單調函數
單調函數指的是在不強調區間的情況下,對於整個定義域而言,函數具有單調性。而不是針對定義域的子區間而言。舉個例子,反比例函數是一個具有單調性的函數,而不是一個單調函數,因為在反比例函數的定義域上,並不呈現整體的單調性。單調函數只是單調性函數中特殊的一種。區間具有單調性的函數並不一定是單調函數,而單調函數的子區間上一定具有單調性。具有單調性函數可以根據區間不同而單調性不同。[1]
目錄
定義
一般地,設函數的定義域為I:
如果對於屬於I內某個區間上的任意兩個自變量的值x1、x2,當x1>x2時都有f(x1)≥f(x2),那麼就說在這個區間上是增函數(另一說法為單調不減函數)。如果f(x1)>f(x2),那麼就說在這個區間上是嚴格增函數(另一種說法是增函數)。
如果對於屬於I內某個區間上的任意兩個自變量的值x1、x2,當x1>x2時都有f(x1)≤f(x2).那麼就是f(x)在這個區間上是減函數(另一種說法為單調不增函數)。如果f(x1)<f(x2),那麼就說f(x)在這個區間上是嚴格減函數(另一種說法是減函數)。
為了迴避歧義,下文採取單調不減函數,嚴格增函數,單調不增函數,嚴格減函數等術語。如果函數y=的單調區間,在單調區間上增函數的函數圖像是上升的,減函數的函數圖像是下降的。
注意
函數的單調性也叫函數的增減性;函數的單調性是對某個區間而言的,它是一個局部概念。
判定方法
判定函數在某個區間上的單調性的方法步驟有兩種主要方法。
定義法
設任意x1、x2∈給定區間,且x1<x2,計算f(x1)- f(x2)至最簡。【最好表示為整式乘積的形式】判斷上述差的符號。
求導法
利用導數公式進行求導,然後判斷導函數和0的大小關係,從而判斷增減性,導函數值大於0,說明是嚴格增函數,導函數值小於0,說明是嚴格減函數,前提是原函數必須是連續的。當導數大於等於0時也可為增函數,同理當導數小於等於0時也可為減函數。
推廣
現代數學中,在有序集合之間的函數是單調(monotone)的,如果它們保持給定的次序。這些函數最先出現在微積分中,後來推廣到序理論中更加抽象結構中。儘管概念一般是一致的,兩個學科已經發展出稍微不同的術語。在微積分中,我們經常說函數是單調遞增和單調遞減的,在序理論中偏好術語單調和反單調或序保持和序反轉。
在序理論中,不限制於實數集合,可以考慮任意偏序集合甚至是預序集合。在這些情況下上述定義同樣適用。但是要避免術語"遞增"和"遞減",因為一旦處理的不是全序的次序就沒有了吸引人的圖像動機。進一步的,嚴格關係 < 和 > 在多數非全序的次序中很少使用,因此不介入它們的額外術語。
設f: P → Q為一函數映射,是在兩個帶有偏序的集合 P 和 Q 之間的函數映射。
如果x ≤ y 蘊涵 為單調(monotone)函數,也叫做isotone 或序保持函數。對偶概念經常叫做反單調、antitone 或序反轉。因此,反單調函數 f 滿足性質x ≤ y 蘊涵 ≥ ,對於它的定義域中的所有 x 和 y。容易看出兩個單調函數的複合也是單調的。
常數函數是單調的也是反單調的;反過來,如果 f 是單調的也是反單調的,並且如果 f 的定義域是全序集,則 f 必定是常量函數。
單調函數是序理論的中心。它們大量出現於這個主題的文章和在這些地方的找到的應用中。著名的特殊單調函數是序嵌入(x ≤ y當且僅當f(x) ≤ f(y) 的函數)和序同構(雙射序嵌入)。