單調函式

單調函式

一般的,不強調區間的情況下,所謂的單調函式是指, 對於整個定義域而言,函式具有單調性。而不是針對定義域的子區間而言。舉個例子,反比例函式是一個具有單調性的函式,而不是一個單調函式,因為在反比例函式的定義域上,並不呈現整體的單調性。單調函式只是單調性函式中特殊的一種。區間具有單調性的函式並不一定是單調函式,而單調函式的子區間上一定具有單調性。具有單調性函式可以根據區間不同而單調性不同。

基本信息

定義

單調函式 單調函式

一般地,設函式的定義域為I:

單調函式 單調函式

如果對於屬於I內某個區間上的任意兩個自變數的值x1、x2,當x1>x2時都有f(x1)≥f(x2),那么就說在這個區間上是增函式(另一說法為單調不減函式)。

單調函式 單調函式

如果f(x1)>f(x2),那么就說在這個區間上是嚴格增函式(另一種說法是增函式)。

如果對於屬於I內某個區間上的任意兩個自變數的值x1、x2,當x1>x2時都有f(x1)≤f(x2).那么就是f(x)在這個區間上是減函式(另一種說法為單調不增函式)。如果f(x1)<f(x2),那么就說f(x)在這個區間上是嚴格減函式(另一種說法是減函式)。

為了迴避歧義,下文採取單調不減函式,嚴格增函式,單調不增函式,嚴格減函式等術語。

性質

基本性質

單調函式 單調函式
單調函式 單調函式
單調函式 單調函式

如果函式y=在某個區間是增函式或減函式,就稱函式在這一區間具有(嚴格的)單調性,這一區間叫做y=的單調區間,在單調區間上增函式的函式圖像是上升的,減函式的函式圖像是下降的。

注意

•函式的單調性也叫函式的增減性;

•函式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

判定函式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

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。

1.

設任意x1、x2∈給定區間,且x1

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。

求導法

利用導數公式進行求導,然後判斷導函式和0的大小關係,從而判斷增減性,導函式值大於0,說明是嚴格增函式,導函式值小於0,說明是嚴格減函式,前提是原函式必須是連續的。當導數大於等於0時也可為增函式,同理當導數小於等於0時也可為減函式。

推廣

現代數學中,在有序集合之間的函式是單調(monotone)的,如果它們保持給定的次序。這些函式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,我們經常說函式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為一函式映射,是在兩個帶有偏序的集合 P 和 Q 之間的函式映射。

單調函式 單調函式
單調函式 單調函式
單調函式 單調函式

如果x ≤ y 蘊涵≤,就稱為單調(monotone)函式,也叫做isotone 或序保持函式。

單調函式 單調函式
單調函式 單調函式

對偶概念經常叫做反單調、antitone 或序反轉。因此,反單調函式 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式的複合也是單調的。

常數函式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 必定是常量函式。

單調函式是序理論的中心。它們大量出現於這個主題的文章和在這些地方的找到的套用中。

著名的特殊單調函式是序嵌入(x ≤ y若且唯若f(x) ≤ f(y) 的函式)和序同構(雙射序嵌入)。

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