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例3:单调性

导数及其运算与应用 · 高一
讲清楚它是什么

定义 函数在定义域内,自变量增大时函数值随之增大(或减小)的性质。

从哪来 本节为高一数学起点,无前置知识点,直接基于初中“变量与函数”的直观概念建立。

为什么 单调性揭示了变量间的依赖规律。若 $x_1 < x_2$ 恒有 $f(x_1) < f(x_2)$,说明函数图像从左到右是“爬坡”的。这种“输入与输出的同步变化”是研究函数增减趋势、求最值及解不等式的逻辑基础,比单纯看图像更严谨。

代数定义法
直接引入 $x_1, x_2$ 的任意性,强调 $f(x_1) - f(x_2)$ 与 $x_1 - x_2$ 同号。
适合:逻辑抽象能力强、偏好符号推导、对图像依赖度低的学生。
图像直观法
先画 $y=x^2$ 和 $y=-x$ 的草图,让学生观察“从左往右看,图像是上升还是下降”,再对应到定义。
适合:形象思维强、对抽象符号感到困难、需要视觉辅助理解概念的学生。
生活类比法
用“爬山”比喻。$x$ 是路程,$f(x)$ 是海拔。单调递增就是“一直往上爬,不回头”,单调递减就是“一直往下滑”。
适合:基础薄弱、需要建立感性认识、对纯数学语言排斥的学生。
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练一道
基础题
判断函数 $f(x) = 2x + 1$ 在 $\mathbb{R}$ 上的单调性。
变式
证明函数 $f(x) = \frac{1}{x}$ 在 $(0, +\infty)$ 上单调递减。
试试手自己判
检测题
判断函数 $f(x) = -x^2 + 2x$ 在区间 $[0, 1]$ 上的单调性,并说明理由。
看答案和判分标准
答案:单调递增。
判对标准:
1. 结论正确(单调递增);
2. 过程包含“设 $x_1, x_2 \in [0, 1]$ 且 $x_1 < x_2$”;
3. 正确计算 $f(x_1) - f(x_2) = -(x_1^2 - x_2^2) + 2(x_1 - x_2) = (x_2 - x_1)(x_1 + x_2 - 2)$;
4. 正确判断符号:因 $0 \le x_1 < x_2 \le 1$,故 $x_2 - x_1 > 0$ 且 $x_1 + x_2 - 2 < 0$,乘积小于0,即 $f(x_1) < f(x_2)$。
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