当前课程知识点:微积分I >  第四章 中值定理与导数的应用 >  4.3 函数的单调性与极值 >  4.3.2 函数的单调性应用

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4.3.2 函数的单调性应用在线视频

下一节:4.3.3 函数的极值--第一判定法

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4.3.2 函数的单调性应用课程教案、知识点、字幕

同学们好

今天我们学习

函数单调性的两个应用

一、是用来证明不等式

二、是用来讨论方程的根的性质

主要是唯一性

我们先看第一个应用

利用单调性证明不等式

看例1

当x>0时

试证x>ln(1+x)成立

我们把不等式变形为x-ln(1+x)>0

这样一来就变成了需要证明

函数x-ln(1+x)

在当x>0时 大于0

通过观察我们发现

函数x-ln(1+x)

在x=0时的函数值

也恰好等于零

这样需要证明的不等式就变成了

f(x)>f(0)的形式了

如果 f(x)单调增加的

那么问题就解决了

因此

设 f(x)=x-ln(1+x)

则f'(x)= x / (1+x)

因为f(x) 在[0,+∞)上连续

在[0,+∞)上可导

且f'(x) >0

所以f(x) 在[0,+∞)上单调增加

所以当x>0时

f(x)>f(0)

而f(0) =0

所以f(x)>0

即 x > ln(1+x)

由这个题目我们发现

利用单调性证明不等式

1、是选择适当的函数

2、选择适当的区间

3、利用单调性

比较端点的函数值

一般可以得到

需要证明的不等式

我们再看例2

证明不等式eˣ>1+x (x≠0)

模仿上一个例子

我们也把要证明的结论变形为

eˣ-1-x>0

同上

令f(x)=eˣ-(1+x)

则f'(x)=eˣ-1

由于函数的导数

在x≠0时 有正有负

为此我们分开讨论

当x>0时 f'(x)>0

所以f(x) 在[0,+∞)上单调增加

所以f(x)>f(0)=0

即eˣ>1+x

在x<0时 f'(x)<0

所以f'(x) 在(-∞,0]上单调减少

所以f(x)>f(0)=0

即eˣ>1+x

综上所述

在x≠0时 总有eˣ>1+x

下面我们看第二个应用

利用单调性讨论方程根的唯一性

我们看例3

证明方程(π/4)+x+arctan x =0

有且只有一个实根

这个题目有两个问题需要回答

一是方程根的存在性

二是唯一性

回顾前面

我们在证明方程的根的存在性时

学习过两个定理

一个是连续函数的介值定理

一个是罗尔定理

下面我们试一下介值定理

设f(x) = π/4+x+arctan x

f(0) = π/4

f(-1) = -1

显然 f(x)在[-1,0]上连续

由零点存在定理知

函数f(x)至少有一个零点

又f'(x) = 1+ [1/(1+x²)]> 0

所以f(x) 单调增加

所以f(x) 至多只有一个零点

所以f(x)=0 有且只有一个实根

讲完这个题目可能有同学会问

区间 [-1,0]是怎么得出来的

注意到

这个题目中的区间 [-1,0]不是必须的

也就是说

也可以选取其他区间

只不过-1和零点处的函数值

比较容易求得

并且重要的是函数值异号

最后我们做一个小结

证明单调性

主要是选择适当的区间

利用导数

得出函数在该区间上的单调性

然后利用单调性

比较函数在端点上的值

得到所证明的不等式

讨论方程根的性质

主要是利用单调性

得出方程根的唯一性

今天就讲到这里

谢谢

微积分I课程列表:

导言 课程介绍

-微积分简要介绍

第一章 函数

-1.1 预备知识

--1.1.1 实数简介

--1.1.2本节作业

-1.2 函数的概念

--1.2.1 函数的概念

--1.2.2 本节作业

-1.3 函数的基本特性

--1.3.1 函数的几个特性

--1.3.2 本节作业

-1.4 反函数与复合函数

--1.4.1 反函数与复合函数

--1.4.2 本节作业

-1.5 基本初等函数与初等函数

--1.5.1 基本初等函数与初等函数

--1.5.2 本节作业

-1.6 经济学中几个常见的函数

--1.6.1 经济学中常见的几个函数

--1.6.2 本节作业

-第一章单元练习

--习题训练

--数学实验一 函数图形

第二章 极限与连续

-2.1 数列的极限

--2.1.1 数列极限的描述性定义

--2.1.2 数列极限的分析定义

--2.1.3 本节作业

-2.2 函数的极限

--2.2.1 函数在无穷远处的极限定义

--2.2.2 函数在一点处的极限定义

--课堂思考

--2.2.3 函数在一点处的单侧极限定义

--2.2.4 本节作业

-2.3 无穷小量与无穷大量

--2.3.1 无穷小量的定义及其性质

--2.3.2 无穷小量阶的比较

--课堂思考

--2.3.3 无穷大量的定义

--2.3.4 本节作业

-2.4 极限的性质

--2.4.1 极限的几个性质

--2.4.2 极限的四则运算法则

--课堂思考

--2.4.3 极限的四则运算法则的应用

--2.4.4 本节作业

-2.5 两个重要极限

--2.5.1 极限存在的两个准则(单调有界及两边夹)

--2.5.2 第一重要极限

--2.5.3 第一重要极限应用

--课堂思考(一)

--2.5.4 第二重要极限

--2.5.5 第二重要极限应用

--2.5.6 连续复利模型介绍

--课堂思考(二)

--2.5.7 常见等价无穷小量

--2.5.8 等价无穷小量的代换求极限

--2.5.9 本节作业

-2.6 函数的连续性

--2.6.1 函数连续的定义

--2.6.2 第一类间断点

--2.6.3 第二类间断点

--课堂思考

--2.6.4 连续函数的四则运算与复合运算性质及应用

--2.6.5 最值定理及介值定理

--2.6.6 本节作业

-第二章单元练习

--习题训练

--数学实验二 求极限

第三章 导数与微分

-3.1 导数的概念

--3.1.1 导数定义的引例

--3.1.2 导数的定义

--3.1.3 导数的几何意义

--课堂思考(一)

--3.1.4 可导与连续的关系

--3.1.5 利用定义求函数的导数

--3.1.6 分段函数的导数

--课堂思考(二)

--3.1.7 本节作业

-3.2 求导法则

--3.2.1 导数的四则运算(1)

--3.2.2 导数的四则运算(2)

--课堂思考(一)

--3.2.3 反函数的导数

--3.2.4 复合函数的求导法则

--3.2.5 复合函数的求导示例

--课堂思考(二)

--3.2.6 隐函数的导数

--3.2.7 对数求导法

--课堂思考(三)

--3.2.8 本节作业

-3.3 高阶导数

--3.3.1 高阶导数

--3.3.2 几个常见函数高阶导数

--3.3.3 本节作业

-3.4 函数的微分

--3.4.1 微分的定义

--3.4.2 微分与导数的关系

--3.4.3 微分的几何意义

--课堂思考(一)

--3.4.4 微分的四则运算

--3.4.5 微分的复合运算规则

--3.4.6 微分的复合运算规则的应用

--课堂思考(二)

--3.4.7 微分的应用近似计算

--3.4.8本节作业

-3.5 导数与微分的简单应用

--3.5.1 边际分析

--3.5.2 弹性分析

--3.5.3 经济学中常见的几个弹性

--3.5.4本节作业

-第三章单元练习

--习题训练

--数学实验三 求导数

第四章 中值定理与导数的应用

-4.1 中值定理

--4.1.1 费马引理

--4.1.2 罗尔中值定理

--4.1.3 罗尔中值定理的应用

--课堂思考(一)

--4.1.4 拉格朗日中值定理

--4.1.5 拉格朗日中值定理的应用

--4.1.6 柯西中值定理

--课堂思考(二)

--4.1.7 本节作业

-4.2 洛必达法则

--4.2.1 洛必达法则--0/0型

--4.2.2 洛必达法则--∞/∞型

--课堂思考

--4.2.3 洛必达法则--其他型

--4.2.4 本节作业

-4.3 函数的单调性与极值

--4.3.1 函数的单调性判定

--4.3.2 函数的单调性应用

--课堂思考(一)

--4.3.3 函数的极值--第一判定法

--4.3.4 函数的极值--第二判定法

--课堂思考(二)

--4.3.5 本节作业

-4.4 函数的最值及应用

--4.4.1 连续函数最值求法

--4.4.2 最值的应用

--4.4.3 本节作业

-4.5 函数曲线的凹凸性与拐点

--4.5.1 函数的曲线的凹凸性的定义

--4.5.2 函数的曲线的凹凸性的判定

--课堂思考

--4.5.3 拐点的定义及其求法

--4.5.4 本节作业

-4.6 函数的微分法作图

--4.6.1 函数曲线的水平渐近线

--4.6.2 函数曲线的竖直渐近线

--4.6.3 函数曲线的斜渐近线

--课堂思考

--4.6.4 微分法作图

--4.6.5 本节作业

-第四章单元练习

--习题训练

--数学实验四 求函数最值

第五章 不定积分

-5.1 不定积分的概念与性质

--5.1.1 原函数的概念

--5.1.2 不定积分的概念及性质

--5.1.3 基本初等函数的积分公式

--5.1.4 本节作业

-5.2 换元积分法

--5.2.1 第一换元积分法(一)

--5.2.2 第一换元积分法(二)

--课堂思考(一)

--5.2.3 第二换元积分法(一)

--5.2.4 第二换元积分法(二)

--课堂思考(二)

--5.2.5 本节作业

-5.3 分部积分法

--5.3.1 分部积分法

--课堂思考

--5.3.2 本节作业

-5.4 有理函数的积分

--5.4.1 真分式的分解

--5.4.2 最简分式的积分

--5.4.3 本节作业

-第五章单元练习

--习题训练

--数学实验五 求不定积分

拓展阅读

-1 函数建模应用

-2 极限建模应用

-3 导数建模应用

-4 函数极值建模应用

-5 不定积分建模应用

4.3.2 函数的单调性应用笔记与讨论

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