利用导数研究函数的单调性

【例1】判断函数​\( f(x)=ln(x+1)-ax \)​的单调性.

【解析】​\( f'(x)=\dfrac{1}{x+1}-a(x>-1) \)

特殊情况:注意到​\( \dfrac{1}{x+1}>0 \)​,当​\( a\leqslant0 \)​时,​\( f'(x)>0 \)​恒成立,这就是特殊情况。因此本题可以分特殊情况与一般情况进行讨论。

(1)当​\( a\leqslant0 \)​时,​\( f'(x)>0 \)​,故​\( f(x) \)​在​\( (-1,+\infty) \)​上单调递增;

(2)当​\( a>0 \)​时,令​\( f'(x)=0 \)​得​\( x=\dfrac{1}{a}-1>-1 \)​,注意到​\( f'(x) \)​在​\( (-1,+\infty) \)​上单调递增,故

当​\( -1<x<\dfrac{1}{a}-1 \)​时,​\( f'(x)<0 \)​;

当​\( x>\dfrac{1}{a}-1 \)​时,​\( f'(x)>0 \)

\( \therefore f(x) \)​在​\( (-1,\dfrac{1}{a}-1) \)​上单调递减;在​\( (\dfrac{1}{a}-1,+\infty) \)​上单调递增.

【点评】求导后要注意是否有特殊情况?是否知道导函数的单调性和零点?

【例2】已知​\( f(x)=\dfrac{1}{x}-x+alnx \)​,判断​\( f(x) \)​的单调性.

【解析】​\( f(x) \)​的定义域为​\( (0,+\infty) \)​,

\( f'(x)=-\dfrac{1}{x^2}-1+\dfrac{a}{x}=-\dfrac{x^2-ax+1}{x^2}=-\dfrac{x+\dfrac{1}{x}-a}{x} \)

注意到\( x>0,且x+\dfrac{1}{x}\geqslant2 \)【本题有特殊情况,可分特殊情况与一般情况讨论】

(1)当​\( a\leqslant2 \)​时,​\( x+\dfrac{1}{x}-a\geqslant0 \)​,​\( \therefore f'(x)<0 \)​,\( \therefore f(x) \)​在​\( (0,+\infty) \)​上单调递减;

(2)当​\( a>2 \)​时,令​\( f'(x)=0 \)​得​\( x^2-ax+1=0 \)​,其判别式​\( \Delta=a^2-4>0 \)​,

\( x^2-ax+1=0 \)的根​\( x_1=\dfrac{a-\sqrt{a^2-4}}{2},x_2=\dfrac{a+\sqrt{a^2-4}}{2} \)​,且满足​\( 0<x_1​<x_2\)

令​\( f'(x)>0 \)​得​\( x_1<x<x_2\)​;令​\( f'(x)<0 \)​得​\( 0<x<x_1或x>x_2 \)

\( \therefore f(x) \)​在​\( (0,\dfrac{a-\sqrt{a^2-4}}{2}),(\dfrac{a+\sqrt{a^2-4}}{2},+\infty) \)​上单调递减;

\( (\dfrac{a-\sqrt{a^2-4}}{2},\dfrac{a+\sqrt{a^2-4}}{2}) \)上单调递增.

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