函数的单调性可以通过以下几种方法来求解:
图象观察法
通过观察函数图像的上升或下降趋势来判断函数的单调性。如果图像在某区间内一直上升,则函数在该区间内单调递增;如果图像在整个定义域上都是下降的,则函数是递减的。
定义法
根据函数单调性的定义,设在区间D上,任取$x_1, x_2$,且$x_1 < x_2$,计算$f(x_1) - f(x_2)$。
对差$f(x_1) - f(x_2)$进行变形处理(如配方、因式分解等),以便判断其正负性。
根据差的正负性,结合单调性的定义,判断函数在该区间内的单调性。
等价定义法
设函数的定义域为D,在定义域内任取$x_1, x_2$,且$x_1 < x_2$,若$f(x_1) < f(x_2)$,则函数单调递增;若有$f(x_1) > f(x_2)$,则函数单调递减。
求导法
导数与函数单调性密切相关。对函数求导,得到导函数$f'(x)$。
若在区间D内,对于所有$x \in D$,恒有$f'(x) > 0$,则函数$f(x)$在区间D内单调递增;若$f'(x) < 0$,则函数$f(x)$在区间D内单调递减。
对于可导函数,求二阶导数$f''(x)$也可以用来判断一阶导数$f'(x)$的单调性,即若$f''(x) > 0$,则$f'(x)$单调递增;若$f''(x) < 0$,则$f'(x)$单调递减。
复合函数法
对于复合函数$y = f[g(x)]$,其单调性由内层函数$g(x)$和外层函数$f(x)$的单调性共同确定。具体为“同增异减”,即如果$u = g(x)$单调递增且$y = f(u)$也单调递增,则$y = f[g(x)]$单调递增;反之,如果$u = g(x)$单调递增但$y = f(u)$单调递减,则$y = f[g(x)]$单调递减。
根据以上方法,可以根据具体函数的性质选择合适的方法来判断其单调性。通常,求导法在处理复杂函数时非常有效,而图象观察法则更直观适用于简单函数。定义法则是数学上最基础的证明方法,适用于所有可导的函数。复合函数法适用于由多个函数构成的复杂函数。