2.复合函数单调性的判断
对于函数
和
,如果
在区间
上是具有单调性,当
时,
,且
在区间
上也具有单调性,则复合函数
在区间
具有单调性的规律见下表:
|
|
增 ↗ |
减 ↘ |
||
|
|
增 ↗ |
减 ↘ |
增 ↗ |
减 ↘ |
|
|
增 ↗ |
减 ↘ |
减 ↘ |
增 ↗ |
以上规律还可总结为:“同向得增,异向得减”或“同增异减”.
证明:①设
,且![]()
∵
在
上是增函数,
∴
,且![]()
∵
在
上是增函数,∴
.
所以复合函数
在区间
上是增函数![]()
②设
,且
,∵
在
上是增函数,
∴
,且![]()
∵
在
上是减函数,∴
.
所以复合函数
在区间
上是减函数![]()
③设
,且
,∵
在
上是减函数,
∴
,且![]()
∵
在
上是增函数,∴
.
所以复合函数
在区间
上是减函数![]()
④设
,且
,∵
在
上是减函数,
∴
,且![]()
∵
在
上是减函数,∴
.
所以复合函数
在区间
上是增函数![]()
例2.求函数
的值域,并写出其单调区间![]()
解:题设函数由
和
复合而成的复合函数,
函数
的值域是
,
在
上
的值域是
.
故函数
的值域是
.
对于函数的单调性,不难知二次函数
在区间
上是减函数,在区间
上是增函数;
二次函数
区间
上是减函数,在区间
上是增函数![]()
当
时,
,即
,
或
.
当
时,
,即
,
.
因此,本题应在四个区间
,
,
,
上考虑![]()
① 当
时,
,
而
在
上是增函数,
在
上是增函数,所以,函数
在区间
上是增函数![]()
②当
时,
,
而
在
上是增函数,
在
上是减函数,
所以,函数
在区间
上是减函数![]()
③当
时,
,
而
在
上是减函数,
在
上是减函数,
所以,函数
在区间
上是增函数![]()
④当
时,
,
而
在
上是增函数,
在
上是减函数,所以,函数
在区间
上是减函数![]()
综上所述,函数
在区间
、
上是增函数;在区间
、
上是减函数![]()
另外,本题给出的复合函数是偶函数,在讨论具有奇偶性的函数的单调性时,应注意应用其奇函数或偶函数的性质,以使解题过程简捷、清楚、具有条理性![]()