分段函数的单调性问题

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangxinyao1121
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  分段函数是指自变量在不同的取值范围内,其对应法则也各不相同的函数.分段函数是一类表达形式特殊的函数,无论其表达式有几段,它都只能算一个函数,而很多学生总认为它是几个函数,从而涉及分段函数的题目往往容易弄错.分段函数在新教材中单独成为一节,可见其在函数内容中占着重要的位置.本文试图从分段函数的单调性入手,揭示分段函数的一些解题方法和策略,以帮助大家进一步认识和了解分段函数.
  一、求函数的单调区间
  例1 设函数y=f(x)在(-∞, ∞)内有定义,对于给定的正数k,定义函数fk(x)=f(x),f(x)≤k,k,f(x)>k, 取函数f(x)=2-|x|,当k=12时,函数fk(x)的单调增区间为( ).
  A.(-∞,0)
  B.(0, ∞)
  C.(-∞,-1)
  D.(1, ∞)
  解 由f(x)>12,即2-|x|>12,∴-|x|>-1,
  即-1  ∴f12(x)=2-x,x≥1,12,-1  故f12(x)的單调增区间为(-∞,-1),故选C.
  感悟 这是一种自定义函数的题型,具有创新意识,只要弄懂正文求出函数解析式,其他问题就容易解了.
  二、由分段函数单调性求最值
  例2 (2015年浙江)已知函数f(x)=x 2x-3,x≥1,lg(x2 1),x<1, 则f[f(-3)]=,f(x)的最小值为.
  解 由题意知f(-3)=1,f(1)=0,∴f[f(-3)]=0.
  又f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,1)上单调递增,在(1,2)上单调递减,在(2, ∞)上单调递增.
  ∴f(x)min=min{f(0),f(2)}=22-3.
  感悟 这里易知f(x)的单调性,但求最小值时一定要比较f(0)和f(2)的值哪个更小,否则易犯经验错误.
  三、由分段函数的单调性解不等式
  例3 (2016年山东调考)已知f(x)=x2 1,x≥0,1,x<0, 则满足不等式f(1-x2)>f(2x)的x的取值范围是.
  分析 若通过代解析式来解不等式f(1-x2)>f(2x),则需要讨论四种情况,且出现四次不等式,显然麻烦还不一定解得出来.本题可考虑数形结合法求解.
  解 作出y=f(x)的图像,欲使f(1-x2)>f(2x),则必有
  1-x2>0,2x<0 或1-x2>2x,2x≥0, 解得-1  感悟 这里巧妙地避开了复杂的分类讨论,而是借助图像、依据函数的单调性达到了求解的目的.
  四、由分段函数的单调性求参数范围
  例4 (2016年北京东城区调考)已知函数f(x)=-x2 6x e2-5e-2,x≤e,x-2lnx,x>e.
  (1)若f(6-a2)>f(a),则实数a的取值范围为;
  (2)函数g(x)=f(x)-e-2e-3(x-3)的零点个数有个.
  解 ∵f′(x)=-2x 6,x≤e,1-2x,x>e,
  当x≤e时,f′(x)=6-2x=2(3-x)>0;
  当x>e时,f′(x)=1-2x=x-2x>0.
  ∴f(x)在R上单调递增.
  (1)由f(6-a2)>f(a),得6-a2>a,解得-3  (2)g(x)=0,即f(x)=e-2e-3(x-3),由于y=f(x)在R上单调递增,且过点(e,e-2),又y=e-2e-3(x-3)是单调递减的直线,也过点(e,e-2),故y=f(x)与y=e-2e-3(x-3)只有一个交点,故g(x)=f(x)-e-2e-3(x-3)的零点个数有1个.
  感悟 本题直接作图是很难的,第(1)问代解析式来解不等式也是不可能的,通过导数判断单调性才是最佳的.可见对于一些比较复杂的分段函数(含有超越函数),借助求导求有关问题行之有效.
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