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單調函數

鎖定
一般的,不強調區間的情況下,所謂的單調函數是指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。
中文名
單調函數
外文名
Monotone function
定    義
f(x1)<f(x2),f(x1)>f(x2)
學    科
數學
特    點
單調
判定方法
定義法、求導法

單調函數定義

設 f: P → Q是在兩個帶有偏序≤的集合P和Q之間的函數。在微積分中,它們是帶有平常次序的實數集的子集之間的函數,但是定義仍保持同更一般的序理論定義一樣。
函數f是單調的,如果只要x ≤ y,則f(x) ≤ f(y)。因此單調函數保持次序關係。

單調函數性質

單調函數基本性質

如果函數y=
在某個區間增函數減函數,就稱函數
在這一區間具有(嚴格的)單調性,這一區間叫做y=
單調區間,在單調區間上增函數函數圖像上升的,減函數的函數圖像是下降的。 [1] 

單調函數注意

  • 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;

單調函數判定方法

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:

單調函數定義法

  1. 設任意x1、x2∈給定區間,且x1<x2.
  2. 計算f(x1)- f(x2)至最簡。【最好表示為整式乘積的形式】
  3. 判斷上述差的符號。

單調函數求導法

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,説明是嚴格增函數,導函數值小於0,説明是嚴格減函數,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。

單調函數推廣

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,我們經常説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。 [2] 
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,是在兩個帶有偏序集合 P 和 Q 之間的函數映射。
如果x ≤ y 藴涵
,就稱
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 藴涵 ≥ ,
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)。
參考資料
  • 1.    朱立明, 馬雲鵬, 韓繼偉,等. 高一學生單調函數概念認知水平研究[J]. 數學教育學報, 2015, 24(4).
  • 2.    王斯雷. 單調函數的兩個定理[J]. 科學通報, 1983, 28(1):4-4.