文档内容
2025年高考数学一轮复习讲义及高频考点归纳与方法总结(新高考通用)
第 06 讲 函数的单调性与最值(精讲)
①函数单调性的判断与证明
②求函数的单调区间
③复合函数的单调性
④函数单调性的应用(求参数、解不等式、比较大小)
⑤求函数的最值(值域)
一、必备知识整合
1.函数的单调性
DD I
x x x x
(1)增函数:若对于定义域I 内的某个区间 上的任意两个自变量 1、 2,当 1 2时,都有
f x f x f x
1 2 ,那么就说函数 在区间D上是增函数;
DD I
x x x x
I 1 2 1 2
(2)减函数:若对于定义域 内的某个区间 上的任意两个自变量 、 ,当 时,都有
f x f x f x
1 2 D
,那么就说函数 在区间 上是减函数.
(3)【特别提醒】
①单调区间只能用区间表示,不能用不等式或集合表示.
②有多个单调区间应分别写,不能用符号“∪”连接,也不能用“或”连接,只能用“逗号”或“和”连
接.
2.函数的最值
y f x
I M
(1)最大值:一般地,设函数 的定义域为 ,如果存在实数 满足:
xI f xM x I f x M
0 0
①对于任意的 ,都有 ;②存在 ,使得 .
y f x
M
那么,我们称 是函数 的最大值.
y f x
I m
(2)最小值:一般地,设函数 的定义域为 ,如果存在实数 满足:xI f xm x I f x m
0 0
①对于任意的 ,都有 ;②存在 ,使得 .
y f x
m
那么,我们称 是函数 的最小值.
(3)函数最值存在的两个结论
①闭区间上的连续函数一定存在最大值和最小值.②开区间上的“单峰”函数一定存在最大(小)值.
1.∀x,x∈D(x≠x), ⇔f(x)在D上是增函数; ⇔f(x)在D上是减函数.
1 2 1 2
2.对勾函数y= (a>0)的增区间为(-∞,- ]和[ ,+∞),减区间为[- ,0)和(0, ].
3.当f(x),g(x)都是增(减)函数时,f(x)+g(x)是增(减)函数.
4.若k>0,则kf(x)与f(x)单调性相同;若k<0,则kf(x)与f(x)的单调性相反.
5.函数y=f(x)在公共定义域内与y= 的单调性相反.
6.复合函数y=f[g(x)]的单调性与函数y=f(u)和u=g(x)的单调性关系是“同增异减”.
二、考点分类精讲
【题型一 函数单调性的判断与证明】
1.定义法证明函数单调性的步骤2.判断函数单调性的四种方法
(1)图象法;(2)性质法;(3)导数法;(4)定义法.
3.证明函数单调性的两种方法
(1)定义法;(2)导数法.
【典例1】(23-24高一上·陕西汉中·期中)已知函数 .
(1)试判断函数 在区间 上的单调性,并证明;
(2)求函数 在区间 上的值城.
【答案】(1)在区间 上单调递增,证明见解析
(2) .
【分析】(1)利用定义法证明单调性即可;
(2)由函数的单调性求值域即可.
【详解】(1)易知 ,
设 ,且 ,
则 ,
又由 ,则 , , ,
所以 ,即 在区间 上单调递增;
(2)由上可知函数 在区间 上单调递增,则 ,
又 ,
故 的值域为 .一、单选题
1.(23-24高三上·上海杨浦·期中)已知函数 , .若 成立,则下列论断中正确的
是( )
A.函数 在 上一定是增函数;
B.函数 在 上一定不是增函数;
C.函数 在 上可能是减函数;
D.函数 在 上不可能是减函数.
【答案】D
【分析】根据函数单调性的定义判断即可.
【详解】因为函数 , 且 成立,
则函数 在 上不可能是减函数,可能是增函数,也可能不是增函数,
如 ,满足 ,但是 在 上不具有单调性,
故D正确,A、B、C错误.
故选:D
2.(2024·陕西榆林·一模)已知函数 在 上单调递增,则对实数 ,“ ”是“
”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】C
【分析】由函数的单调性以及充分条件和必要条件的定义即可判定出结果
【详解】因为函数 在 上单调递增,且 ,由增函数的定义可知,当 时,有 ,
充分性成立;当 时,若 ,由函数定义可知矛盾,
若 ,由函数单调性的定义可知矛盾,则 ,必要性成立.
即对实数 ,“ ”是“ ”的充要条件.
故选:C
二、解答题
3.(23-24高三上·新疆阿克苏·阶段练习)已知函数 ,
(1)求该函数的定义域;
(2)证明该函数在 上单调递减;
(3)求该函数在 上的最大值和最小值.
【答案】(1) .
(2)证明见解析
(3)最大值为 ,最小值为 .
【分析】(1)由解析式中分母不为0即可求出结果;
(2)利用单调性的定义直接证明即可;
(3)根据函数单调性可直接求解;
【详解】(1)由于 ,所以 ,所以 ,
即函数 的定义域为 .
(2)证明:任取 , , ,且 ,
则 ,
因为 , , ,且 ,所以 , , ,所以 ,即 ,
所以函数 在 , 上单调递减.
(3)由(2)知函数 在 , 上单调递减,
所以函数 在 , 上的最大值为 ,最小值为 .
4.(23-24高三上·黑龙江佳木斯·阶段练习)已知函数 过点 .
(1)判断 在区间 上的单调性,并用定义证明;
(2)求函数 在 上的最大值和最小值.
【答案】(1) 在区间 上单调递增,证明见解析
(2)最大值为 ,最小值为
【分析】(1)求出函数的表达式,利用单调性定义即可判断函数的单调性;
(2)根据单调性即可得出函数 在 上的最大值和最小值.
【详解】(1)单调递增,由题意证明如下,
由函数 过点 ,有 ,
解得 ,所以 的解析式为: .
设 ,且 ,有
.
由 ,得 .
则 ,即 .
∴ 在区间 上单调递增.(2)由 在 上是增函数,
所以 在区间 上的最小值为 ,最大值为 .
5.(2024高三·全国·专题练习)对于函数 .
(1)探索函数 的单调性;
(2)是否存在实数 使函数 为奇函数?
【答案】(1) 在 上为增函数
(2)存在 使函数 为奇函数
【分析】(1)根据复合函数的单调性判断,再利用单调性的定义证明即可;
(2)假设存在实数 使 为奇函数,则 ,即可求出 的值.
【详解】(1)函数 的定义域为 ,
而 在定义域 上单调递增且 ,
又 在 上单调递减,
所以 在 上单调递减,
所以 在 上单调递增,
证明如下:任取 ,且 ,则 ,
所以
,
,故 在 上为增函数.
(2)假设存在实数 使 为奇函数,则 ,
,
即 ,又 ,
,
故存在实数 ,使函数 为奇函数.
6.(23-24高三上·上海静安·阶段练习)已知奇函数 .
(1)求实数m的值;
(2)判断并证明 在区间 上的单调性;
(3)设 ,对于任意的 ,总存在 ,使得 成立,求实数a的取
值范围.
【答案】(1)-1
(2)证明见解析
(3)
【分析】(1)根据函数为奇函数即可得结果;
(2)对a分类讨论,用函数单调性的定义即可证明结果;
(3)依题意,分别求出 的最小值,根据条件可得结果.
【详解】(1)因为 为奇函数,所以 ,
即 ,
所以 ,解得 ,即 ,经检验: 时不合题意,舍去,故 .
(2)当 时 在区间 上为减函数;
当 时 在区间 上为增函数;
证明如下:
由(1)可知 ,任取 ,
,
因为 ,所以 ,即 ,
当 时 ,即 ,
故 在区间 上为减函数;
当 时 ,即 ,
故 在区间 上为增函数;
综上:当 时 在区间 上为减函数;
当 时 在区间 上为增函数;
(3)因为 , 时为减函数,当 时 ,
由(1)可知,当 时 在区间 上为减函数,当 时 ,
当 时 在区间 上为增函数,当 时 ,
又对于任意的 ,总存在 ,使得 成立,即 ,所以: 或 ,即 或 ,
解得 或 ,
故实数a的取值范围为 .
【题型二 求函数的单调区间】
【典例1】(单选题)(2023·海南海口·模拟预测)函数 的单调递减区间是( )
A. B. 和
C. D. 和
【答案】B
【分析】将绝对值函数转化成分段函数,由二次函数的性质即可求
【详解】 ,
则由二次函数的性质知,当 时, 的单调递减区间为 ;
当 , 的单调递减区间为 ,
故 的单调递减区间是 和 .
故选:B
一、单选题
1.(2024高三·全国·专题练习)函数y= 的单调递减区间为( )
A.(-∞,+∞)
B.(0,+∞)C.(-∞,0)∪(0,+∞)
D.(-∞,0),(0,+∞)
【答案】D
【解析】略
2.(22-23高三上·甘肃兰州·开学考试)函数 的单调增区间是( )
A. 和 B. 和
C. 和 D. 和
【答案】C
【分析】由 可得 ,即 为偶函数,则当 时,可得 的单调
区间,进而得到 时, 的单调区间,即可得到答案
【详解】解:由 ,
则 为偶函数, 的图像关于 轴对称.
当 时, ,对称轴为 ,所以 在 上递增,在 递减;
则当 时, 在 递增,在 递减,
则有 的递增区间为 .
故选:C3.(22-23高三上·河北廊坊·阶段练习)函数 的单调递增区间是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】先将函数化简,然后由解析式可求出函数的增区间.
【详解】因为 ,
所以 的增区间为 ,
故选:D.
二、填空题
4.(23-24高三上·河南南阳·阶段练习)函数 在区间A上是减函数,那么区间A是 .
【答案】 , (答案不唯一)
【分析】化简函数 为 ,作出其图象,数形结合,即可得答案.
【详解】由题意得 ,
作出其图像如图:
由图像可知函数在区间 , 上是减函数,故区间A是 , ,或其子集
故答案为: ,
5.(23-24高三上·宁夏固原·阶段练习)函数 的单调递减区间为 .
【答案】
【分析】作出 的图像,根据图像即可求出结果.
【详解】由 ,得到 或 ,
函数 的图像如图所示,
由图知,函数 的单调递减区间为 ,
故答案为: .
【题型三 复合函数的单调性】
求复合函数单调区间的一般步骤
(1)求函数的定义域(定义域先行).
(2)求简单函数的单调区间.
(3)求复合函数的单调区间,其依据是“同增异减”.【典例1】(单选题)(23-24高三上·浙江绍兴·期末)函数 的单调递减区间是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】先求出函数的定义域,再利用复合函数单调性可求得函数的单调递减区间.
【详解】由 ,
,解得 或 ,
所以函数 的定义域为 ,
令 ,则函数 在 上单调递减,在 上单调递增,
而函数 在 上为增函数,
由复合函数单调性可得 的单调递减区间为 .
故选:C.
一、单选题
1.(23-24高三上·山东菏泽·阶段练习)函数 的单调增区间为( )
A. B.
C. 和 D.
【答案】C
【分析】令 ,根据二次函数的性质求出 的单调区间,再由复合函数的单调性即可得函数的
单调增区间.
【详解】设 ,则有 且 ,
,则 ,所以函数 的定义域为: 且 ,
由二次函数的性质可知 的单调递增区间为: ;单调递减区间为: 和 ;
又因为 在区间 和 上单调递减,
由复合函数的单调性可知:函数 的单调增区间为: 和 .
故选:C.
2.(2023高三上·全国·专题练习)函数 的单调递增区间是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据二次函数与对数函数的单调性,结合复合函数的单调性,建立不等式组,可得答案.
【详解】令 ,易知该函数在 上单调递减,在 上单调递增,
根据函数 在其 内单调递增,结合复合函数的单调性,
可得 ,化简可得 ,解得 .
故选:D.
3.(23-24高三上·广东湛江·开学考试)已知函数 ,则 的增区间为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用复合函数的单调性求函数的增区间.
【详解】函数 定义域为 ,
令 ,又 在 上单调递增, 的增区间为 ,所以 的增区间为 .
故选:A.
4.(23-24高三下·甘肃·开学考试)函数 的单调递减区间是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】根据余弦函数的单调性及复合函数的性质,列式解得答案.
【详解】 ,
由题意 单调递减,且 ,
则 ,解得 , ,
所以 的单调递减区间是 .
故选:D.
5.(23-24高三上·辽宁锦州·阶段练习)下列函数中,在区间(0,+∞)上单调递增的是( )
A. B.
C. D.y=|x- |
【答案】C
【分析】根据指数函数、对数函数、复合函数、分段函数的单调性逐一判断.
【详解】对于A, ,因为 ,所以指数函数 在 单调递减,故A选项错误;
对于B, ,因为 ,所以对数函数 在 单调递减,故B选项错误;
对于C, ,因为二次函数 在 上单调递增,所以函数 在
单调递增,故C选项正确;
对于D,由 ,可得函数 在 内上单调递减,在 内单调递增,
故D选项错误.
故选:C.
6.(2024·黑龙江大庆·模拟预测)函数 在 上单调递减,则t的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】根据复合函数的单调性可得 的单调性,从而可求得t的取值范围.
【详解】因为函数 在 上单调递增,所以根据复合函数的单调性可得函数 在 上单调
递减,则 ,解得 .
故选:A
7.(23-24高三上·陕西汉中·阶段练习)已知函数 在 上单调递减,则实数a的
取值范围是( )
A. B.
C. D.【答案】B
【分析】根据复合函数的单调性可得 在区间 上单调递减,且 在区间
上恒为正数,由此列不等式组求解即可.
【详解】由题意得函数 在 上单调递减,且在 上 恒成立,
所以 ,解得 ,
故a的取值范围是 .
故选;B.
【题型四 函数单调性的应用(求参数、解不等式、比较大小)】
1.比较函数值大小的解题思路
比较函数值的大小时,若自变量的值不在同一个单调区间内,要利用其函数性质,转化到同
一个单调区间内进行比较,对于选择题、填空题能数形结合的尽量用图象法求解.
2.求解含“f”的函数不等式的解题思路
先利用函数的相关性质将不等式转化为f (g(x))>f (h(x))的形式,再根据函数的单调性去掉
“f”,得到一般的不等式g(x)>h(x)(或g(x)<h(x)).此时要特别注意函数的定义域.
3.利用单调性求参数的范围(或值)的策略
(1)视参数为已知数,依据函数的图象或单调性定义,确定函数的单调区间,与已知单调区间
比较求参数.
(2)解决分段函数的单调性问题,要注意上、下段端点函数值的大小关系.
【典例1】(单选题)(2024·广东揭阳·二模)已知函数 在 上不单调,则 的取
值范围为( )A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】根据给定条件,利用二次函数的单调性列出不等式求解即得.
【详解】函数 的图象对称轴为 ,依题意, ,得 ,
所以 的取值范围为 .
故选:C
【典例2】(单选题)(2024·湖北武汉·二模)已知函数 ,则关于 的不等式
的解集为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】消去绝对值可得函数的单调性,利用函数单调性解不等式即可得.
【详解】由 ,故 在 上单调递增,
由 ,有 ,即 .
故选:A.
【典例3】(单选题)(23-24高三下·天津·阶段练习)已知函数 是 上的偶函数,且 在
上单调递增,设 , , ,则a,b,c的大小关系是( )
A. B. C. D.
【答案】B【分析】结合偶函数的性质,函数单调性,只需比较对数、分数指数幂的大小即可得解.
【详解】因为函数 是 上的偶函数,且 在 上单调递增,
所以 ,即 .
故选:B.
一、单选题
1.(2024·山东·二模)已知函数 在区间 上单调递增,则 的取值范围是
( ).
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】根据题意,结合二次函数的性质,求得解得 ,再由 ,进而求得 的取值范
围.
【详解】由函数 的对称轴是 ,
因为函数在区间 上是增函数,所以 ,解得 ,
又因为 ,因此 ,所以 的取值范围是 .
故选:A.
2.(23-24高三上·安徽·阶段练习)已知函数 ,在区间 上单调递减,则正实数 的取值
范围为( )
A. B. C. D.
【答案】C【详解】利用复合函数的单调性,结合指数函数和一次函数的单调性即可得解.
【分析】根据题意,函数 ,令 ,
由正实数 知,函数 单调递减,
因为 在区间 上单调递减,
则 单调递增且 ,
所以 ,解得: ,
故 的取值范围是
故选:C.
3.(2024·全国·模拟预测)若函数 在区间 上不单调,则a的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】先分析 的单调性,再列不等式即可求解.
【详解】因为函数 在 上单调递减,在 上单调递增.
又函数 在区间 上不单调,所以 ,
故选:B.
4.(2024·陕西西安·模拟预测)已知函数 ,则不等式 的解集为( )
A. B.
C. D.【答案】A
【分析】判断函数 的单调性,再利用单调性解不等式即可.
【详解】 ,易知 在 单调递减,
在 单调递减,且 在 处连续,故 在R上单调递减,
由 ,则 ,解得 ,
故不等式 的解集为 .
故选:A
5.(2024·全国·模拟预测)已知函数 ,则使得 成立的正实数 的取值范围是
( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据奇偶性定义判断出 为偶函数,再根据 上的单调性得到参数 的取值范围.
【详解】由题意可知 的定义域为 ,且 ,所以 为偶函数.
当 时,函数 , 单调递减.
若 成立,则 ,解得 或 .
又 ,所以正实数 的取值范围是 .
故选:A.
6.(23-24高三上·北京顺义·期末)已知 在 上单调递减,且 ,则下列结论中一定成立的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】
利用函数的单调性判断即可.
【详解】由 得, ,结合 在 上单调递减,
则必有 ,显然B正确,A错误,
而当 时 ,不在定义域内,故无法比较,C,D错误.
故选:B
7.(23-24高三上·四川绵阳·阶段练习)已知 为 上的减函数,则( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【分析】利用对数函数的单调性得到 与0.5的大小,再利用 为 上的减函数判断.
【详解】因为 ,
所以 ,
又因为 为 上的减函数,
所以 ,
故选:B8.(2024·北京西城·一模)设 ,其中 ,则( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】借助正负性、对勾函数的性质及二次函数的性质判断即可得.
【详解】由 ,故 ,故 ,
由对勾函数性质可得 ,
,且 ,
综上所述,有 .
故选:C.
二、填空题
9.(2024高三·全国·专题练习)已知f(x)在定义域R上是增函数.若f(a2-2)>f(a),则实数a的
取值范围是
【答案】(-∞,-1)∪(2,+∞)
【解析】略
10.(22-23高三上·江西·期中)已知函数 在 上单调递减,则实数a的取值范围是
.
【答案】
【分析】根据分式函数的单调性求解即可.
【详解】 ,故若函数 在 上单调递减,则 ,
即 .
故答案为:11.(23-24高三上·上海静安·期末)不等式 的解集为 .
【答案】
【分析】构造函数 ,利用函数的单调性及 的函数值即可解决问题.
【详解】令 ,易知 在区间 上单调递增,
又 ,所以 的解集为 ,
故答案为: .
12.(2023·陕西渭南·模拟预测)已知函数 在区间 上单调递增,则 的最小值为
.
【答案】 /
【分析】根据 在 上恒成立,再根据分参求最值即可求出.
【详解】因为 ,
所以 ,
所以函数 在区间 上单调递增,
即 在 上恒成立,
显然 ,所以问题转化为 在 上恒成立,
设 ,
所以 ,
所以 在 上单调递增,
所以 ,故 ,
所以 的最小值为: .
故答案为: .
【题型五 求函数的最值(值域)】
求函数最值的五种常用方法
【典例1】(23-24高三上·黑龙江佳木斯·阶段练习)已知函数 过点 .
(1)判断 在区间 上的单调性,并用定义证明;
(2)求函数 在 上的最大值和最小值.
【答案】(1) 在区间 上单调递增,证明见解析
(2)最大值为 ,最小值为
【分析】(1)求出函数的表达式,利用单调性定义即可判断函数的单调性;(2)根据单调性即可得出函数 在 上的最大值和最小值.
【详解】(1)单调递增,由题意证明如下,
由函数 过点 ,有 ,
解得 ,所以 的解析式为: .
设 ,且 ,有
.
由 ,得 .
则 ,即 .
∴ 在区间 上单调递增.
(2)由 在 上是增函数,
所以 在区间 上的最小值为 ,最大值为 .
一、单选题
1.(2024高三·全国·专题练习)如果奇函数 在 上是增函数且最小值5,那么 在区间
上是 ( ).
A.增函数且最小值为 B.减函数且最小值为
C.增函数且最大值为 D.减函数且最大值为
【答案】C
【分析】根据奇函数的性质即可得对称区间上的单调性与最值.
【详解】因为 是奇函数,所以 在区间 上的单调性与 在 上的单调性相同,也是增函数, 在 上的最小值5,即 ,
所以 在区间 上的最大值为 .
故选: .
2.(23-24高三上·山东潍坊·期中)若“ , ”为真命题,则实数 的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】只需 的最小值小于 即可.
【详解】 , ,只需 的最小值小于 即可,
由于 的最小值为 ,故 .
故选:D
3.(2024·全国·模拟预测)已知 ,且 在区间 恒成立,则实数 的取值范围是
( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】 在区间 恒成立,只需要 即可,再根据指数函数的单调性求出最大值即可
得解.
【详解】由解析式易知: 单调递增,
当 时, 恒成立,则 ,得 .
故选:B.
4.(2024·湖南岳阳·三模)已知函数 , 不存在最小值,则实数 的取值范围是
( )
A. B. C. D.
【答案】C【分析】分别在 条件下结合指数函数单调性及二次函数性质,确定函数 的取值规律,由条
件列不等式求 的范围,可得结论.
【详解】(1)当 时,若 ,则 ,
因为函数 在 上单调递增,所以 ,
若 ,则 ,当且仅当 时取等号,
因为 不存在最小值,
所以 ,所以 ,
(2)当 时,若 ,则 ,
因为函数 在 上单调递增,所以 ,
若 ,则 ,当且仅当 时取等号,
因为 不存在最小值,
所以 ,所以 ,
所以实数 的取值范围是 ,
故选:C.
二、填空题
5.(2024·贵州·模拟预测)已知函数 ,则 的最大值是 .
【答案】16
【分析】求出 的范围,根据复合函数的单调性求解.
【详解】由 ,而 ,因为 单调递增,所以 ,则 的最大值是16.
故答案为:16
6.(23-24高三上·广东中山·阶段练习)函数 , 的值域为
【答案】
【分析】由初等函数的单调性判断函数单调性,进而求值域.
【详解】因为 和 在 上均为减函数,
所以 在 上为减函数,
所以 ,即 ,
所以值域为 .
故答案为:
7.(2024·湖北黄石·三模)设 , ,若 ,则 的最小值为 ,此时 的值为
.
【答案】 2
【分析】利用基本不等式求出 的取值范围,再变形所求式,借助单调求出最小值.
【详解】由 , , ,得 ,当且仅当 时取等号,
因此 , ,
令 ,函数 在 上单调递减,当 时, ,
所以当 ,即 时, 取得最小值 .故答案为: ;2
三、解答题
8.(2024高三·全国·专题练习)已知二次函数
(1)若 为偶函数,求 在 上的值域;
(2)当 时, 恒成立,求实数a的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)利用偶函数的定义求出 ,再利用二次函数求出值域即可得;
(2)变形给定不等式,分离参数构造函数,求出函数最小值即可得解.
【详解】(1)
函数 定义域为R,由 是偶函数,得 ,
即 ,
整理得 ,而 不恒为0,
因此 ,函数 ,
当 时, 在 上单调递减,在 上单调递增,
于是 ,又 , ,则 ,
所以 在 上的值域是 ;
(2)
不等式 ,依题意, , ,而对勾函数 在 上单调递减,
当 时, ,
即当 时, ,则 ,解得 ,
所以实数a的取值范围是 .