1、 单调与不单调问题 类型一:函数( )f x在某区间上单调 解题策略一:( )f x的导函数( )0fx (或( )0fx )在给定区间上恒成立(不是充要条 件) ,将问题转化为恒成立问题解决 例 1 已知二次函数)(xf的二次项系数为a,且不等式( )2f xx的解集为( 1,3). 若函数 g xx)(xf在区间, 3 a 内单调递减,求a的取值范围. 分析:根据条件设函数( )2(1)(3)f xxa xx,并由( )2f xx的解集为( 1,3)可判 断出0a,得出函数)(xf的解析式,则( )0g x 在, 3 a x 上恒成立 解:( )20f xx的解集为( 1,3), 可设(
2、)2(1)(3)f xxa xx,且0a, 因而 2 ( )(1)(3)22(1)3f xa xxxaxa xa, g xx)(xf= 32 2(1)3axa xax, g x在区间, 3 a 内单调递减, 2 34 13gxaxa xa在, 3 a 上的函数值非正, 由于0a,对称轴 21 0 3 a x a ,故只需 3 4 130 333 aa gaaa ,注意到 0a, 2 4 190aa ,得1a或5a(舍去). 故所求a的取值范围是, 1 . 点评:将条件等价转化为( )0g x 在, 3 a x 上恒成立时,要能准确利用二次函数的 性质,结合图形将问题归结为只需 3 4 130
3、333 aa gaaa ,这是等价转化作用 的重要体现因此,我们在解题时,要能将复杂问题转化为简单问题、陌生问题转化为熟悉 问题、未知问题转化为已知问题,这是解题的一项重要措施 解题策略二: 给定的区间是原函数单调递增区间或递减区间的子区间, 利用集合间关系求解 例 2. 已知函数 bx ax xf 2 )(,在1x处取得极值为 2 ()求函数)(xf的解析式; ()若函数)(xf在区间( ,21)mm上为增函数,求实数m的取值范围 分析: ()结合第()问的结论,求出函数)(xf的单调递增区间,使得区间( ,21)mm 为所求递增区间的子区间 解: ()已知函数 bx ax xf 2 )(,
4、 2 22 ()(2 ) ( ) () a xbaxx fx xb 又函数)(xf在1x处取得极值 2, (1)0 (1)2 f f 即 1 4 2 1 02)1 ( b a b a aba 2 4 ( ) 1 x f x x () 22 2 22 2 ) 1( 44 ) 1( )2(4) 1(4 )( x x x xxx xf, 由0)( xf,得044 2 x,即11x, 1 4 )( 2 x x xf的单调增区间为( 1,1) 因函数)(xf在( ,21)mm上单调递增, 则有 1 211 21 m m mm , 解得10m 即01(,m时,函数)(xf在( ,21)mm上为增函数 点评
5、: 在利用区间( ,21)mm为区间( 1,1)的子区间时除了1m且211m 两个条件 限制之外,不可忽视条件21mm ,即必须确保给定区间为非空集合,这一点在解题时 极易忽略,造成解题错误 类型二:函数( )f x在某区间上不单调 解题策略: 函数( )f x在某区间上不单调,可以转化为( )0fx 在给定区间上有不等的实 根,可以通过求函数值域的方法解决,也可以利用根的分布方法解决 例 3 已知函数.ln 1 )(x ax x xf (I)当1a 时,求( )f x在 1 ,2 2 上最大值及最小值; (II)当12,(1)ln2(1)xxxx时 求证; (III)若函数 a x xfxg
6、)()(在区间(1,2)上不单调 ,求a的取值范围 分析: (III)中函数在区间上不单调,可以求其导函数,并使导函数值在(1,2)上有正,有负 即可 解: (I)当1a 时,)2 , 2 1 ( 111 )( , 1ln 1 )( 22 x x x xx xfx x xf, 令. 10)( xxf得 ( )0fx 得 1 1, 2 x ( )0,12,fxx得 1 ( ) ,1 2 f x 在上单调递减,在1,2上单调递增 故0) 1 ()( min fxf,最大值为)2() 2 1 (ff与中的较大者 11 ( )1 ln2,(2)ln2. 22 ff 3 134ln23ln16ln (2
7、)( )2ln2 2242 e ff 易知 3 16e , 1 (2)( ) 2 ff 故2ln1)( max xf (II)令) 1(2ln) 1()(xxxxF, 1 ( )ln1.fxx x 由(I)知)( xF在(1,2)上单调递增( )(1)0F xF 故( )F x在(1,2)上单调递增, ( )(1)0.F xF即) 1(2ln) 1(xxx (III) a x x ax x a x xfxg ln 1 )()(, 2 2 2 1111 )( ax axx axax xg )(xg在(1,2)上不单调, 2 10 xax 在(1,2)上有根且无重根 即方程 x xa 1 ,在(1,2)上有根,且无重根 5 2 2 a 点评:由以上题型可知,如果函数在某区间上单调,则该函数的导函数值在给定区间上恒非 负或非正因此,如果函数在某区间上不单调,则此函数的导函数值在给定区间上一定有正 且有负,从图像上看,在此区间上其函数图像一定穿过x轴所以遇此类问题,要能够准确 应用转化思想将问题转化为根的分布或函数的值域问题来处理