x_2)$(单调递减),则称函数在该区间上具有单调性。

判断函数单调性的方法主要有以下几种:

导数法

利用导数的正负性来判断函数的单调性。若函数的导函数在某区间内非负(非正),则函数在该区间内单调不降(不增);若导函数在某区间内为正(负),则函数在该区间内单调递增(递减)。

定义法

根据函数单调性的定义,如果在某区间内,对于任意的$x_1$和$x_2$($x_1 < x_2$),都有$f(x_1) \leq f(x_2)$(单调递增)或$f(x_1) \geq f(x_2)$(单调递减),则称函数在该区间内单调递增(或单调递减)。

图像法

通过观察函数图像的上升或下降趋势来判断函数的单调性。如果图像在某区间内一直上升(或下降),则函数在该区间内单调递增(或单调递减)。

复合函数同增异减法

对于复合函数$f[g(x)]$,其单调性取决于内层函数$g(x)$和外层函数$f(x)$的单调性。若内层函数和外层函数单调性相同,则复合函数单调递增;若内层函数和外层函数单调性相反,则复合函数单调递减。

示例

设函数$f(x) = x^2$,在区间$(-\infty, 0)$上,任取$x_1, x_2$,且$x_1 < x_2 < 0$,则有$f(x_1) = x_1^2 > x_2^2 = f(x_2)$,因此$f(x)$在区间$(-\infty, 0)$上单调递减。

建议

在实际应用中,可以根据函数的类型和已知条件选择合适的方法来判断其单调性。

对于复杂的函数,可以综合运用多种方法进行判断。

注意函数单调性的定义域,确保在正确的区间内讨论其单调性。

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