Skip to main content
Следующий экзамен 14–15 ноября 2026 г.:
Назад к глоссарию
functionsСложность: Базовыйfunctionsmonotonicityincreasing
Share

单调性dāndiàoxìng

монотонность
4 мин. чтения
Обновлено 24 января 2025 г.
Завершено

Основное понятие

Монотонность описывает, является ли функция на интервале постоянно возрастающей или постоянно убывающей. Функция называется монотонной на интервале, если она на всём этом интервале либо только возрастает, либо только убывает.

Определения

Возрастающая функция (递增函数)

Функция ff возрастает на интервале II, если: ∀x1,x2∈I:x1<x2⇒f(x1)<f(x2)\forall x_1, x_2 \in I: \quad x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) < f(x_2)

Эквивалентно: больший вход → больший выход.

Убывающая функция (递减函数)

Функция ff убывает на интервале II, если: ∀x1,x2∈I:x1<x2⇒f(x1)>f(x2)\forall x_1, x_2 \in I: \quad x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) > f(x_2)

Эквивалентно: больший вход → меньший выход.

Нестрогая монотонность

  • Неубывающая: x1<x2⇒f(x1)≤f(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) \leq f(x_2)
  • Невозрастающая: x1<x2⇒f(x1)≥f(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) \geq f(x_2)

Методы определения монотонности

Метод 1: Метод определения (定义法)

  1. Возьмём произвольные x1,x2x_1, x_2 из интервала, где x1<x2x_1 < x_2
  2. Вычислим f(x1)−f(x2)f(x_1) - f(x_2)
  3. Определим знак разности:
    • Всегда отрицательный → возрастающая
    • Всегда положительный → убывающая

Пример: Доказать, что f(x)=x2f(x) = x^2 возрастает на (0,+∞)(0, +\infty).

Для 0<x1<x20 < x_1 < x_2: f(x1)−f(x2)=x12−x22=(x1−x2)(x1+x2)f(x_1) - f(x_2) = x_1^2 - x_2^2 = (x_1 - x_2)(x_1 + x_2)

Так как x1<x2x_1 < x_2: (x1−x2)<0(x_1 - x_2) < 0 Так как x1,x2>0x_1, x_2 > 0: (x1+x2)>0(x_1 + x_2) > 0

Следовательно: f(x1)−f(x2)<0f(x_1) - f(x_2) < 0, то есть f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2).

Вывод: f(x)=x2f(x) = x^2 возрастает на (0,+∞)(0, +\infty).

Метод 2: Метод производной (导数法)

Для дифференцируемых функций:

  • f′(x)>0f'(x) > 0 на интервале II → ff возрастает на II
  • f′(x)<0f'(x) < 0 на интервале II → ff убывает на II

Пример: Найти промежутки монотонности f(x)=x3−3xf(x) = x^3 - 3x.

f′(x)=3x2−3=3(x2−1)=3(x−1)(x+1)f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x^2 - 1) = 3(x-1)(x+1)

  • f′(x)>0f'(x) > 0: при x<−1x < -1 или x>1x > 1
  • f′(x)<0f'(x) < 0: при −1<x<1-1 < x < 1

Промежутки монотонности:

  • Возрастание: (−∞,−1)(-\infty, -1) и (1,+∞)(1, +\infty)
  • Убывание: (−1,1)(-1, 1)

Монотонность основных функций

ФункцияПромежуток возрастанияПромежуток убывания
y=kx+by = kx + b (k>0k > 0)(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)—
y=kx+by = kx + b (k<0k < 0)—(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)
y=x2y = x^2[0,+∞)[0, +\infty)(−∞,0](-\infty, 0]
y=1xy = \dfrac{1}{x}—(−∞,0)(-\infty, 0), (0,+∞)(0, +\infty)
y=xy = \sqrt{x}[0,+∞)[0, +\infty)—
y=axy = a^x (a>1a > 1)(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)—
y=axy = a^x (0<a<10 < a < 1)—(−∞,+∞)(-\infty, +\infty)

Практические задачи CSCA

💡 Примечание: Следующие задачи разработаны на основе программы экзамена CSCA.

Пример 1: базовый (сложность ★★☆☆☆)

Определите промежутки монотонности f(x)=−x2+4xf(x) = -x^2 + 4x.

Решение:

f(x)=−(x2−4x)=−(x−2)2+4f(x) = -(x^2 - 4x) = -(x - 2)^2 + 4

Это парабола, ветви направлены вниз, вершина в точке x=2x = 2.

  • Возрастание: (−∞,2](-\infty, 2]
  • Убывание: [2,+∞)[2, +\infty)

Ответ: Возрастает на (−∞,2](-\infty, 2], убывает на [2,+∞)[2, +\infty)


Пример 2: средний (сложность ★★★☆☆)

Доказать, что f(x)=xx+1f(x) = \dfrac{x}{x+1} возрастает на (−1,+∞)(-1, +\infty).

Решение:

Пусть −1<x1<x2-1 < x_1 < x_2.

f(x1)−f(x2)=x1x1+1−x2x2+1f(x_1) - f(x_2) = \dfrac{x_1}{x_1+1} - \dfrac{x_2}{x_2+1}

=x1(x2+1)−x2(x1+1)(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1(x_2+1) - x_2(x_1+1)}{(x_1+1)(x_2+1)}

=x1x2+x1−x1x2−x2(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1x_2 + x_1 - x_1x_2 - x_2}{(x_1+1)(x_2+1)}

=x1−x2(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1 - x_2}{(x_1+1)(x_2+1)}

Так как x1<x2x_1 < x_2: числитель <0< 0 Так как x1,x2>−1x_1, x_2 > -1: (x1+1)(x2+1)>0(x_1+1)(x_2+1) > 0

Следовательно: f(x1)−f(x2)<0f(x_1) - f(x_2) < 0, то есть f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2).

Вывод: f(x)f(x) возрастает на (−1,+∞)(-1, +\infty).


Пример 3: продвинутый (сложность ★★★★☆)

Если f(x)=x2−2ax+1f(x) = x^2 - 2ax + 1 возрастает на [1,+∞)[1, +\infty), найдите область значений aa.

Решение:

f(x)=(x−a)2+1−a2f(x) = (x - a)^2 + 1 - a^2

Вершина находится в точке x=ax = a.

Чтобы f(x)f(x) возрастала на [1,+∞)[1, +\infty), вершина должна находиться в точке x=1x = 1 или левее.

Следовательно: a≤1a \leq 1

Ответ: a≤1a \leq 1, то есть (−∞,1](-\infty, 1]

Свойства монотонных функций

1. Правила композиции

ffggf∘gf \circ g
ВозрастающаяВозрастающаяВозрастающая
ВозрастающаяУбывающаяУбывающая
УбывающаяВозрастающаяУбывающая
УбывающаяУбывающаяВозрастающая

Мнемоника: «Одинаковые → Возрастающая, Различные → Убывающая» (同增异减)

2. Обратная функция

Если ff строго монотонна, то f−1f^{-1} существует и имеет ту же монотонность, что и ff.

Распространённые ошибки

❌ Ошибка 1: Путать промежуток монотонности с областью определения

Неверно: y=1xy = \dfrac{1}{x} убывает на (−∞,+∞)(-\infty, +\infty) ✗

Верно: y=1xy = \dfrac{1}{x} убывает на (−∞,0)(-\infty, 0) И на (0,+∞)(0, +\infty) по отдельности ✓

❌ Ошибка 2: Объединение несвязных интервалов

Неверно: y=1xy = \dfrac{1}{x} убывает на (−∞,0)∪(0,+∞)(-\infty, 0) \cup (0, +\infty) ✗

Верно: Указывать интервалы раздельно: убывает на (−∞,0)(-\infty, 0) и на (0,+∞)(0, +\infty) ✓

❌ Ошибка 3: Игнорирование граничных условий в доказательстве

При доказательстве монотонности убедитесь, что x1<x2x_1 < x_2 оба принадлежат указанному интервалу.

Советы по изучению

  1. ✅ Освоить определение: x1<x2x_1 < x_2 — что следует о f(x1)f(x_1) и f(x2)f(x_2)?
  2. ✅ Знать основные функции: Запомнить монотонность стандартных функций
  3. ✅ Использовать производные: Для сложных функций метод производной быстрее
  4. ✅ Не объединять несвязные интервалы: Всегда указывать каждый интервал отдельно

💡 Совет по экзамену: Для квадратичных функций всегда сначала находите вершину. Монотонность меняется в вершине!

Как это проверяет настоящий экзамен

Задания из настоящих экзаменов CSCA по этому термину. Решите их сами, прежде чем открывать ответ.

  1. CSCA Math December 2025 Past Paper
    Which of the following functions is increasing?
    • A.y=log⁡0.5xy=\log_{0.5}x
    • B.y=(13)xy=\left(\frac{1}{3}\right)^x
    • C.y=2x+1y=2x+1
    • D.y=sin⁡xy=\sin x
    Показать ответ и решение

    Ответ: C

    Answer: C y=2x+1y=2x+1 is a linear function with positive slope, so it is increasing. Choose C.
    Открыть в полном варианте: CSCA Math December 2025 Past Paper
  2. CSCA Math April 2026 Past Paper
    Which function is decreasing on (−∞,+∞)( - \infty , + \infty ) ?
    • A.y=−x+5y = - x + 5
    • B.y=x3y = x ^ { 3 }
    • C.y=x2+1y = x ^ { 2 } + 1
    • D.y=−1xy = - \frac { 1 } { x }
    Показать ответ и решение

    Ответ: A

    (A) Linear with slope −1<0- 1 < 0, decreasing on all of R✓\mathbb { R } \checkmark. (B) x3x ^ { 3 } is increasing on R\mathbb { R }; (C) parabola is not monotonic; (D) undefined at x=0x = 0, so not on all of R\mathbb { R }; moreover on each piece (−∞,0)( - \infty , 0 ) and (0,+∞)( 0 , + \infty ) it is in fact increasing, since y′=1x2>0y ^ { \prime } = \frac { 1 } { x ^ { 2 } } > 0.
    Решить весь CSCA Math April 2026 Past Paper — на время и с оценкой
  3. CSCA Math June 2026 Past Paper
    Which of the following functions is monotonically decreasing?
    • A.y=e−xy = e^{-x}
    • B.y=x2−1y = x^2 - 1
    • C.y=100xy = 100^x
    • D.y=cos⁡xy = \cos x
    Показать ответ и решение

    Ответ: A

    y=e−x=(1e)xy = e^{-x} = \left( \frac{1}{e} \right)^x with base 1e<1\frac{1}{e} < 1 is monotonically decreasing, so (A) is correct. y=x2−1y = x^2 - 1 decreases on (−∞,0)(-\infty, 0) and increases on (0,+∞)(0, +\infty), so it is not monotonic; y=100xy = 100^x has base greater than 1 and is increasing; y=cos⁡xy = \cos x is periodic and not monotonic on its domain. Choose (A).
    Решить весь CSCA Math June 2026 Past Paper — на время и с оценкой

Practice Exercises

Practice to reinforce your understanding