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单调函数指的是在不强调区间的情况下,对于整个定义域而言,函数具有单调性。而不是针对定义域的子区间而言。举个例子,反比例函数是一个具有单调性的函数,而不是一个单调函数,因为在反比例函数的定义域上,并不呈现整体的单调性。单调函数只是单调性函数中特殊的一种。区间具有单调性的函数并不一定是单调函数,而单调函数的子区间上一定具有单调性。具有单调性函数可以根据区间不同而单调性不同。[1]

定义

一般地,设函数的定义域为I:

如果对于属于I内某个区间上的任意两个自变量的值x1、x2,当x1>x2时都有f(x1)≥f(x2),那么就说在这个区间上是增函数(另一说法为单调不减函数)。如果f(x1)>f(x2),那么就说在这个区间上是严格增函数(另一种说法是增函数)。

如果对于属于I内某个区间上的任意两个自变量的值x1、x2,当x1>x2时都有f(x1)≤f(x2).那么就是f(x)在这个区间上是减函数(另一种说法为单调不增函数)。如果f(x1)<f(x2),那么就说f(x)在这个区间上是严格减函数(另一种说法是减函数)。

为了回避歧义,下文采取单调不减函数,严格增函数,单调不增函数,严格减函数等术语。如果函数y=的单调区间,在单调区间上增函数的函数图像是上升的,减函数的函数图像是下降的。

注意

函数的单调性也叫函数的增减性;函数的单调性是对某个区间而言的,它是一个局部概念。

判定方法

判定函数在某个区间上的单调性的方法步骤有两种主要方法。

定义法

设任意x1、x2∈给定区间,且x1<x2,计算f(x1)- f(x2)至最简。【最好表示为整式乘积的形式】判断上述差的符号。

求导法

利用导数公式进行求导,然后判断导函数和0的大小关系,从而判断增减性,导函数值大于0,说明是严格增函数,导函数值小于0,说明是严格减函数,前提是原函数必须是连续的。当导数大于等于0时也可为增函数,同理当导数小于等于0时也可为减函数。

推广

现代数学中,在有序集合之间的函数是单调(monotone)的,如果它们保持给定的次序。这些函数最先出现在微积分中,后来推广到序理论中更加抽象结构中。尽管概念一般是一致的,两个学科已经发展出稍微不同的术语。在微积分中,我们经常说函数是单调递增和单调递减的,在序理论中偏好术语单调和反单调或序保持和序反转。

在序理论中,不限制于实数集合,可以考虑任意偏序集合甚至是预序集合。在这些情况下上述定义同样适用。但是要避免术语"递增"和"递减",因为一旦处理的不是全序的次序就没有了吸引人的图像动机。进一步的,严格关系 < 和 > 在多数非全序的次序中很少使用,因此不介入它们的额外术语。

设f: P → Q为一函数映射,是在两个带有偏序的集合 P 和 Q 之间的函数映射。

如果x ≤ y 蕴涵 为单调(monotone)函数,也叫做isotone 或序保持函数。对偶概念经常叫做反单调、antitone 或序反转。因此,反单调函数 f 满足性质x ≤ y 蕴涵 ≥ ,对于它的定义域中的所有 x 和 y。容易看出两个单调函数的复合也是单调的。

常数函数是单调的也是反单调的;反过来,如果 f 是单调的也是反单调的,并且如果 f 的定义域是全序集,则 f 必定是常量函数。

单调函数是序理论的中心。它们大量出现于这个主题的文章和在这些地方的找到的应用中。著名的特殊单调函数是序嵌入(x ≤ y当且仅当f(x) ≤ f(y) 的函数)和序同构(双射序嵌入)。

视频

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函数的单调性(1)(2)

参考文献

  1. 函数单调性的定义,高三网,2019-11-25