(1)函数的单调性与导数的关系
(2)求解函数
单调区间
(3)证明可导函数
在
内的单调性
2.课本 练习
1.f(x)=2x3-6x2+7
2.f(x)=
+2x
3. f(x)=sinx , x
4. y=xlnx
1.求下列函数的单调区间
例1.已知导函数
的下列信息:
当
时,
;
当
,或
时,
;
当
,或
时,![]()
试画出函数
图像的大致形状.
解:当
时,
,可知
在此区间内单调递增;
当
,或
时,
;可知
在此区间内单调递减;
当
,或
时,
,这两点比较特殊,我们把它称为“临界点”.
综上,函数
图像的大致形状如图3.3-4所示.
例2.判断下列函数的单调性,并求出单调区间.
(1)
;
(2)![]()
(3)
; (4)![]()
解:(1)因为
,所以,
![]()
因此,
在R上单调递增,如图3.3-5(1)所示.
![]()
(2)因为
,所以, ![]()
当
,即
时,函数
单调递增;
当
,即
时,函数
单调递减;
函数
的图像如图3.3-5(2)所示.
(3)因为
,所以,![]()
因此,函数
在
单调递减,如图3.3-5(3)所示.
(4)因为
,所以
.
当
,即
时,函数
;
当
,即
时,函数
;
函数
的图像如图3.3-5(4)所示.
注:(3)、(4)生练
![]()
![]()
例3.如图3.3-6,水以常速(即单位时间内注入水的体积相同)注入下面四种底面积相同的容器中,请分别找出与各容器对应的水的高度
与时间
的函数关系图像.
![]()
分析:以容器(2)为例,由于容器上细下粗,所以水以常速注入时,开始阶段高度增加得慢,以后高度增加得越来越快.反映在图像上,(A)符合上述变化情况.同理可知其它三种容器的情况.
解:![]()
思考:例3表明,通过函数图像,不仅可以看出函数的增减,还可以看出其变化的快慢.结合图像,你能从导数的角度解释变化快慢的情况吗?
一般的,如果一个函数在某一范围内导数的绝对值较大,那么函数在这个范围内变化的快,这时,函数的图像就比较“陡峭”;反之,函数的图像就“平缓”一些.
如图3.3-7所示,函数
在
或
内的图像“陡峭”,
在
或
内的图像“平缓”.
例4.求证:函数
在区间
内是减函数.
证明:因为![]()
当
即
时,
,所以函数
在区间
内是减函数.
说明:证明可导函数
在
内的单调性步骤:
(1)求导函数
;
(2)判断
在
内的符号;
(3)做出结论:
为增函数,
为减函数.
例5.已知函数
在区间
上是增函数,求实数
的取值范围.
解:
,因为
在区间
上是增函数,所以
对
恒成立,即
对
恒成立,解之得:![]()
所以实数
的取值范围为
.
说明:已知函数的单调性求参数的取值范围是一种常见的题型,常利用导数与函数单调性关系:即“若函数单调递增,则
;若函数单调递减,则
”来求解,注意此时公式中的等号不能省略,否则漏解.
例6.已知函数y=x+
,试讨论出此函数的单调区间.
解:y′=(x+
)′
=1-1·x-2=
令
>0.
解得x>1或x<-1.
∴y=x+
的单调增区间是(-∞,-1)和(1,+∞).
令
<0,解得-1<x<0或0<x<1.
∴y=x+
的单调减区间是(-1,0)和(0,1)![]()
3.求解函数
单调区间的步骤:
(1)确定函数
的定义域;
(2)求导数
;
(3)解不等式
,解集在定义域内的部分为增区间;
(4)解不等式
,解集在定义域内的部分为减区间.
1.问题:图3.3-1(1),它表示跳水运动中高度
随时间
变化的函数
的图像,图3.3-1(2)表示高台跳水运动员的速度
随时间
变化的函数
的图像.
运动员从起跳到最高点,以及从最高点到入水这两段时间的运动状态有什么区别?
通过观察图像,我们可以发现:
(1)
运动员从起点到最高点,离水面的高度
随时间
的增加而增加,即
是增函数.相应地,
.
(2)
从最高点到入水,运动员离水面的高度
随时间
的增加而减少,即
是减函数.相应地,
.
2.函数的单调性与导数的关系
观察下面函数的图像,探讨函数的单调性与其导数正负的关系.
![]()
如图3.3-3,导数
表示函数
在点
处的切线的斜率.
![]()
在
处,
,切线是“左下右上”式的,这时,函数
在
附近单调递增;
在
处,
,切线是“左上右下”式的,这时,函数
在
附近单调递减.
结论:函数的单调性与导数的关系
在某个区间
内,如果
,那么函数
在这个区间内单调递增;如果
,那么函数
在这个区间内单调递减.
说明:(1)特别的,如果
,那么函数
在这个区间内是常函数.
函数是客观描述世界变化规律的重要数学模型,研究函数时,了解函数的赠与减、增减的快与慢以及函数的最大值或最小值等性质是非常重要的.通过研究函数的这些性质,我们可以对数量的变化规律有一个基本的了解.下面,我们运用导数研究函数的性质,从中体会导数在研究函数中的作用.
2.求
的导数
1.求下列函数的导数 (1) y =sinx3+sin33x;(2)
;(3)![]()
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