用导数求函数的单调性是高考必考查的内容,因此弄清导数与函数的单调性的关系、单调区间的求解过程和函数单调区间的合并是十分有必要的.
一、导数与函数的单调性的关系
我们在应用导数判断函数的单调性时一定要搞清以下三个关系,才能准确无误地判断函数的单调性.下面以增函数为例作简单的分析,前提条件都是函数y=f(x)在某个区间内可导.
(一)f′(x)>0与f(x)为增函数的关系.
f′(x)>0能推出f(x)为增函数,反之则不一定.如函数f(x)=x在(-∞,+∞)上单调递增,但f′(x)≥0,f′(x)>0是f(x)为增函数的充分不必要条件.
(二)f′(x)≠0时,f′(x)>0与f(x)为增函数的关系.
若将f′(x)=0的根作为分界点,因为规定f′(x)≠0,即抠去了分界点,此时f(x)为增函数,就一定有f′(x)>0.当f′(x)≠0时,f′(x)>0是f(x)为增函数的充分必要条件.
(三)f′(x)≥0与f(x)为增函数的关系.
f(x)为增函数,一定可以推出f′(x)≥0,反之则不一定,因为f′(x)≥0,即为f′(x)>0或f′(x)=0.当函数在某个区间内恒有f′(x)=0,则f(x)为常数,函数不具有单调性.f′(x)≥0是f(x)为增函数的必要不充分条件.
函数的单调性是函数一条重要性质,也是高中阶段研究的重点,我们一定要把握好以上三个关系,用导数判断好函数的单调性.因此新教材为解决单调区间的端点问题,都一律用开区间作为单调区间,避免讨论以上问题,也简化了问题.但在实际应用中还会遇到端点的讨论问题,要谨慎处理.
对于f′(x)<0与函数单调递减关系,仿照上面的三点即可得到答案.
二、单调区间的求解过程
已知函数y=f(x),其单调区间的求解过程如下:
(1)分析函数y=f(x)的定义域;
(2)求函数y=f(x)的导数y′=f′(x);
(3)解不等式f′(x)>0,解集在定义域内的部分为增区间;
(4)解不等式f′(x)<0,解集在定义域内的部分为减区间.
三、函数单调区间的合并
函数单调区间的合并主要依据是函数f(x)在(a,b)单调递增,在(b,c)(其中a<b<c)单调递增,又知函数在f(x)=b处连续,因此f(x)在(a,c)单调递增.同理,减区间的合并也是如此,即相邻区间的单调性相同,且在公共点处函数连续,则二区间就可以合并为一个区间.
四、应用举例
例:求下列函数单调区间
(1)y=f(x)=x-x-2x+5
(2)y=
(3)y=+x(k>0)
(4)y=2x-lnx
解:(1)y′=3x-x-2=(3x+2)(x-1).
令y′>0,解得x<-或x>1;令y′<0,解得-<x<1.
函数y=x-x-2x+5的单调递增区间为(-∞,-),(1,+∞);单调递增减为(-,1).
注意:此题的单调递增区间不能表示为(-∞,-)∪(1,+∞).
(2)y′=,当x≠0时都有y′>0,
函数y=的单调递增区间为(-∞,0),(0,+∞),此函数没有单调递减区间.
(3)y′=1-
令y′>0,解得x<-k或x>k;
令y′<0,解得-k<x<0或0<x<k(其中k>0).
函数y=+x(k>0)的单调递增区间为(-∞,-k),(k,+∞);单调递增减为(-k,0),(0,k).
(4)y′=4x-=,原函数的定义域为(0,+∞)
令y′>0,解得x>;
令y′<0,解得0<x<,
故函数y=2x-lnx的单调递增区间为(,+∞);单调递增减为(-,0).
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