高一数学 第6讲 函数单调性以及最大(小)值 学案 (pdf版,学生版+教师版)

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高一数学 第6讲 函数单调性以及最大(小)值 学案 (pdf版,学生版+教师版)

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第六讲 函数的基本性质
【知识梳理】
1.函数的单调性
(1)单调函数的定义
增函数 减函数
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
定义
当 x1就说函数 f(x)在区间D上是增函数 就说函数 f(x)在区间 D上是减函数
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
(2)单调区间的定义
如果函数 y=f(x)在区间 D上是 或 ,那么就说函数 y=f(x)在这一区间具有(严
格的)单调性, 叫做 y=f(x)的单调区间.
2.函数的最值
(1)函数的最大(小)值及其几何意义
最值 条件 几何意义
①对于 x∈I,都有 ,
最大值 函数 y=f(x)图象上最高点的纵坐标
② x0∈I,使得 .
①对于 x∈I,都有 ,
最小值 函数 y=f(x)图象上最低点的纵坐标
② x0∈I,使得 .
(2)求函数最值的常用方法
①图象法:作出 y=f(x)的图象,观察最高点与最低点,最高(低)点的纵坐标即为函数的最大(小)
值.
②运用已学函数的值域.
③运用函数的单调性:
(i)若 y=f(x)在区间[a,b]上是增函数,则 ymax= ,ymin= .
(ii)若 y=f(x)在区间[a,b]上是减函数,则 ymax= ,ymin= .
④分段函数的最大(小)值是指各段上的最大(小)值中最大(小)的那个.
【基础自测】
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)函数 f(x)为 R 上的减函数,则 f(-3)>f(3).( )
(2)若函数 y=f(x)在定义域上有 f(1)(3) 1函数 y 的单调递减区间是(-∞,0)∪(0,+∞).( )
x
(4)若函数 y=f(x)在区间 D上是增函数,则函数 y=-f(x)在区间 D上是减函数.( )
2.函数 f(x)在[-2,2]上的图象如图所示,则此函数的最小值为________,最大值为________.
3 2.函数 y= 在[2,4]上的最大值与最小值之和等于________.
x
4 1.函数 y= 的单调递减区间是________.
x-1
5.已知函数 f(x)=x2+2(a-1)x+2 在区间(-∞,4]上是减函数,则实数 a的取值范围为
________.
6.若函数 y=f(x)的定义域为 R,且为增函数,f(1-a)【典型例题】
题型一 确定函数的单调性
1.函数 f(x)=|x-2|x的单调递减区间是________.
2 ax.根据定义,研究函数 f(x)= 在 x∈(-1,1)上的单调性.
x-1
练习 1
3.求证:函数 f(x) 1= 在(0,+∞)上是减函数,在(-∞,0)上是增函数.
x2
4.画出函数 y=|x2-2x-3|的图象,写出它的单调区间,并指出单调性.
题型二 已知函数单调性求参数范围
5.已知函数 f(x)=x2-2ax-3在区间[1,2]上具有单调性,求实数 a的取值范围.
6.已知函数 f(x)=x a a- + 在(1,+∞)上是增函数,求实数 a的取值范围.
x 2
练习 2
7.若 f(x)=x2+2(a-2)x+2的单调增区间为[3,+∞),则 a的值是________.
8.已知 a>0 a,函数 f(x)=x+ (x>0)在(0,1)上单调递减,求 a的取值范围.
x
题型三 函数单调性的应用
9.若函数 f(x)在区间(-∞,+∞)上是减函数,则下列关系式一定成立的是( )
A.f(a)>f(2a) B.f(a2)10.函数 y=f(x)是定义在[-2,2]上的减函数,且 f(a+1)11 x-1.已知函数 f(x)= ,x∈[3,5].
x+2
(1)判断函数 f(x)的单调性并证明;
(2)求函数 f(x)的最大值和最小值.
练习 3
12.已知 f(x)是定义在区间[-1,1]上的增函数,且 f(x-2)13.定义在 R 上的函数 f(x),对任意 x1,x2∈R(x1≠x2)
f x2 -f x1
,有 <0,则( )
x2-x1
A.f(3)14 f(x) 6.已知函数 = +3(x∈[2,4]),求函数 f(x)的最大值和最小值.
1-x
【课堂小测】
1.设 a∈R,函数 f(x)在 R 上是增函数,则( )
7 7
A.f(a2+a+2)> f ( ) B.f(a2+a+2)< f ( )
4 4
C.f(a2+a+2)≥ f (7 ) 7D.f(a2+a+2)≤ f ( )
4 4
2.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)
3.已知函数 f(x)=-x2+4x+a,x∈[0,1],若 f(x)有最小值-2,则 f(x)的最大值为( )
A.-1 B.0 C.1 D.2
4.(多选)若 f(x)=-x2 2ax g(x) a+ 与 = 在区间[1,2]上都单调递减,则实数 a的取值可以是
x+1
( )
A 1.-1 B. C.1 D.2
2
5.函数 y=-x2+2|x|+1的单调递增区间为__________,单调递减区间为________.
2x m26.设函数 f(x)= 在区间[3,4]上的最大值和最小值分别为 M,m,则 =________.
x-2 M
【课后作业】
1.函数 f(x)在 R 上是减函数,则有( )
A.f(3)f(5) D.f(3)≥f(5)
2.函数 f(x) x= 在( )
1-x
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
x2+4x,x≥0,
3.已知函数 f(x)= 若 f(4-a)>f(a),则实数 a的取值范围是( )
4x-x2,x<0,
A.(-∞,2) B.(2,+∞) C.(-∞,-2) D.(-2,+∞)
4.当 0≤x≤2时,a<-x2+2x恒成立,则实数 a的取值范围是________.
x2 , x 1,
5 .已知函数 f(x)= a 若 f(x)是 R上的增函数,则实数 a的取值范围为________.
(4 )x 1, x 1 2
6.已知函数 f(x)=|x|(x+1),试画出函数 f(x)的图象,并根据图象解决下列两个问题.
(1)写出函数 f(x)的单调区间;
(2) 1求函数 f(x)在区间[ 1, ]上的最大值.
2第六讲 函数的基本性质
【考试要求】
借助函数图象,会用数学符号语言表达函数的单调性、最值,理解实际意义.
【知识梳理】
1.函数的单调性
(1)单调函数的定义
增函数 减函数
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
定义
当 x1f(x2),那么
就说函数 f(x)在区间D上是增函数 就说函数 f(x)在区间 D上是减函数
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
(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
(1)函数的最大(小)值及其几何意义
最值 条件 几何意义
①对于 x∈I,都有 f(x)≤M,② x0∈I,
最大值 函数 y=f(x)图象上最高点的纵坐标
使得 f(x0)=M
①对于 x∈I,都有 f(x)≥M,② x0∈I,
最小值 函数 y=f(x)图象上最低点的纵坐标
使得 f(x0)=M
(2)求函数最值的常用方法
①图象法:作出 y=f(x)的图象,观察最高点与最低点,最高(低)点的纵坐标即为函数的最大(小)
值.
②运用已学函数的值域.
③运用函数的单调性:
(i)若 y=f(x)在区间[a,b]上是增函数,则 ymax=f(b),ymin=f(a).
(ii)若 y=f(x)在区间[a,b]上是减函数,则 ymax=f(a),ymin=f(b).
④分段函数的最大(小)值是指各段上的最大(小)值中最大(小)的那个.
【基础自测】
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)函数 f(x)为 R 上的减函数,则 f(-3)>f(3).( √ )
(2)若函数 y=f(x)在定义域上有 f(1)(3) 1函数 y 的单调递减区间是(-∞,0)∪(0,+∞).( × )
x
(4)若函数 y=f(x)在区间 D上是增函数,则函数 y=-f(x)在区间 D上是减函数.( √ )
2.函数 f(x)在[-2,2]上的图象如图所示,则此函数的最小值为________,最大值为________.
答案 -1 2
3.函数 y 2= 在[2,4]上的最大值与最小值之和等于________.
x
3
答案
2
4 1.函数 y= 的单调递减区间是________.
x-1
答案 (-∞,1),(1,+∞)
1 1
解析 方法一 y= 的图象可由 y= 的图象向右平移一个单位得到,如图,
x-1 x
所以单调减区间是(-∞,1),(1,+∞).
方法二 函数 f(x) 1= 的定义域为(-∞,1)∪(1,+∞),
x-1
设 x1,x2∈(-∞,1),且 x1f(x ) f(x ) 1 11 - 2 = -
x1-1 x2-1
x2-x1
= .
x1-1 x2-1
因为 x1所以 x2-x1>0,x1-1<0,x2-1<0,
所以 f(x1)-f(x2)>0,即 f(x1)>f(x2).
所以函数 f(x)在(-∞,1)上单调递减,同理函数 f(x)在(1,+∞)上单调递减.
综上,函数 f(x)的单调递减区间是(-∞,1),(1,+∞).
5.已知函数 f(x)=x2+2(a-1)x+2 在区间(-∞,4]上是减函数,则实数 a的取值范围为
________.
答案 (-∞,-3]
解析 f(x)=x2+2(a-1)x+2的开口方向向上,对称轴为 x=1-a,
∵f(x)=x2+2(a-1)x+2在区间(-∞,4]上是减函数,
∴4≤1-a,
∴a≤-3,
∴a的取值范围是(-∞,-3].
6.若函数 y=f(x)的定义域为 R,且为增函数,f(1-a)2
,+∞
答案 3
解析 因为 y=f(x)的定义域为 R,且为增函数,
f(1-a)
3
2
,+∞
所以所求 a的取值范围是 3 .
【典型例题】
题型一 确定函数的单调性
1.函数 f(x)=|x-2|x的单调递减区间是________.
答案 [1,2]
x2-2x,x≥2,
解析 f(x)=
-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 ax.根据定义,研究函数 f(x)= 在 x∈(-1,1)上的单调性.
x-1
解 当 a=0时,f(x)=0,在(-1,1)上不具有单调性,
当 a≠0时,设 x1,x2为(-1,1)上的任意两个数,且 x1f(x ) f(x ) ax1 ax2所以 1 - 2 = -
x1-1 x2-1
ax1 x2-1 -ax2 x1-1

x1-1 x2-1
a x2-x1

x1-1 x2-1
因为 x1,x2∈(-1,1)且 x1所以 x2-x1>0,x1-1<0,x2-1<0,
x2-x1
所以 >0,
x1-1 x2-1
当 a>0时,f(x1)-f(x2)>0,即 f(x1)>f(x2),
所以 f(x)在(-1,1)上单调递减,
当 a<0时,f(x1)-f(x2)<0,
即 f(x1)所以 f(x)在(-1,1)上单调递增.
综上,当 a=0时,f(x)在(-1,1)上不具有单调性;
当 a>0时,f(x)在(-1,1)上单调递减;
当 a<0时,f(x)在(-1,1)上单调递增.
练习 1
3 1.求证:函数 f(x)= 在(0,+∞)上是减函数,在(-∞,0)上是增函数.
x2
证明 对于任意的 x1,x2∈(-∞,0),且 x1f(x 1 1 x
22-x21 x2-x1 x2+x1
1)-f(x2)= - = = .
x21 x22 x21x22 x12x22
∵x1∴x2-x1>0,x1+x2<0,x21x22>0.
∴f(x1)-f(x2)<0,即 f(x1)1
∴函数 f(x)= 在(-∞,0)上是增函数.
x2
对于任意的 x1,x2∈(0,+∞),且 x1f(x ) f(x ) x2-x1 x2+x1 1 - 2 = .
x21x22
∵00,x2+x1>0,x21x22>0.
∴f(x1)-f(x2)>0,即 f(x1)>f(x2).
∴函数 f(x) 1= 在(0,+∞)上是减函数.
x2
4.画出函数 y=|x2-2x-3|的图象,写出它的单调区间,并指出单调性.
考点 求函数的单调区间
题点 求函数的单调区间
解 y=|x2-2x-3|的单调区间有(-∞,-1],[-1,1],[1,3],[3,+∞),其中单调递减区间
是(-∞,-1],[1,3];单调递增区间是[-1,1],[3,+∞).
题型二 已知函数单调性求参数范围
5.已知函数 f(x)=x2-2ax-3在区间[1,2]上具有单调性,求实数 a的取值范围.
解 函数 f(x)=x2-2ax-3的图象开口向上,
对称轴为直线 x=a,画出草图如图所示.
由图象可知函数在(-∞,a]和[a,+∞)上都具有单调性,
因此要使函数 f(x)在区间[1,2]上具有单调性,只需 a≤1或 a≥2,
从而 a∈(-∞,1]∪[2,+∞).
6.已知函数 f(x)=x a a- + 在(1,+∞)上是增函数,求实数 a的取值范围.
x 2
解 设 11.
因为函数 f(x)在(1,+∞)上是增函数,
x a a- +
所以 f(x1)-f(x2) x
a a 2
= 1- + - x 2
x1 2
2
1 a+
=(x1-x2) x1x2 <0.
a
因为 x1-x2<0,所以 1+ >0,即 a>-x1x2.
x1x2
因为 11,
所以-x1x2<-1,所以 a≥-1.
所以 a的取值范围是[-1,+∞).
练习 2
7.若 f(x)=x2+2(a-2)x+2的单调增区间为[3,+∞),则 a的值是________.
答案 -1
解析 ∵f(x)=x2+2(a-2)x+2的单调增区间为[2-a,+∞),
∴2-a=3,∴a=-1.
8.已知 a>0,函数 f(x) x a= + (x>0)在(0,1)上单调递减,求 a的取值范围.
x
解 设 1>x1>x2>0,
f(x1)-f(x2)
a a
=x1+ -x2-
x1 x2
(x x ) a x2-x1 = 1- 2 +
x1x2
x1-x2 x1x2-a
= ,
x1x2
∵f(x)在(0,1)上单调递减;
∴f(x1)-f(x2)<0 即 f(x1)又∵1>x1>x2>0,∴x1-x2>0,x1x2>0,0∴x1x2-a<0,
∴ a 1
所以 a的取值范围为[1,+∞)
题型三 函数单调性的应用
命题点 1 比较函数值的大小
9.若函数 f(x)在区间(-∞,+∞)上是减函数,则下列关系式一定成立的是( )
A.f(a)>f(2a) B.f(a2)C.f(a2+a)答案 D
解析 因为 f(x)是区间(-∞,+∞)上的减函数,
且 a2+1>a2,
所以 f(a2+1)命题点 2 解函数不等式
10.函数 y=f(x)是定义在[-2,2]上的减函数,且 f(a+1)答案 [-1,1)
-2≤a+1≤2,
解析 由条件知 -2≤2a≤2,
a+1>2a,
解得-1≤a<1.
命题点 3 求函数的最值
11 f(x) x-1.已知函数 = ,x∈[3,5].
x+2
(1)判断函数 f(x)的单调性并证明;
(2)求函数 f(x)的最大值和最小值.
解 (1)f(x)是增函数,证明如下:
任取 x1,x2∈[3,5]且 x1f(x x1-1 x2-1 3 x1-x2 1)-f(x2)= - = ,
x1+2 x2+2 x1+2 x2+2
因为 3≤x1所以 x1-x2<0,(x1+2)(x2+2)>0,
所以 f(x1)-f(x2)<0,即 f(x1)所以 f(x)在[3,5]上为增函数.
(2)由(1)知,f(x)在[3,5]上为增函数,
则 f(x) 4max=f(5)= ,
7
f(x)min=f(3)
2
= .
5
反思感悟 (1)若函数 y=f(x)在区间[a,b]上单调递增,则 f(x)的最大值为 f(b),最小值为 f(a).
(2)若函数 y=f(x)在区间[a,b]上单调递减,则 f(x)的最大值为 f(a),最小值为 f(b).
(3)若函数 y=f(x)有多个单调区间,那就先求出各区间上的最值,再从各区间的最值中决定出
最大(小)值.函数的最大(小)值是整个值域范围内的最大(小)值.
(4)如果函数定义域为开区间,则不但要考虑函数在该区间上的单调性,还要考虑端点处的函
数值或者发展趋势.
练习 3
12.已知 f(x)是定义在区间[-1,1]上的增函数,且 f(x-2)考点 函数单调性的应用
题点 利用单调性解抽象函数不等式
1 3,
答案 2
-1≤x-2≤1,
3
解析 由题意,得 -1≤1-x≤1, 解得 1≤x< ,2
x-2<1-x,
1 3,
故满足条件的 x的取值范围是 2 .
13.定义在 R 上的函数 f(x),对任意 x1,x2∈R(x
f x2 -f x1
1≠x2),有 <0,则( )
x2-x1
A.f(3)C.f(2)答案 A
解析 对任意 x1,x2∈R(x1≠x2),
f x2 -f x1
有 <0,
x2-x1
则 x2-x1与 f(x2)-f(x1)异号,
则 f(x)在 R 上是减函数.
又 3>2>1,则 f(3)14.已知函数 f(x) 6= +3(x∈[2,4]),求函数 f(x)的最大值和最小值.
1-x
解 设 x1,x2是[2,4]上任意两个实数,且 x16
+3
所以 f(x ) f(x ) 61 - 2 = +3- 1-x2
1-x1
6 6 6 1-x2 -6 1-x1
= - =
1-x1 1-x2 1-x1 1-x2
6 x1-x2
= ,
1-x1 1-x2
因为 2≤x1所以 x1-x2<0,1-x1<0,1-x2<0,
所以 f(x1)-f(x2)<0,即 f(x1)所以 f(x)在[2,4]上是增函数,
所以 f(x)max=f(4)=1,f(x)min=f(2)=-3.
【课堂小测】
1.设 a∈R,函数 f(x)在 R 上是增函数,则( )
A.f(a2+a+2)> f (7 ) B.f(a2+a+2)< f (7 )
4 4
2 f (7 7C.f(a +a+2)≥ ) D.f(a2+a+2)≤ f ( )
4 4
答案 C
a 1+ 7 7
解析 ∵a2+a+2= 2 2+ ≥ ,
4 4
又 f(x) 7在 R 上是增函数,∴f(a2+a+2)≥ f ( ) .
4
2.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),
2x-4≥0,
∴ 解得 2≤x<3.
2x-4<2,
3.已知函数 f(x)=-x2+4x+a,x∈[0,1],若 f(x)有最小值-2,则 f(x)的最大值为( )
A.-1 B.0 C.1 D.2
答案 C
解析 因为 f(x)=-(x2-4x+4)+a+4
=-(x-2)2+4+a,
所以函数 f(x)图象的对称轴为 x=2.
所以 f(x)在[0,1]上单调递增.
又因为 f(x)min=-2,所以 f(0)=-2,
即 a=-2.
所以 f(x)max=f(1)=-1+4-2=1.
4.(多选)若 f(x)=-x2+2ax与 g(x) a= 在区间[1,2]上都单调递减,则实数 a的取值可以是
x+1
( )
A.-1 B.1 C.1 D.2
2
答案 BC
解析 因为 f(x)=-x2+2ax在[1,2] a上单调递减,所以 a≤1,又因为 g(x)= 在[1,2]上单调
x+1
递减,
所以 a>0,所以 05.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,+∞)
-x2+2x+1,x≥0,
解析 由于 y=
-x2-2x+1,x<0,
- x-1 2+2,x≥0,
即 y=
- x+1 2+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,+∞).
6 f(x) 2x m
2
.设函数 = 在区间[3,4]上的最大值和最小值分别为 M,m,则 =________.
x-2 M
8
答案
3
f(x) 2x 2x-4+4 2 4解析 = = = + 在[3,4]上是减函数,
x-2 x-2 x-2
∴f(x)min=f(4)=4,f(x)max=f(3)=6,
2
∴M=6 m 4 m 16 8, = ,∴ = = .
M 6 3
【课后作业】
1.函数 f(x)在 R 上是减函数,则有( )
A.f(3)C.f(3)>f(5) D.f(3)≥f(5)
答案 C
解析 因为函数 f(x)在 R 上是减函数,3<5,所以 f(3)>f(5).
2 f(x) x.函数 = 在( )
1-x
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
x 1 1
解析 函数 f(x)的定义域为{x|x≠1}.f(x)= = -1,根据函数 y=- 的单调性及有关
1-x 1-x x
性质,可知 f(x)在(-∞,1)和(1,+∞)上是增函数.
x2+4x,x≥0,
3.已知函数 f(x)= 若 f(4-a)>f(a),则实数 a的取值范围是( )
4x-x2,x<0,
A.(-∞,2) B.(2,+∞)
C.(-∞,-2) D.(-2,+∞)
答案 A
解析 画出 f(x)的图象(图略)可判断 f(x)在 R 上单调递增,故 f(4-a)>f(a) 4-a>a,解得 a<2.
4.当 0≤x≤2时,a<-x2+2x恒成立,则实数 a的取值范围是________.
答案 (-∞,0)
解析 令 f(x)=-x2+2x,
则 f(x)=-x2+2x=-(x-1)2+1.
又∵x∈[0,2],∴f(x)min=f(0)=f(2)=0.
∴a<0.
x2 , x 1,
5 .已知函数 f(x)= a 若 f(x)是 R上的增函数,则实数 a的取值范围为________.
(4 )x 1, x 1 2
答案 [4,8)
4 a- >0,
2
解 因为 f(x)是 R 上的增函数,所以
4 a- -1≤1,
2
解得 4≤a<8.
6.已知函数 f(x)=|x|(x+1),试画出函数 f(x)的图象,并根据图象解决下列两个问题.
(1)写出函数 f(x)的单调区间;
(2)求函数 f(x)在区间[ 1, 1]上的最大值.
2
-x2-x,x≤0,
解 f(x)=|x|(x+1)= 的图象如图所示.
x2+x,x>0
1
-∞,-
(1)f(x)在 2 和(0,+∞)上是增函数,
1
- ,0
在 2 上是减函数,
1
-∞,-
因此 f(x)的单调递增区间为 2 ,(0,+∞);
1
- ,0
单调递减区间为 2 .
1 1

(2)因为 f 2 1 3= ,f 2 = ,
4 4
1
-1,
所以 f(x) 3在区间 2 上的最大值为 .
4

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