7.1 Increasing and Decreasing Functions

知识点总结

核心概念总结

增函数和减函数的定义

增函数和减函数是微积分中的重要概念,用于描述函数在某个区间内的单调性。通过导数的符号可以判断函数的单调性。

关键定义

  • 增函数:如果 \(f'(x) \geq 0\) 对所有 \(x \in [a,b]\) 成立,则函数 \(f(x)\) 在区间 \([a,b]\) 上是增函数
  • 减函数:如果 \(f'(x) \leq 0\) 对所有 \(x \in [a,b]\) 成立,则函数 \(f(x)\) 在区间 \([a,b]\) 上是减函数
  • 严格增函数:如果 \(f'(x) > 0\) 对所有 \(x \in [a,b]\) 成立,则函数 \(f(x)\) 在区间 \([a,b]\) 上是严格增函数
  • 严格减函数:如果 \(f'(x) < 0\) 对所有 \(x \in [a,b]\) 成立,则函数 \(f(x)\) 在区间 \([a,b]\) 上是严格减函数

增函数:\(f'(x) \geq 0\) 对所有 \(a < x < b\)

减函数:\(f'(x) \leq 0\) 对所有 \(a < x < b\)

单调性判定条件

导数与函数单调性的关系

导数的几何意义是函数图像在该点处的切线斜率。导数的符号直接反映了函数在该点附近的增减趋势。

几何意义

  • \(f'(x) > 0\):函数图像在该点处向上倾斜,函数在该点附近递增
  • \(f'(x) < 0\):函数图像在该点处向下倾斜,函数在该点附近递减
  • \(f'(x) = 0\):函数图像在该点处水平,可能是极值点
  • 导数为正表示函数值随自变量增大而增大
  • 导数为负表示函数值随自变量增大而减小

\(f'(x) > 0 \Rightarrow f(x)\) 在 \(x\) 处递增

\(f'(x) < 0 \Rightarrow f(x)\) 在 \(x\) 处递减

导数符号与单调性的关系

严格单调性与非严格单调性

严格单调性要求导数严格大于或小于零,而非严格单调性允许导数等于零。这在考试中都是可以接受的。

判定方法

  • 严格增函数:\(f'(x) > 0\) 对所有 \(x \in [a,b]\)
  • 增函数:\(f'(x) \geq 0\) 对所有 \(x \in [a,b]\)
  • 严格减函数:\(f'(x) < 0\) 对所有 \(x \in [a,b]\)
  • 减函数:\(f'(x) \leq 0\) 对所有 \(x \in [a,b]\)
  • 在考试中,严格和非严格不等式都可以使用

典型例题分析

通过典型例题掌握增函数和减函数的判定方法和技巧,包括多项式函数、有理函数等不同类型。

解题步骤

  • 步骤1:求函数的导数 \(f'(x)\)
  • 步骤2:分析导数的符号
  • 步骤3:确定函数的单调区间
  • 步骤4:写出结论

例:\(f(x) = x^3 + 24x + 3\)

\(f'(x) = 3x^2 + 24 \geq 24 > 0\)

所以 \(f(x)\) 对所有实数 \(x\) 都是增函数

典型例题的解题过程

学习提示

在判定函数单调性时,要特别注意以下几点:

1. 确保导数的计算正确

2. 注意导数的符号分析

3. 考虑函数的定义域

4. 对于复杂函数,可能需要分段讨论

5. 在考试中,严格和非严格不等式都可以使用