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monotonic · x₁ < x₂ 时比较 f(x₁) 与 f(x₂)

单调性:随 x 增大,函数值升还是降

单调性(monotonicity)刻画一条曲线在某段区间上「往哪个方向走」。它的定义不看某一点的斜率,而是任取两点作比较:在区间上任取 x1<x2x_1 < x_2,若总有 f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2),称函数在该区间单调递增(increasing);若总有 f(x1)>f(x2)f(x_1) > f(x_2),称单调递减(decreasing)。「总有」二字是关键——递增不是「有时升」,而是区间内每一对点都满足。

1 · 拖动 x₁,比较两点的高低

increasing · decreasing · f(x₁) vs f(x₂)

选一条曲线,拖动 x1x_1,程序取相邻的 x2=x1+Δx_2 = x_1 + ΔΔ > 0),在曲线上标出 (x1,f(x1))(x_1, f(x_1))(x2,f(x2))(x_2, f(x_2))。由于 x1<x2x_1 < x_2,只需看右边那点比左边还是:高则此处递增,低则此处递减。曲线下方按各区间的升降分段着色——绿底是递增区间、红底是递减区间,它与两点比较的结论一致。

单调性总是相对于某个区间而言。像 f(x)=x2f(x) = x^2 在整个定义域上既非递增也非递减,但拆成 (,0)(-\infty , 0)(0,+)(0, +\infty ) 两段后,各自是递减、递增。谈单调性务必带上区间;f(x) = 1/x 更要注意:它在 (,0)(-\infty , 0)(0,+)(0, +\infty ) 上各自递减,但不能说它在整个定义域上递减(取 x1=1x_1 = -1x2=1x_2 = 1 反而 f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2))。