知乎:导数大于0还是大于等于0,单调递增

先说结论,能等于0

这个问题问的人很多,源自教科书上是这样描述的:

在某区间(a,b)内,如果$f'(x)>0$,那么函数$y=f(x)$在这个区间内单调递增

----摘自高中数材人教版选修2-2

但是在实际的做题过程中,我们经常会遇到例外,最简单的如递增函数$f(x)=x^3$,其$f'(x)\geqslant 0$:

那么是教科书上错了吗?

没错,但$f'(x)>0$只是递增的充分条件,即$f'(x)>0\implies $递增,递增不能$\implies f'(x)>0$

下面是函数的递增的充要条件:

可导的初等函数f(x),若在某区间(a,b)内,$f'(x)\geqslant 0$,且$f'(x)=0$不能形成区间$\iff f(x)$在此区间内单调递增。

----函数递增的充要条件

什么叫$f'(x)=0$不能形成区间,这里我给出一个直观的解释,请观察下面分段函数的图像:

对于递增的充要条件,有一个常见错误,认为$f'(x)\geqslant 0$,并且$f'(x)=0$的点个数有限$\iff f(x)$在此区间内单调递增。

很容易给出一个反例,请观察$f(x)=x+sin(x)$的图像:

可以看出,$x+sin(x)$在实数范围内有无限个$f'(x)=0$的点。

那么解题的时候怎么使用呢?

高中范围内,可以直接使用$f'(x)\geqslant 0$,只有遇到分段函数才需要分段考察。

说到这里可能还是觉得有点不放心,对于很多我们难以作图的函数(比如2015年北京理科18题,$f(x)=ln\frac{1+x}{1-x}-2(x+\frac{x^3}{3})$)而言:

这里我做一个简单的说明,$f'(x)=0$形成区间,其代数意义是,$f'(x)=0$这个方程有根并且根是连续的,对于形如$f'(x)=a_1 x^ n + a_2 x^{n-1} + ...$这样的多项式而言,根的个数最多为$n$个,不可能连续,而对于$f'(x)=1+cos(x)$这样周期函数而言,根的一般形式是$\pi + 2k\pi $,也是离散的点,不会形成区间。

重要的问题说三遍,考试的时候要使用$f'(x)\geqslant 0$(分段函数除外)!考试的时候要使用$f'(x)\geqslant 0$(分段函数除外)!考试的时候要使用$f'(x)\geqslant 0$(分段函数除外)!

来看一道习题,就知道使用$f'(x)\geqslant 0$的重要性了。

已知$y=\frac{1}{3}x^3+bx^2+(b+2)x+3$在R上不是单调增函数,则b的范围为?

----导数与函数的单调性练习题

使用$f'(x)>0\implies b\leqslant {-1}, b\geqslant {2}$。

使用$f'(x)\geqslant 0\implies b<-1, b>2$,而这个才是正确答案

所以,重要的问题说三遍,考试的时候要使用$f'(x)\geqslant 0$(分段函数除外)!考试的时候要使用$f'(x)\geqslant 0$(分段函数除外)!考试的时候要使用$f'(x)\geqslant 0$(分段函数除外)!

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