函数的单调性有好多有用的结论,理解并灵活应用有助于我们的解题。
- 结论1:已知函数(f(x)),(g(x))在区间(D)上单调递增(或减),则(F(x)=f(x)+g(x))在(D)上单调递增(或减);
证明:任取(x_1<x_2in D),则由(f(x)),(g(x))在(D)上单调递增,
则(f(x_1)<f(x_2)),(g(x_1)<g(x_2)),
(F(x_1)-F(x_2)=f(x_1)+g(x_1)-[f(x_2)+g(x_2)])
(=f(x_1)-f(x_2)+g(x_1)-g(x_2)<0),
即函数(F(x)=f(x)+g(x))在(D)上单调递增;
同理可证,函数(f(x)),(g(x))在区间(D)上单调递减,则(F(x)=f(x)+g(x))在(D)上单调递减;
简单应用:比如(y=x)在(R)上单调递增,(y=x^3)在(R)上单调递增,
则(y=x+x^3)在(R)上就单调递增,这一性质就能帮助我们理解和掌握更多函数的性质。
- 结论2:已知函数(f(x))在区间(D)上单调递增,(g(x))在区间(D)上单调递减,则(F(x)=f(x)-g(x))在(D)上单调递增;
证明:仿上完成。
简单应用:比如(y=x)在((0,+infty))上单调递增,(y=cfrac{1}{x})在((0,+infty))上单调递减,
则函数(y=x-cfrac{1}{x})在区间((0,+infty))上单调递增。
- 结论3:已知函数(f(x)),(g(x))在区间(D)上单调递增,且(f(x)>0),(g(x)>0), 则(H(x)=f(x)cdot g(x))在(D)上单调递增;
证明:任取(x_1<x_2in D),则由(f(x)),(g(x))在(D)上单调递增,
则(f(x_1)<f(x_2)),(g(x_1)<g(x_2)),
即(f(x_1)-f(x_2)<0),(g(x_1)-g(x_2)<0),
(H(x_1)-H(x_2)=f(x_1)cdot g(x_1)-f(x_2)cdot g(x_2))
(=f(x_1)cdot g(x_1)-f(x_1)cdot g(x_2)-[f(x_2)cdot g(x_2)-f(x_1)cdot g(x_2)])
(=f(x_1)cdot [g(x_1)-g(x_2)]-g(x_2)cdot[f(x_2)-f(x_1)]),
(=f(x_1)cdot [g(x_1)-g(x_2)]+g(x_2)cdot [f(x_1)-f(x_2)]),
由于(f(x_1)-f(x_2)<0),(g(x_1)-g(x_2)<0),且(f(x)>0),(g(x)>0),
则上式(f(x_1)cdot [g(x_1)-g(x_2)]+g(x_2)cdot [f(x_1)-f(x_2)]<0),
即(H(x_1)-H(x_2)<0)
即函数(H(x)=f(x)+g(x))在(D)上单调递增;
简单应用:函数(f(x)=x),(g(x)=e^x)在区间((0,+infty))上单调递增,且(f(x)>0),(g(x)>0),
则(H(x)=xcdot e^x)在((0,+infty))上单调递增;
- 结论4:已知函数(f(x)),(g(x))在区间(D)上单调递减,且(f(x)>0),(g(x)>0), 则(H(x)=f(x)cdot g(x))在(D)上单调递减;
证明:任取(x_1<x_2in D),则由(f(x)),(g(x))在(D)上单调递减,
则(f(x_1)>f(x_2)),(g(x_1)>g(x_2)),
即(f(x_1)-f(x_2)>0),(g(x_1)-g(x_2)>0),
(H(x_1)-H(x_2)=f(x_1)cdot g(x_1)-f(x_2)cdot g(x_2))
(=f(x_1)cdot g(x_1)-f(x_1)cdot g(x_2)-[f(x_2)cdot g(x_2)-f(x_1)cdot g(x_2)])
(=f(x_1)cdot [g(x_1)-g(x_2)]-g(x_2)cdot[f(x_2)-f(x_1)]),
(=f(x_1)cdot [g(x_1)-g(x_2)]+g(x_2)cdot [f(x_1)-f(x_2)]),
由于(f(x_1)-f(x_2)>0),(g(x_1)-g(x_2)>0),且(f(x)>0),(g(x)>0),
则上式(f(x_1)cdot [g(x_1)-g(x_2)]+g(x_2)cdot [f(x_1)-f(x_2)]>0),
即(H(x_1)-H(x_2)>0)
即函数(H(x)=f(x)+g(x))在(D)上单调递减;
- 结论5:已知函数(f(x)),(g(x))在区间(D)上单调递减,且(f(x)<0),(g(x)<0), 则(H(x)=f(x)cdot g(x))在(D)上单调递增;
证明:任取(x_1<x_2in D),则由(f(x)),(g(x))在(D)上单调递减,
则(f(x_1)>f(x_2)),(g(x_1)>g(x_2)),
即(f(x_1)-f(x_2)>0),(g(x_1)-g(x_2)>0),
(H(x_1)-H(x_2)=f(x_1)cdot g(x_1)-f(x_2)cdot g(x_2))
(=f(x_1)cdot g(x_1)-f(x_1)cdot g(x_2)-[f(x_2)cdot g(x_2)-f(x_1)cdot g(x_2)])
(=f(x_1)cdot [g(x_1)-g(x_2)]-g(x_2)cdot[f(x_2)-f(x_1)]),
(=f(x_1)cdot [g(x_1)-g(x_2)]+g(x_2)cdot [f(x_1)-f(x_2)]),
由于(f(x_1)-f(x_2)>0),(g(x_1)-g(x_2)>0),且(f(x)<0),(g(x)<0),
则上式(f(x_1)cdot [g(x_1)-g(x_2)]+g(x_2)cdot [f(x_1)-f(x_2)]<0),
即(H(x_1)-H(x_2)<0),
即函数(H(x)=f(x)+g(x))在(D)上单调递增;