复合函数的单调性是由其内外两个函数的单调性共同决定的,其判断法则可以概括为“同增异减”。具体来说:
同增异减
如果内函数和外函数在某个区间上都是单调递增的,则复合函数在该区间上也是单调递增的。
如果内函数和外函数在某个区间上都是单调递减的,则复合函数在该区间上也是单调递减的。
如果内函数和外函数在某个区间上的单调性相反(即一个递增,另一个递减),则复合函数在该区间上是单调递减的。
导数方法
对复合函数求导,通过导数的正负来判断复合函数的单调性。如果导数在某个区间上大于0,则复合函数在该区间上单调递增;如果导数小于0,则复合函数在该区间上单调递减。
定义法
通过比较复合函数在区间内任意两点函数值的大小来判断其单调性。具体地,取区间内的两个点$x_1$和$x_2$,如果对于任意$x_1 < x_2$,都有$f(g(x_1)) < f(g(x_2))$,则复合函数在该区间上单调递增;反之,如果$f(g(x_1)) > f(g(x_2))$,则复合函数在该区间上单调递减。
示例
假设有复合函数$y = f(g(x))$,其中$f(u)$是外层函数,$g(x)$是内层函数。
如果$f(u)$和$g(x)$在区间$(a, b)$上都是单调递增的,则$y = f(g(x))$在区间$(a, b)$上也是单调递增的。
如果$f(u)$和$g(x)$在区间$(a, b)$上都是单调递减的,则$y = f(g(x))$在区间$(a, b)$上也是单调递减的。
如果$f(u)$在区间$(a, b)$上单调递增,而$g(x)$在区间$(a, b)$上单调递减,则$y = f(g(x))$在区间$(a, b)$上是单调递减的。
如果$f(u)$在区间$(a, b)$上单调递减,而$g(x)$在区间$(a, b)$上单调递增,则$y = f(g(x))$在区间$(a, b)$上是单调递增的。
建议
在判断复合函数的单调性时,首先要明确内外函数的具体形式及其定义域。
熟练掌握“同增异减”的法则,并能够灵活应用于各种复合函数。
借助导数方法可以更精确地判断复合函数的单调性,但需要一定的微积分基础。
通过以上方法,可以有效地判断和分析复合函数的单调性。