人教A版必修一, 1.3 函数的单调性,导学案

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1.3函数的基本性质 第1课时函数的单调性

1.理解函数的单调性及其几何意义,能运用函数图象理解和研究函数的单调性.(重点、难点)

2.会用函数单调性的定义判断(或证明)一些函数的单调性.(难点) 3.会求一些具体函数的单调区间.(重点) [基础·初探]教材整理1 增函数与减函数的定义

阅读教材P27~P28,完成下列问题. 增函数与减函数的定义

一般地,设函数f(x)的定义域为I:如果对于定义域I内某个区间D条件 上的任意两个自变量的值x1,x2,当x1<x2时 都有f(x1)<f(x2) 结论 那么就说函数f(x)在区间D上是增函数 都有f(x1)>f(x2) 那么就说函数f(x)在区间D上是减函数 图示 判断(正确的打“√”,错误的打“×”)

(1)因为f(-1)f(1).( )

(3)若函数f(x)在区间(1,2]和(2,3)上均为增函数,则函数f(x)在区间(1,3)上为增函数.( )

【解析】(1)×.函数的单调性强调自变量的任意性而非特殊性. (2)√.由减函数的定义可知f(0)>f(1). ?x+1,x∈?1,2]

(3)×.反例:f(x)=?

?x-1,x∈?2,3?.

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【答案】 (1)× (2)√ (3)× 教材整理2 函数的单调性与单调区间 阅读教材P29第一段,完成下列问题. 函数的单调性与单调区间

如果函数y=f(x)在区间D上是增函数或减函数,那么就说函数y=f(x)在这一区间具有(严格的)单调性,区间D叫做y=f(x)的单调区间.

函数f(x)=x2-2x+3的单调减区间是________.

【解析】 因为f(x)=x2-2x+3是图象开口向上的二次函数,其对称轴为x=1,所以函数f(x)的单调减区间是(-∞,1).

【答案】 (-∞,1) [小组合作型]

求下列函数的单调区间,并指出该函数在其单调区间上是增函数还

是减函数.

?2x+1,?x≥1?1

(1)f(x)=-x;(2)f(x)=?(3)f(x)=-x2+2|x|+3.

?5-x,?x<1?;

【精彩点拨】(1)根据反比例函数的单调性求解;(2)根据自变量的范围分段求出相应的函数的单调区间;(3)做出函数的图象求其单调区间.

1

【自主解答】(1)函数f(x)=-x的单调区间为(-∞,0),(0,+∞),其在(-∞,0),(0,+∞)上都是增函数.

(2)当x≥1时,f(x)是增函数,当x<1时,f(x)是减函数,所以f(x)的单调区间为(-∞,1),[1,+∞),并且函数f(x)在(-∞,1)上是减函数,在[1,+∞)上是增函数.

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2-x+2x+3,x≥0?2

?(3)因为f(x)=-x+2|x|+3= 2

?-x-2x+3,x<0.

根据解析式可作出函数的图象如图所示,由图象可知, 函数f(x)的单调区间为(-∞,-1],[0,1),(-1,0),[1,+∞). f(x)在(-∞,-1],[0,1)上是增函数,在(-1,0),[1,+∞)上是减函数. 1.求函数单调区间的方法

(1)利用基本初等函数的单调性,如本例(1)和(2),其中分段函数的单调区间要根据函数的自变量的取值范围分段求解;

(2)利用函数的图象,如本例(3).

2.若所求出函数的单调增区间或单调减区间不唯一,函数的单调区间之间要用“,”隔开,如本例(3). [再练一题]

1.函数f(x)=-x2+2ax+3(a∈R)的单调减区间为________.

【解析】因为函数f(x)是开口向下的二次函数,其对称轴为x=a,所以f(x)的单调减区间为(a,+∞).

【答案】(a,+∞)

(1)下列四个函数中在(0,+∞)上为增函数的是( ) A.f(x)=3-x 1

B.f(x)=(x-1)2 C.f(x)=x D.f(x)=x2+2x x2

(2)用单调性定义证明函数f(x)=2在区间(0,1)上是减函数.

x-1

【精彩点拨】 (1)根据一次函数、反比例函数或二次函数的单调性判断. (2)利用函数单调性的定义,取值,作差,变形,定号,下结论,即可证得.

【自主解答】 (1)A.f(x)=3-x在(0,+∞)上为减函数.B.f(x)=(x-1)2是开口向上的二次函数,其对称轴为x=1,它的单调增区间为(1,+∞),所以它1

在(0,+∞)上不为单调函数.C.f(x)=x在(0,+∞)上为减函数.D.f(x)=x2+2x是开口向上的二次函数,其对称轴为x=-1,则它的单调递增区间是(-1,+∞),所以它在(0,+∞)上为增函数.

【答案】D

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(2)设x1,x2∈(0,1)且x1<x2,则

2

x2?x2-x1??x2+x1?x2x22-x112

f(x1)-f(x2)=2-2=2=.

x1-1x2-1?x1-1??x22-1??x1-1??x1+1??x2-1??x2+1?

∵x1<x2,∴x2-x1>0.∵x1,x2∈(0,1),∴x1+1>0,x2+1>0,x1-1<0,x2-1<0,

∴f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2),

x2

所以,函数f(x)=2在区间(0,1)上是减函数.

x-1利用定义证明函数单调性的4个步骤

11

[再练一题]2.已知函数f(x)=a-x,用单调性定义证明f(x)在(0,+∞)上是单调递增函数.

【证明】 设任意x2>x1>0,则x2-x1>0,x1x2>0.

?11??11?11x2-x1

∵f(x2)-f(x1)=?a-x?-?a-x?=x-x=xx>0,∴f(x2)>f(x1),∴f(x)在

?2??1?1212(0,+∞)上是单调递增函数. [探究共研型]

探究1若函数f(x)是其定义域上的增函数,且f(a)>f(b),则a,b满足什么关系.如果函数f(x)是减函数呢?

【提示】若函数f(x)是其定义域上的增函数,那么当f(a)>f(b)时,a>b;若函数f(x)是其定义域上的减函数,那么当f(a)>f(b)时,a

探究2若函数f(x)=x2-2ax+3在(2,+∞)上是增函数,则实数a的取值范围是什么?

【提示】因为函数f(x)=x2-2ax+3是图象开口向上的二次函数,其对称轴为x=a,所以其单调增区间为(a,+∞),由题意可得(2,+∞)?(a,+∞),所以a≤2.

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(1)f(x)为(-∞,+∞)上的减函数,a∈R,则( ) A.f(a)<f(2a) C.f(a2+1)<f(a)

B.f(a2)<f(a) D.f(a2+a)<f(a)

(2)如果函数f(x)=x2-2bx+2在区间[3,+∞)上是增函数,则b的取值范围为( )

A.b=3 C.b≤3

B.b≥3 D.b≠3

【精彩点拨】 (1)先比较题中变量的大小关系,再利用减函数中大自变量对应小函数值,小自变量对应大函数值来找答案即可.

(2)分析函数f(x)=x2-2bx+2的图象和性质,利用二次函数的单调性即可得出b的取值范围.

【自主解答】 (1)因为a∈R,所以a-2a=-a与0的大小关系不定,无法比较f(a)与f(2a)的大小,故A错;而a2-a=a(a-1)与0的大小关系也不定,1?23?a-?也无法比较f(a)与f(a)的大小,故B错;又因为a+1-a=+>0,所以2???4

2

2

a2+1>a.又f(x)为(-∞,+∞)上的减函数,故有f(a2+1)<f(a),故C对;易知D错.故选C.

(2)函数f(x)=x2-2bx+2的图象是开口向上,且以直线x=b为对称轴的抛物线,

若函数f(x)=x2-2bx+2在区间[3,+∞)上是增函数,则b≤3,故选C. 【答案】(1)C (2)C

1.函数单调性定义的“双向性”:利用定义可以判断、证明函数的单调性,反过来,若已知函数的单调性可以确定函数中参数的取值范围.

2.已知函数的单调性求参数的取值范围的方法

(1)视参数为已知数,依据函数的图象或单调性的定义,确定函数的单调区间,与已知单调区间比较求参数.

(2)依据常见函数的单调性,如一次函数、反比例函数、二次函数的单调性求解.

(3)要注意:“函数f(x)的增区间是(a,b)”与“函数f(x)在区间(a,b)上单调递增”是不同的,后者意味着区间(a,b)是函数f(x)的增区间的一个子集.

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[再练一题]

3.已知函数y=f(x)是(-∞,+∞)上的增函数,且f(2x-3)>f(5x+6),求实数x的取值范围为________.

【解析】 ∵f(x)是R上的增函数,且f(2x-3)>f(5x+6), ∴2x-3>5x+6,即x<-3.【答案】 (-∞,-3)

1.函数f(x)=-x2+2x+3的单调减区间是( ) A.(-∞,1) C.(-∞,2)

B.(1,+∞) D.(2,+∞)

【解析】 易知函数f(x)=-x2+2x+3是图象开口向下的二次函数,其对称轴为x=1,所以其单调减区间是(1,+∞).

【答案】 B

2.下列函数在区间(0,+∞)上不是增函数的是( ) A.y=2x+1 C.y=3-x

B.y=x2+1 D.y=x2+2x+1

【解析】 函数y=3-x在区间(0,+∞)上是减函数. 【答案】 C

1

3.若x1,x2∈(-∞,0),且x1

A.f(x1)>f(x2) C.f(x1)=f(x2)

B.f(x1)

1

【解析】 ∵函数f(x)=-在(-∞,0)上是增函数,又∵x1,x2∈(-∞,

x0),且x1

【答案】 B

4.已知函数f(x)=ax+2是减函数,则实数a的取值范围是________. 【解析】 易知函数f(x)=ax+2是一次函数,又因为它是减函数,所以a<0. 【答案】 (-∞,0)

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1

5.证明:函数f(x)=x+x在(-1,0)上是减函数.

1??1??

【证明】 设-1<x1<x2<0,则有f(x1)-f(x2)=?x1+x?-?x2+x?=(x1-x2)

??1?2??x1x2-1??11??x1-x2?·

+?x-x?=,由于-1<x1<x2<0,0<x1x2<1,x1x2-1<0,又

x1x2?12?

x1x2>0,x1-x2<0,

则f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2), 所以函数在(-1,0)上为减函数.

第2课时函数的最大(小)值

1.理解函数的最大(小)值的概念及其几何意义.(重点)

2.了解函数的最大(小)值与定义区间有关,会求一次函数、二次函数及反比例函数在指定区间上的最大(小)值.(重点、难点) [基础·初探]

教材整理 函数的最大(小)值

阅读教材P30至“例3”以上部分,完成下列问题. 最大值 最小值 一般地,设函数y=f(x)的定义域为I,如果存在实数M满足:对于任意的x∈I,都有 条件 f(x)≤M f(x)≥M 存在x0∈I,使得f(x0)=M 结论 几何 意义 称M是函数y=f(x)的最大值 f(x)图象上最高点的纵坐标 称M是函数y=f(x)的最小值 f(x)图象上最低点的纵坐标 11.函数f(x)=x,x∈[-1,0)∪(0,2]( )

1

A.有最大值2,最小值-1 1

B.有最大值2,无最小值

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C.无最大值,有最小值-1 D.无最大值,也无最小值

1

【解析】 函数f(x)=x在[-1,0)上单调递减,在(0,2]上也单调递减,所以无最大值,也无最小值,故选D.

【答案】 D

2.函数f(x)=x2-2x+2,x∈[-1,2]的最小值为________;最大值为________.

【解析】 因为f(x)=x2-2x+2=(x-1)2+1,x∈[-1,2],所以f(x)的最小值为f(1)=1,最大值为f(-1)=5. 【答案】 1 5 [小组合作型]

画出函数y=x-|x-1|的图象,并求其值域.

【精彩点拨】先把y=x-|x-1|化成分段函数的形式,再画出其图象,并由?1,x≥1图象求值域.【自主解答】y=x-|x-1|=?

?2x-1,x<1,

画出该函数的图象如图所示.

由图可知,函数y=x-|x-1|的值域为(-∞,1].

1.函数的最大值、最小值分别是函数图象的最高点、最低点的纵坐标.对于图象较容易画出来的函数,可借助于图象直观的求出其最值,但画图时要求尽量精确.

2.利用图象法求函数最值的一般步骤

作图象→找图象的最高点和最低点→确定最高点和最低点的纵坐标→确定最值

[再练一题]

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2

?3-x,x∈[-1,2]

1.已知函数f(x)=?

?x-3,x∈?2,5].

(1)在如图1-3-2给定的直角坐标系内画出f(x)的图象; (2)写出f(x)的单调递增区间及值域.

图1-3-2

【解】(1)图象如图所示:

(2)由图可知f(x)的单调递增区间为[-1,0),(2,5],值域为[-1,3].

4

求函数f(x)=x+x在[1,4]上的最值.

【精彩点拨】 先利用单调性的定义判断函数的单调性,再根据单调性求最值即可.

44

【自主解答】 设1≤x1

x1x24?x2-x1?x1x2-4?x1-x2??x1x2-4?4??

1-??. x1x2?=(x1-x2)x1x2=x1x2=(x1-x2)·x1x2?

∵1≤x10,∴f(x1)>f(x2),∴f(x)是减函数.

同理f(x)在(2,4]上是增函数.

∴当x=2时,f(x)取得最小值4,当x=1或x=4时,f(x)取得最大值5.

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函数的单调性与其最值的关系

1.若函数f(x)在闭区间[a,b]上是减函数,则f(x)在闭区间[a,b]上的最大值为f(a),最小值为f(b).

2.若函数f(x)在闭区间[a,b]上是增函数,则f(x)在闭区间[a,b]上的最大值为f(b),最小值为f(a).

3.求函数的最值时一定要注意所给的区间是闭区间还是开区间,若是开区间,则不一定有最大值或最小值. [再练一题]

2.已知函数f(x)=

1, x-2

(1)判断f(x)在[3,5]上的单调性,并证明; (2)求f(x)在[3,5]上的最大值和最小值.

【解】(1)f(x)在[3,5]上为减函数. 证明:任取x1,x2∈[3,5],有x1<x2, x2-x111

∴f(x1)-f(x2)=-=.

x1-2x2-2?x1-2??x2-2?∵x1<x2,∴x2-x1>0.

又∵x1,x2∈[3,5],∴(x1-2)(x2-2)>0, ∴

x2-x1

>0,∴f(x1)-f(x2)>0,

?x1-2??x2-2?

即f(x1)>f(x2),

∴f(x)在[3,5]上是减函数. (2)∵f(x)在[3,5]上是减函数, ∴f(x)在[3,5]上的最大值为f(3)=1, 1

f(x)在[3,5]上的最小值为f(5)=3.

某旅游点有50辆自行车供游客租赁使用,管理这些自行车的费用

是每日115元.根据经验,若每辆自行车的日租金不超过6元,则自行车可以全部租出;若超过6元,则每提高1元,租不出去的自行车就增加3辆.

规定:每辆自行车的日租金不超过20元,每辆自行车的日租金x元只取整数,并要求出租所有自行车一日的总收入必须超过一日的管理费用,用y表示

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出租所有自行车的日净收入(即一日中出租所有自行车的总收入减去管理费后的所得).

(1)求函数y=f(x)的解析式及定义域;

(2)试问日净收入最多时每辆自行车的日租金应定为多少元?日净收入最多为多少元?

【精彩点拨】 (1)函数y=f(x)=出租自行车的总收入-管理费;当x≤6时,全部租出;当6<x≤20时,每提高1元,租不出去的就增加3辆,所以要分段求出解析式;

(2)由函数解析式是分段函数,在每一段内求出函数最大值,比较得出函数的最大值.

【自主解答】 (1)当x≤6时,y=50x-115,令50x-115>0,解得x>2.3. ∵x∈N,∴3≤x≤6,且x∈N.

当6<x≤20时,y=[50-3(x-6)]x-115=-3x2+68x-115, ?50x-115,3≤x≤6,x∈N

综上可知y=? 2

?-3x+68x-115,6

(2)当3≤x≤6,且x∈N时,∵y=50x-115是增函数,∴当x=6时,ymax=185元.

当6<x≤20,x∈N时,

?34?811

y=-3x2+68x-115=-3?x-3?2+3,

??∴当x=11时,ymax=270元.

综上所述,当每辆自行车日租金定在11元时才能使日净收入最多,为270元.

1.本题建立的是分段函数模型,分段求出各段的最大值,两段中的最大值即为所求,其中求一次函数的最值应用单调性,求二次函数的最值则应用配方法.

2.解决实际应用问题,首先要理解题意,然后建立数学模型转化成数学模型解决;分清各种数据之间的关系是正确构造函数关系式的关键.

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[再练一题]

3.某产品生产厂家根据以往的生产销售经验得到下面有关生产销售的统计规律:每生产产品x(百台),其总成本为G(x)(万元),其中固定成本为2.8万元,并且每生产1百台的生产成本为1万元(总成本=固定成本+生产成本).销售收

2

?-0.4x+4.2x?0≤x≤5?

入R(x)(万元)满足R(x)=?假定该产品产销平衡(即生产

?11?x>5?,

的产品都能卖掉),根据上述统计规律,请完成下列问题:

(1)写出利润函数y=f(x)的解析式(利润=销售收入-总成本); (2)工厂生产多少台产品时,可使盈利最多? 【解】 (1)由题意得G(x)=2.8+x.

2

?-0.4x+4.2x?0≤x≤5?

∵R(x)=?

11?x>5?,?

∴f(x)=R(x)-G(x)

2

?-0.4x+3.2x-2.8?0≤x≤5?=? 8.2-x?x>5?.?

(2)当x>5时,函数f(x)递减, ∴f(x)<f(5)=3.2(万元).

当0≤x≤5时,函数f(x)=-0.4(x-4)2+3.6, 当x=4时,f(x)有最大值为3.6(万元).

所以当工厂生产4百台时,可使盈利最大为3.6万元. [探究共研型]

探究1 函数f(x)=x2-2x+2在区间[-1,0],[-1,2],[2,3]上的最大值和最小值分别是什么?

【提示】 函数f(x)=x2-2x+2的图象开口向上,对称轴为x=1. (1)因为f(x)在区间[-1,0]上单调递减,所以f(x)在区间[-1,0]上的最大值为f(-1)=5,最小值为f(0)=2.

(2)因为f(x)在区间[-1,1]上单调递减,在[1,2]上单调递增,则f(x)在区间[-1,2]上的最小值为f(1)=1,又因为f(-1)=5,f(2)=2,f(-1)>f(2),所以f(x)在区间[-1,2]上的最大值为f(-1)=5.

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(3)因为f(x)在区间[2,3]上单调递增,所以f(x)在区间[2,3]上的最小值为f(2)=2,最大值为f(3)=5.

探究2 你能说明二次函数f(x)=ax2+bx+c的单调性吗?若求该函数f(x)在[m,n]上的最值,应考虑哪些因素?

b???b?

【提示】 当a>0时,f(x)在?-∞,-2a?上单调递减,在?-2a,+∞?上单

????调递增;

b??b??

当a<0时,f(x)在?-2a,+∞?上单调递减,在?-∞,-2a?上单调递增.

????b

若求二次函数f(x)在[m,n]上的最值,应考虑其开口方向及对称轴x=-2a与区间[m,n]的关系.

已知函数f(x)=x2-ax+1, (1)求f(x)在[0,1]上的最大值;

(2)当a=1时,求f(x)在闭区间[t,t+1](t∈R)上的最小值. 【精彩点拨】 (1)根据二次函数图象的对称性求函数的最大值.

(2)根据函数在区间[t,t+1]上的单调性分三种情况讨论,分别求出f(x)的最小值.

【自主解答】 (1)因为函数f(x)=x2-ax+1的图象开口向上,其对称轴为xa

=2,所以区间[0,1]的哪一个端点离对称轴远,则在哪个端点取到最大值,

a1

当2≤2,即a≤1时,f(x)的最大值为f(1)=2-a; a1

当2>2,即a>1时,f(x)的最大值为f(0)=1.

1

(2)当a=1时,f(x)=x2-x+1,其图象的对称轴为x=2, 1

①当t≥2时,f(x)在其上是增函数,∴f(x)min=f(t)=t2-t+1; 11

②当t+1≤2,即t≤-2时,f(x)在其上是减函数, ?1?3

∴f(x)min=f(t+1)=?t+2?2+4=t2+t+1;

??

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111?1??1?

③当t<2

?????1?3

单调递增,所以f(x)min=f?2?=4.

??

探求二次函数的最值问题,要根据函数在已知区间上的单调性求解,特别要注意二次函数的对称轴与所给区间的位置关系,它是求解二次函数在已知区间上最值问题的主要依据,如果二者的位置关系不确定,那么就应对其位置关系进行分类讨论来确定函数的最值. [再练一题]

4.求f(x)=x2-2ax-1在区间[0,2]上的最大值和最小值. 【解】f(x)=(x-a)2-1-a2,对称轴为x=a.

(1)当a<0时,由图①可知,f(x)在区间[0,2]上是增函数,所以f(x)min=f(0)=-1,f(x)max=f(2)=3-4a.

(2)当0≤a≤1时,由图②可知,对称轴在区间[0,2]内,所以f(x)min=f(a)=-1-a2,f(x)max=f(2)=3-4a.

(3)当1

(4)当a>2时,由图④可知,f(x)在[0,2]上为减函数,所以f(x)min=f(2)=3-4a,f(x)max=f(0)=-1.

1.函数f(x)=-2x+1(x∈[-2,2])的最小、最大值分别为( )

A.3,5 C.1,5

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B.-3,5 D.5,-3

【解析】 因为f(x)=-2x+1(x∈[-2,2])是单调递减函数,所以当x=2时,函数的最小值为-3.当x=-2时,函数的最大值为5.

【答案】 B

2.函数y=x2-2x,x∈[0,3]的值域为( ) A.[0,3] C.[-1,+∞)

B.[-1,0] D.[-1,3]

【解析】 ∵函数y=x2-2x=(x-1)2-1,x∈[0,3],∴当x=1时,函数y取得最小值为-1,

当x=3时,函数取得最大值为3,故函数的值域为[-1,3],故选D. 【答案】 D

3.若函数y=ax+1在[1,2]上的最大值与最小值的差为2,则实数a的值是( )

A.2 C.2或-2

B.-2 D.0

【解析】 由题意,a≠0,当a>0时,有(2a+1)-(a+1)=2,解得a=2;当a<0时,有(a+1)-(2a+1)=2,解得a=-2.综上知a=±2.

【答案】 C

4.函数f(x)=6-x-3x在区间[2,4]上的最大值为________. 【解析】 ∵6-x在区间上是减函数,-3x在区间上是减函数, ∴函数f(x)=6-x-3x在区间上是减函数, ∴f(x)max=f(2)=6-2-3×2=-4. 【答案】 -4 5.已知函数f(x)=

2

(x∈[2,6]). x-1

(1)判断函数f(x)的单调性,并证明; (2)求函数的最大值和最小值.

【解】 (1)函数f(x)在x∈[2,6]上是增函数.

证明:设x1,x2是区间[2,6]上的任意两个实数,且x1

-==. x1-1x2-1?x1-1??x2-1??x1-1??x2-1?

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由2≤x10,(x1-1)(x2-1)>0,于是f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2),

所以函数f(x)=

2

是区间[2,6]上的减函数. x-1

2

在区间[2,6]的两个端点处分别取得最大值与x-1

(2)由(1)可知,函数f(x)=

最小值,即在x=2时取得最大值,最大值是2,在x=6时取得最小值,最小值是0.4.

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由2≤x10,(x1-1)(x2-1)>0,于是f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2),

所以函数f(x)=

2

是区间[2,6]上的减函数. x-1

2

在区间[2,6]的两个端点处分别取得最大值与x-1

(2)由(1)可知,函数f(x)=

最小值,即在x=2时取得最大值,最大值是2,在x=6时取得最小值,最小值是0.4.

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