| 3.1.2 函数的单调性 题目答案及解析

稿件来源:高途

| 3.1.2 函数的单调性题目答案及解析如下,仅供参考!

必修一

第三章 函数

3.1 函数的概念与性质

3.1.2 函数的单调性

已知定义在$\left( -\infty ,-\dfrac{1}{2} \right)\cup \left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上的函数$f\left( x \right)$同时满足下列四个条件:

$f\left( \dfrac{5}{2} \right)=-1$

②对任意$\left| x \right|\gt \dfrac{1}{2}$,恒有$f\left( -x \right)+f\left( x \right)=0$

③对任意$x\gt \dfrac{3}{2}$,恒有$f\left( x \right)\lt 0$

④对任意$a,b\gt 0$,恒有$f\left( a+\dfrac{1}{2} \right)+f\left( b+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( ab+\dfrac{1}{2} \right)$

$(1)$$f\left( -\dfrac{3}{2} \right)$的值;

$(2)$判断$f\left( x \right)$$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上的单调性,并用定义法证明;

$(3)$若对任意$t\in \left[ -1,1 \right]$,恒有$f\left( -{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k \right)\leqslant 2$,求实数$k$的取值范围.

[["

$(1)$$0$

$(2)$$f\\left( x \\right)$$\\left( \\dfrac{1}{2},+\\infty \\right)$上单调递减,证明见解析;

$(3)$$\\left[ \\dfrac{3}{4},+\\infty \\right)$

"]]

$(1)$$f\left( a+\dfrac{1}{2} \right)+f\left( b+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( ab+\dfrac{1}{2} \right)$中令$a=b=1\Rightarrow 2f\left( \dfrac{3}{2} \right)=f\left( \dfrac{3}{2} \right)\Rightarrow f\left( \dfrac{3}{2} \right)=0$

(或令$a=2$$b=1\Rightarrow f\left( \dfrac{5}{2} \right)+f\left( \dfrac{3}{2} \right)=f\left( \dfrac{5}{2} \right)\Rightarrow f\left( \dfrac{3}{2} \right)=0$$)$

$f\left( -x \right)+f\left( x \right)=0\Rightarrow f\left( -\dfrac{3}{2} \right)+f\left( \dfrac{3}{2} \right)=0\Rightarrow f\left( -\dfrac{3}{2} \right)=0$

$(2)$$f\left( x \right)$$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上单调递减.

下证明:

由④知:对任意$a$$b\gt 0$,恒有$f\left( ab+\dfrac{1}{2} \right)-f\left( b+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( a+\dfrac{1}{2} \right)$

证一:任取${{x}_{2}}\gt {{x}_{1}}\gt \dfrac{1}{2}$

于是$f\left( {{x}_{2}} \right)-f\left( {{x}_{1}} \right)=f\left( \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}\cdot \left( {{x}_{1}}-\dfrac{1}{2} \right)+\dfrac{1}{2} \right)-f\left( \left( {{x}_{1}}-\dfrac{1}{2} \right)+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}+\dfrac{1}{2} \right)$

$\because {{x}_{2}}\gt {{x}_{1}}\gt \dfrac{1}{2}$

$\therefore {{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}\gt {{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}\gt 0$

$\Rightarrow \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}\gt 1\Rightarrow \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}+\dfrac{1}{2}\gt \dfrac{3}{2}$

而对任意$x\gt \dfrac{3}{2}$时恒有$f\left( x \right)\lt 0$,故$f\left( \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}+\dfrac{1}{2} \right)\lt 0$

$f\left( {{x}_{2}} \right)-f\left( {{x}_{1}} \right)\lt 0$

$\therefore f\left( x \right)$$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上单调递减,证毕;

证二:任取${{x}_{2}}\gt {{x}_{1}}\gt \dfrac{1}{2}$,设${{x}_{2}}=mn+\dfrac{1}{2}$${{x}_{1}}=n+\dfrac{1}{2}$$m\gt 1$$n\gt 0$

$f\left( {{x}_{2}} \right)-f\left( {{x}_{1}} \right)=f\left( mn+\dfrac{1}{2} \right)-f\left( n+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( m+\dfrac{1}{2} \right)$

$\because m\gt 1$$m+\dfrac{1}{2}\gt \dfrac{3}{2}$

$\therefore f\left( m+\dfrac{1}{2} \right)\lt 0$,即$f\left( {{x}_{2}} \right)\lt f\left( {{x}_{1}} \right)$

也即$f\left( x \right)$$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$单调递减,证毕;

$(3)$$f\left( a+\dfrac{1}{2} \right)+f\left( b+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( ab+\dfrac{1}{2} \right)$中:

$a=b=2\Rightarrow f\left( \dfrac{5}{2} \right)+f\left( \dfrac{5}{2} \right)=f\left( \dfrac{9}{2} \right)\Rightarrow f\left( \dfrac{9}{2} \right)=-2$

$f\left( -x \right)+f\left( x \right)=0$,于是$f\left( -\dfrac{9}{2} \right)=2$

$a=\dfrac{1}{4}$$b=4\Rightarrow f\left( \dfrac{3}{4} \right)+f\left( \dfrac{9}{2} \right)=f\left( \dfrac{3}{2} \right)=0\Rightarrow f\left( \dfrac{3}{4} \right)=-f\left( \dfrac{9}{2} \right)=2$

$(2)$$f\left( x \right)$$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上单调递减,

$f\left( -x \right)+f\left( x \right)=0$,可得$f\left( x \right)$$\left( -\infty ,-\dfrac{1}{2} \right)$上也单调递减,如图,

可知不等式$f\left( -{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k \right)\leqslant 2$等价于:

对任意$t\in \left[ -1,1 \right]$,不等式

$-{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k\geqslant \dfrac{3}{4}$……①

或者$-\dfrac{9}{2}\leqslant -{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k\lt -\dfrac{1}{2}$恒成立,……②

法一:令$g\left( t \right)=-{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k$$t\in \left[ -1,1 \right]$

$\because g\left( t \right)$开口向下,由$g\left( t \right)$图像可知:

不等式①$\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} { g\left( -1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} }\\{g\left( 1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4}} \end{array}\right.\Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {k\geqslant \dfrac{11}{20}}\\{k\geqslant \dfrac{3}{4}} \end{array}\right.\Rightarrow k\geqslant \dfrac{3}{4}$

对于②,当$t=\pm 1$时,由$\left\{ \begin{array}{l} {-\dfrac{9}{2}\leqslant g\left( -1 \right)\lt -\dfrac{1}{2}}\\{-\dfrac{9}{2}\leqslant g\left( 1 \right)\lt -\dfrac{1}{2}} \end{array}\right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {-\dfrac{1}{2}\leqslant k\lt \dfrac{3}{10}}\\{-\dfrac{9}{2}\leqslant k\lt -\dfrac{1}{2}} \end{array}\right.\Rightarrow k\in \varnothing $

即一定不存在$k$满足②.

综上取并,得$k\in \left[ \dfrac{3}{4},+\infty \right)$

法二:

$g\left( t \right)=-{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k$$t\in \left[ -1,1 \right]$$g\left( t \right)$开口向下,对称轴为$t=\dfrac{1}{2}-k$

$g\left( -1 \right)=5k-2$$g\left( 1 \right)=k$$g\left( \dfrac{1}{2}-k \right)={{k}^{2}}+2k+\dfrac{1}{4}$

${{1}^{^\circ }}$$\dfrac{1}{2}-k\lt -1$$k\gt \dfrac{3}{2}$时,问题等价于$\begin{cases} k\gt \dfrac{3}{2} \\ g\left( 1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} \\ \end{cases}$$\begin{cases} k\gt \dfrac{3}{2} \\ g\left( -1 \right)\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( 1 \right)\geqslant -\dfrac{9}{2} \\ \end{cases}$,解得$k\gt \dfrac{3}{2}$

${{2}^{^\circ }}$$-1\leqslant \dfrac{1}{2}-k\leqslant 0$$\dfrac{1}{2}\leqslant k\leqslant \dfrac{3}{2}$时,等价于$\begin{cases} \dfrac{1}{2}\leqslant k\leqslant \dfrac{3}{2} \\ g\left( 1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} \\ \end{cases}$$\begin{cases} \dfrac{1}{2}\leqslant k\leqslant \dfrac{3}{2} \\ g\left( \dfrac{1}{2}-k \right)\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( 1 \right)\geqslant -\dfrac{9}{2} \\ \end{cases} \Rightarrow k\in \left[ \dfrac{3}{4},\dfrac{3}{2} \right]$

${{3}^{^\circ }}$$0\lt \dfrac{1}{2}-k\leqslant 1$$-\dfrac{1}{2}\leqslant k\lt \dfrac{1}{2}$时,问题等价于$\begin{cases} -\dfrac{1}{2}\leqslant k\lt \dfrac{1}{2} \\ g\left( -1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} \\ \end{cases}$$\begin{cases} -\dfrac{1}{2}\leqslant k\lt \dfrac{1}{2} \\ g\left( \dfrac{1}{2}-k \right)\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( -1 \right)\geqslant -\dfrac{9}{2} \\ \end{cases}$

解得$k\in \varnothing $

${{4}^{^\circ }}$$\dfrac{1}{2}-k\gt 1$$k\lt -\dfrac{1}{2}$时,问题等价于$\begin{cases} k\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( -1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} \\ \end{cases}$$\begin{cases} k\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( 1 \right)\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( -1 \right)\geqslant -\dfrac{9}{2} \\ \end{cases}$

解得$k\in \varnothing $

综上,$k\in \left[ \dfrac{3}{4},+\infty \right)$

| 3.1.2 函数的单调性题目答案及解析(完整版)

去刷题
今日推荐