2022高考数学一轮复习 第二章 §2.2 第1课时 单调性与最大(小)值
展开1.函数的单调性
(1)单调函数的定义
(2)单调区间的定义
如果函数y=f(x)在区间D上是增函数或减函数,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.
2.函数的最值
3.函数的奇偶性
4.周期性
(1)周期函数:对于函数y=f(x),如果存在一个非零常数T,使得当x取定义域内的任何值时,都有f(x+T)=f(x),那么就称函数y=f(x)为周期函数,非零常数T为这个函数的周期.
(2)最小正周期:如果在周期函数f(x)的所有周期中存在一个最小的正数,那么这个最小正数就叫做f(x)的最小正周期.
微思考
1.函数y=f(x)满足∀x1,x2∈D,x1≠x2,eq \f(fx1-fx2,x1-x2)>0(<0),能否判断f(x)在区间D上的单调性?
提示 能,eq \f(fx1-fx2,x1-x2)>0(<0)⇔f(x)在D上单调递增(单调递减).
2.奇函数、偶函数在关于原点对称的区间上的单调性是怎样的?
提示 奇函数在关于原点对称的区间上具有相同的单调性,偶函数在关于原点对称的区间上具有相反的单调性.
题组一 思考辨析
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)函数y=eq \f(1,x)的单调递减区间是(-∞,0)∪(0,+∞).( × )
(2)若函数f(x)为奇函数,则f(0)=0.( × )
(3)若y=f(x)在区间D上单调递增,则函数y=kf(x)(k<0),y=eq \f(1,fx)在区间D上单调递减.( × )
(4)若函数f(x)满足f(4-x)=f(x),则f(x)的图象关于x=2对称.( √ )
题组二 教材改编
2.下列函数为奇函数且在定义域内为增函数的是( )
A.f(x)=x-1 B.f(x)=x2+x
C.f(x)=2x-2-x D.f(x)=2x+2-x
答案 C
解析 f(x)=x-1为非奇非偶函数,f(x)=x2+x为非奇非偶函数,f(x)=2x+2-x为偶函数.
3.函数y=eq \f(x,x-1)在区间[2,3]上的最大值是________.
答案 2
解析 函数y=eq \f(x,x-1)=1+eq \f(1,x-1)在[2,3]上为减函数,
当x=2时,y=eq \f(x,x-1)取得最大值eq \f(2,2-1)=2.
4.设奇函数f(x)的定义域为[-5,5],若当x∈[0,5]时,f(x)的图象如图所示,则不等式f(x)<0的解集为________.
答案 (-2,0)∪(2,5]
解析 由图象可知,当0
综上,f(x)<0的解集为(-2,0)∪(2,5].
题组三 易错自纠
5.函数f(x)=(x+1)eq \r(\f(x-1,x+1))是________函数.(填“奇”“偶”或“非奇非偶”)
答案 非奇非偶
解析 f(x)的定义域为(-∞,-1)∪[1,+∞)不关于原点对称.
故f(x)为非奇非偶函数.
6.函数y=f(x)是定义在[-2,2]上的减函数,且f(a+1)
解析 由条件知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-2≤a+1≤2,,-2≤2a≤2,,a+1>2a,))
解得-1≤a<1.
第1课时 单调性与最大(小)值
题型一 确定函数的单调性
命题点1 求具体函数的单调区间
例1 (1)函数的单调递增区间为( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),3)) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-2,\f(1,2)))
C.(-2,3) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞))
答案 A
解析 由-x2+x+6>0,得-2
答案 [0,1)
解析 由题意知g(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2,x>1,,0,x=1,,-x2,x<1,))该函数图象如图所示,其单调递减区间是[0,1).
命题点2 判断或证明函数的单调性
例2 试讨论函数f(x)=eq \f(ax,x-1)(a≠0)在(-1,1)上的单调性.
解 方法一 设-1
f(x1)-f(x2)=aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(1,x1-1)))-aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(1,x2-1)))
=eq \f(ax2-x1,x1-1x2-1),
由于-1
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)
=eq \f(ax-1-ax,x-12)=-eq \f(a,x-12).
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.
思维升华 确定函数单调性的四种方法
(1)定义法:利用定义判断.
(2)导数法:适用于初等函数、复合函数等可以求导的函数.
(3)图象法:由图象确定函数的单调区间需注意两点:一是单调区间必须是函数定义域的子集;二是图象不连续的单调区间要分开写,用“和”或“,”连接,不能用“∪”连接.
(4)性质法:利用函数单调性的性质,尤其是利用复合函数“同增异减”的原则时,需先确定简单函数的单调性.
跟踪训练1 (1)函数f(x)=|x-2|x的单调递减区间是________.
答案 [1,2]
解析 f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2-2x,x≥2,,-x2+2x,x<2.))
画出f(x)的大致图象(如图所示),
由图知f(x)的单调递减区间是[1,2].
(2)已知a>0,函数f(x)=x+eq \f(a,x)(x>0),证明:函数f(x)在(0,eq \r(a)]上单调递减,在[eq \r(a),+∞)上单调递增.
证明 方法一 (定义法)设x1>x2>0,
f(x1)-f(x2)=x1+eq \f(a,x1)-x2-eq \f(a,x2)
=(x1-x2)+eq \f(ax2-x1,x1x2)
=eq \f(x1-x2x1x2-a,x1x2),
∵x1>x2>0,∴x1-x2>0,x1x2>0,
当x1,x2∈(0,eq \r(a)]时,0
当x1,x2∈[eq \r(a),+∞)时,x1x2>a,
∴x1x2-a>0,∴f(x1)-f(x2)>0,
∴f(x1)>f(x2),
∴f(x)在[eq \r(a),+∞)上单调递增.
方法二 (导数法)f′(x)=1-eq \f(a,x2)=eq \f(x2-a,x2)(x>0),
令f′(x)>0⇒x2-a>0⇒x>eq \r(a),
令f′(x)<0⇒x2-a<0⇒0
题型二 函数单调性的应用
命题点1 比较函数值的大小
例3 (1)设f(x)是定义域为R的偶函数,且在(0,+∞)上单调递减,则( )
A.
B.
C.
D.
答案 C
解析 f(x)为偶函数且在(0,+∞)上单调递减,
f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(lg3\f(1,4)))=f(-lg34)=f(lg34),
又lg34>1,,
∴,
即.
(2)(2020·全国Ⅰ)若2a+lg2a=4b+2lg4b,则( )
A.a>2b B.a<2b
C.a>b2 D.a
解析 由指数和对数的运算性质可得
2a+lg2a=4b+2lg4b=22b+lg2b.
令f(x)=2x+lg2x,
则f(x)在(0,+∞)上单调递增,
又∵22b+lg2b<22b+lg2b+1=22b+lg22b,
∴2a+lg2a<22b+lg22b,
即f(a)
A.a>2b B.a<2b
C.a
答案 A
解析 4b+2lg4b+1=22b++1=22b+lg2b+1=22b+lg22b,
∴2a+lg2a>22b+lg22b,
∵函数f(x)=2x+lg2x在(0,+∞)上为增函数,
∴a>2b.
命题点2 求函数的最值
例4 (2021·深圳模拟)函数y=eq \f(\r(x2+4),x2+5)的最大值为________.
答案 eq \f(2,5)
解析 令eq \r(x2+4)=t,则t≥2,
∴x2=t2-4,
∴y=eq \f(t,t2+1)=eq \f(1,t+\f(1,t)),
设h(t)=t+eq \f(1,t),则h(t)在[2,+∞)上为增函数,
∴h(t)min=h(2)=eq \f(5,2),
∴y≤eq \f(1,\f(5,2))=eq \f(2,5)(x=0时取等号).
即y的最大值为eq \f(2,5).
命题点3 解函数不等式
例5 已知函数f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))x-lg2(x+2),若f(a-2)>3,则a的取值范围是________.
答案 (0,1)
解析 由f(x)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))x-lg2(x+2)知,
f(x)在定义域(-2,+∞)上是减函数,且f(-1)=3,
由f(a-2)>3,得f(a-2)>f(-1),
即-2命题点4 求参数的取值范围
例6 如果函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2-ax+1,x<1,,ax,x≥1))满足对任意x1≠x2,都有eq \f(fx1-fx2,x1-x2)>0成立,那么实数a的取值范围是( )
A.(0,2) B.(1,2)
C.(1,+∞) D.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),2))
答案 D
解析 因为对任意x1≠x2,都有eq \f(fx1-fx2,x1-x2)>0,
所以y=f(x)在R上是增函数.
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2-a>0,,a>1,,2-a×1+1≤a,))解得eq \f(3,2)≤a<2.
故实数a的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),2)).
思维升华 函数单调性应用问题的常见类型及解题策略
(1)比较大小.
(2)求最值.
(3)解不等式.利用函数的单调性将“f”符号去掉,转化为具体的不等式求解,应注意函数的定义域.
(4)利用单调性求参数.
①依据函数的图象或单调性定义,确定函数的单调区间,与已知单调区间比较.
②需注意若函数在区间[a,b]上单调,则该函数在此区间的任意子区间上也单调.
③分段函数的单调性,除注意各段的单调性外,还要注意衔接点的取值.
跟踪训练2 (1)已知函数f(x)的图象关于直线x=1对称,当x1≠x2且x1,x2∈(1,+∞)时,[f(x2)-f(x1)]·(x2-x1)<0恒成立,设a=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2))),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
答案 D
解析 依题意f(x)在(1,+∞)上单调递减,在(-∞,1)上单调递增,
且f(x)关于x=1对称,
∴a=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5,2))),
∴f(e)
答案 (-2,1)
解析 根据函数f(x)的图象(图略)可知,f(x)是定义在R上的增函数.∴2-x2>x,∴-2
答案 (-∞,1]
解析 令t=|x-a|,∴y=et,
t=|x-a|在(-∞,a]上单调递减,在[a,+∞)上单调递增,
又y=et为增函数,
∴f(x)=e|x-a|在(-∞,a]上单调递减,在[a,+∞)上单调递增,∴a≤1.
课时精练
1.下列函数中,在区间(0,+∞)上单调递增的是( )
A.y=ln(x+2) B.y=-eq \r(x+1)
C.y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x D.y=x+eq \f(1,x)
答案 A
解析 函数y=ln(x+2)的单调递增区间为(-2,+∞),所以在(0,+∞)上一定单调递增.
2.设a∈R,函数f(x)在R上是增函数,则( )
A.f(a2+a+2)>f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(7,4))) B.f(a2+a+2)
答案 C
解析 ∵a2+a+2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(a+\f(1,2)))2+eq \f(7,4)≥eq \f(7,4),
又f(x)在R上是增函数,∴f(a2+a+2)≥f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(7,4))).
3.函数f(x)=eq \f(x,1-x)在( )
A.(-∞,1)∪(1,+∞)上是增函数
B.(-∞,1)∪(1,+∞)上是减函数
C.(-∞,1)和(1,+∞)上是增函数
D.(-∞,1)和(1,+∞)上是减函数
答案 C
解析 函数f(x)的定义域为{x|x≠1}.f(x)=eq \f(x,1-x)=eq \f(1,1-x)-1,根据函数y=-eq \f(1,x)的单调性及有关性质,可知f(x)在(-∞,1)和(1,+∞)上是增函数.
4.(2021·广东省佛山市佛山一中月考)已知函数f(x)是定义域为[0,+∞)上的减函数,且f(2)=-1,则满足f(2x-4)>-1的实数x的取值范围是( )
A.(3,+∞) B.(-∞,3)
C.[2,3) D.[0,3)
答案 C
解析 f(x)在定义域[0,+∞)上是减函数,且f(2)=-1,
∴f(2x-4)>-1可化为f(2x-4)>f(2),
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2x-4≥0,,2x-4<2,))解得2≤x<3.
5.(多选)若f(x)=-x2+2ax与g(x)=eq \f(a,x+1)在区间[1,2]上都单调递减,则实数a的取值可以是( )
A.-1 B.eq \f(1,2) C.1 D.2
答案 BC
解析 因为f(x)=-x2+2ax在[1,2]上单调递减,所以a≤1,又因为g(x)=eq \f(a,x+1)在[1,2]上单调递减,
所以a>0,所以06.(多选)已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(ln x+2x,x>0,,\f(2,1-x),x≤0,))则下列结论正确的是( )
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]
答案 BC
解析 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≤-1或a≥0,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不正确.
7.函数y=-x2+2|x|+1的单调递增区间为__________,单调递减区间为________.
答案 (-∞,-1]和[0,1] (-1,0)和(1,+∞)
解析 由于y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-x2+2x+1,x≥0,,-x2-2x+1,x<0,))
即y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-x-12+2,x≥0,,-x+12+2,x<0.))
画出函数图象如图所示,
单调递增区间为(-∞,-1]和[0,1],单调递减区间为(-1,0)和(1,+∞).
8.设函数f(x)=eq \f(2x,x-2)在区间[3,4]上的最大值和最小值分别为M,m,则eq \f(m2,M)=________.
答案 eq \f(8,3)
解析 f(x)=eq \f(2x,x-2)=eq \f(2x-4+4,x-2)=2+eq \f(4,x-2)在[3,4]上是减函数,
∴f(x)min=f(4)=4,f(x)max=f(3)=6,
∴M=6,m=4,∴eq \f(m2,M)=eq \f(16,6)=eq \f(8,3).
9.函数f(x)=ex+x-e,若实数a(a>0且a≠1)满足f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(lga\f(3,4)))<1,则a的取值范围为________.
答案 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(3,4)))∪(1,+∞)
解析 f(x)=ex+x-e,∴f(x)在R上为增函数且f(1)=1,
∴f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(lga\f(3,4)))<1,可化为f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(lga\f(3,4)))
当0当a>1时,符合题意.
∴a的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(3,4)))∪(1,+∞).
10.设函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-x2+4x,x≤4,,lg2x,x>4.))若函数f(x)在区间(a,a+1)上单调递增,则实数a的取值范围是__________________.
答案 (-∞,1]∪[4,+∞)
解析 函数f(x)的图象如图所示,
由图象可知f(x)在(a,a+1)上单调递增,需满足a≥4或a+1≤2,即a≤1或a≥4.
11.已知函数f(x)=ax-eq \f(1,ax)+eq \f(2,a)(a>0),且f(x)在(0,1]上的最大值为g(a),求g(a)的最小值.
解 f(x)=ax-eq \f(1,ax)+eq \f(2,a)(a>0),
∴f(x)在(0,1]上为增函数,
∴f(x)max=f(1)=a+eq \f(1,a),
∴g(a)=a+eq \f(1,a)≥2,当且仅当a=eq \f(1,a)即a=1时取等号,
∴g(a)的最小值为2.
12.已知函数f(x)=a-eq \f(2,2x+1).
(1)求f(0);
(2)探究f(x)的单调性,并证明你的结论;
(3)若f(x)为奇函数,求满足f(ax)
(2)f(x)在R上单调递增.证明如下:
∵f(x)的定义域为R,∴任取x1,x2∈R且x1
∵y=2x在R上单调递增且x1
∴f(x1)-f(x2)<0,即f(x1)
(3)∵f(x)是奇函数,∴f(-x)=-f(x),
即a-eq \f(2,2-x+1)=-a+eq \f(2,2x+1),解得a=1.
∴f(ax)
∴x的取值范围是(-∞,2).
13.已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x-1,x≤0,,-x3,x>0,))当x∈[m,m+1]时,不等式f(2m-x)
C.(-2,2) D.(-∞,0)
答案 B
解析 易知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))x-1,x≤0,,-x3,x>0))在x∈R上单调递减,
又f(2m-x)
即2x
14.设函数f(x)=eq \f(ax+1,x+2a)在区间(-2,+∞)上是增函数,那么a的取值范围是________.
答案 [1,+∞)
解析 f(x)=eq \f(ax+2a2-2a2+1,x+2a)=a-eq \f(2a2-1,x+2a),
定义域为{x|x≠-2a},
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2a2-1>0,,-2a≤-2,))
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2a2-1>0,,a≥1,))所以a≥1.
15.已知函数y=f(x)的定义域为R,对任意x1,x2且x1≠x2,都有eq \f(fx1-fx2,x1-x2)>-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
答案 A
解析 不妨令x1
(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.
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}.增函数
减函数
定义
一般地,设函数f(x)的定义域为I,如果对于定义域I内某个区间D上的任意两个自变量的值x1,x2
当x1
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
前提
一般地,设函数y=f(x)的定义域为I,如果存在实数M满足
条件
(1)对于任意的x∈I,都有f(x)≤M;
(2)存在x0∈I,使得f(x0)=M
(1)对于任意的x∈I,都有f(x)≥M;
(2)存在x0∈I,使得f(x0)=M
结论
M为最大值
M为最小值
奇偶性
定义
图象特点
偶函数
一般地,如果对于函数f(x)的定义域内任意一个x,都有f(-x)=f(x),那么函数f(x)就叫做偶函数
关于y轴对称
奇函数
一般地,如果对于函数f(x)的定义域内任意一个x,都有f(-x)=-f(x),那么函数f(x)就叫做奇函数
关于原点对称
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