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1.2 求单调区间的步骤

导数及其应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 通过求导、解不等式及结合定义域,确定函数在哪些区间上单调递增或递减的系统化操作流程。

从哪来 本知识点建立在 4.2 导数与单调性 的核心原理之上,并依赖 3.1 导数计算步骤 获取导函数,同时需结合 1.3 导数的几何意义 理解单调性的直观背景。

为什么 导数 $f'(x)$ 的符号直接反映了函数切线斜率的正负,进而决定了函数值的增减趋势。 1. 原理基础:根据拉格朗日中值定理,若 $f'(x)>0$,则函数单调递增;若 $f'(x)<0$,则函数单调递减。 2. 操作逻辑:求单调区间本质上是求解不等式 $f'(x)>0$ 和 $f'(x)<0$ 的解集。 3. 关键约束:单调区间必须包含在函数的定义域内。因为导数只在定义域内存在,超出定义域的区间函数无意义,故不能计入单调区间。这是“步骤”中必须强调“结合定义域”的根本原因。

【代数逻辑流】** **适合学生
逻辑严密、擅长不等式求解、对几何直觉不敏感的学生。 讲解路径: 1. 第一步:求导。利用求导法则(对应前置 3.1)算出 $f'(x)$。 2. 第二步:解不等式。分别解 $f'(x)>0$ 和 $f'(x)<0$。 - 强调:这是纯代数运算,把 $f'(x)$ 看作一个关于 $x$ 的新函数 $g(x)$,求 $g(x)$ 的正负区间。 3. 第三步:取交集。将解集与函数 $f(x)$ 的定义域 $D$ 取交集。 - 公式化表达:单调增区间 = $\{x | f'(x)>0\} \cap D$。 4. 第四步:书写。用区间符号表示,注意开区间。 核心话术:“不要想图像,就把导数当成一个新的方程去解,最后记得‘砍掉’定义域以外的部分。”
【数形结合流】** **适合学生
空间想象力强、喜欢通过图像理解抽象概念、容易在代数变形中出错的学生。 讲解路径: 1. 第一步:画草图。先画出 $f(x)$ 的大致走势(如抛物线、三次曲线),标出定义域边界(垂直渐近线或端点)。 2. 第二步:找关键点。求出 $f'(x)=0$ 的根(驻点)以及 $f'(x)$ 无意义的点(如分母为0的点)。 3. 第三步:定符号。在数轴上标出这些关键点,选取测试点判断 $f'(x)$ 的正负。 - 口诀:“穿轴变号,不穿不变”(针对多项式导数);“分母恒正,只看分子”(针对分式导数)。 4. 第四步:对应区间。 - $f'(x)>0$ 对应图像“爬坡”的区间。 - $f'(x)<0$ 对应图像“下坡”的区间。 5. 第五步:校验。检查区间端点是否在定义域内。 核心话术:“导数的正负就是坡度的方向。上坡就是增,下坡就是减。但路(定义域)断了的地方,不能算作连续的上坡或下坡。”
【程序化清单流】** **适合学生
基础薄弱、容易遗漏步骤、需要标准化操作流程以避免粗心错误的学生。 讲解路径: 提供一个“五步检查清单”,每做完一步打勾: 1. [ ] 定义域:先写出 $f(x)$ 的定义域 $D$。(最重要,先写下来) 2. [ ] 求导数:计算 $f'(x)$,检查求导公式是否正确。 3. [ ] 找零点:令 $f'(x)=0$,解出 $x$ 的值;同时找出 $f'(x)$ 无意义的 $x$ 值。 4. [ ] 列表/画轴:在数轴上标出 $D$ 的边界、$f'(x)=0$ 的根、$f'(x)$ 无意义的点。 5. [ ] 定区间: - 在 $D$ 内,$f'(x)>0$ 的区间 $\rightarrow$ 单调增区间。 - 在 $D$ 内,$f'(x)<0$ 的区间 $\rightarrow$ 单调减区间。 - 注意:区间端点若属于定义域,通常写开区间(除非题目特别要求闭区间,但高中通常默认开区间表示单调性)。 核心话术:“做题像做实验,按清单走。第一步永远先写定义域,这是防止丢分的保险丝。”
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练一道
基础题
求函数 $f(x) = x^3 - 3x$ 的单调区间。
变式
求函数 $f(x) = \frac{x}{x-1}$ 的单调区间。
看解答过程
1. 定义域:$f(x)$ 为多项式函数,定义域 $D = \mathbb{R}$。 2. 求导:$f'(x) = 3x^2 - 3$。 3. 解不等式: - 令 $f'(x) > 0$,即 $3x^2 - 3 > 0 \Rightarrow x^2 > 1 \Rightarrow x > 1$ 或 $x < -1$。 - 令 $f'(x) < 0$,即 $3x^2 - 3 < 0 \Rightarrow x^2 < 1 \Rightarrow -1 < x < 1$。 4. 结合定义域:解集均在 $\mathbb{R}$ 内,无需裁剪。 5. 结论: - 单调递增区间为 $(-\infty, -1)$ 和 $(1, +\infty)$。 - 单调递减区间为 $(-1, 1)$。 *(注意:单调区间不能用并集符号 $\cup$ 连接,应用“和”或逗号分隔)
试试手自己判
检测题
求函数 $f(x) = \ln(x-1) + x^2$ 的单调递增区间。
看答案和判分标准
答案:$(1, +\infty)$
判对标准:
1. 必须写出定义域:$x-1>0 \Rightarrow x>1$。若未写定义域直接求导,判错。
2. 求导正确:$f'(x) = \frac{1}{x-1} + 2x$。
3. 解不等式逻辑正确:
- 在 $x>1$ 时,$\frac{1}{x-1} > 0$ 且 $2x > 2 > 0$。
- 故 $f'(x) > 0$ 在定义域内恒成立。
4. 结论正确:单调递增区间为 $(1, +\infty)$。
- 若写成 $(-\infty, +\infty)$,判错。
- 若写成 $[1, +\infty)$,判错(对数函数在1处无定义)。
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