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  • 函数的单调性定义的延伸应用

    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))(D)上单调递增(或减);

    证明:任取(x_1<x_2in D),则由(f(x))(g(x))(D)上单调递增,

    (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))(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))(D)上单调递减;

    简单应用:比如(y=x)(R)上单调递增,(y=x^3)(R)上单调递增,

    (y=x+x^3)(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))(D)上单调递增;

    证明:仿上完成。

    简单应用:比如(y=x)((0,+infty))上单调递增,(y=cfrac{1}{x})((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))(D)上单调递增;

    证明:任取(x_1<x_2in D),则由(f(x))(g(x))(D)上单调递增,

    (f(x_1)<f(x_2))(g(x_1)<g(x_2))

    (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)

    (H(x_1)-H(x_2)<0)

    即函数(H(x)=f(x)+g(x))(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)

    (H(x)=xcdot e^x)((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))(D)上单调递减;

    证明:任取(x_1<x_2in D),则由(f(x))(g(x))(D)上单调递减,

    (f(x_1)>f(x_2))(g(x_1)>g(x_2))

    (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)

    (H(x_1)-H(x_2)>0)

    即函数(H(x)=f(x)+g(x))(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))(D)上单调递增;

    证明:任取(x_1<x_2in D),则由(f(x))(g(x))(D)上单调递减,

    (f(x_1)>f(x_2))(g(x_1)>g(x_2))

    (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)

    (H(x_1)-H(x_2)<0)

    即函数(H(x)=f(x)+g(x))(D)上单调递增;

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