高中数学 必修第一册 3.2 函数的基本性质图象往上走还是往下走、最高点和最低点在哪、左右是不是对称——这一节把这些「看得出来」的特点写成能检验的数学语言:单调性、最大(小)值、奇偶性。先从一天的气温开始。
本节知识点 区间上的严格单调性 最大最小值与取到性 奇函数与偶函数 奇偶性对应的图象对称 一般轴对称与中心对称的函数表达 函数 x+a/x 的代数研究
从例子进入 讲清楚 动手 练一练 高考真题 第 1 步
从例子进入 记录某天 6、10、14、18 点的四次气温。这里额外假设相邻读数之间按直线变化,建立一个简化折线模型。横轴是时刻(小时),纵轴是气温(℃)。只有读数本身,不能断定两次记录之间一直升降。
想一想
在这个简化模型中,从 6 点到 18 点,气温怎么变?
A 一直在升高 B 一直在降低 C 先升高,14 点到最高 2 3 ∘ , 然后降低 D 先降低,后升高
看答案与解析答案:C
C 。6 点到 14 点一个比一个高,14 点以后一个比一个低,最高是 2 3 ∘ 。
「哪一段在升、哪一段在降」「最高是多少」,就是这一节的单调性 和最大值、最小值 。数学里还要更严:只有四次读数,说「6 点到 14 点一直在升」,得对这段里任意 两个时刻都对。这一节后半还讲另一个特点:图象左右对称、绕原点对称,叫奇偶性 。
第 2 步
讲清楚 看一遍讲解视频 函数单调性概念与代数证明步骤 播放 · 5:26 一、单调性与最大(小)值
1. 先认识几个词:从「爬坡滑梯与对称折纸」建立直觉
要用到:函数、定义域和区间的写法(回看 3.1);二次函数配方找顶点(回看 2.3)。先看下面这幅微图解:
单调本质 任意两点都要比(抽查几个点不作数!)
单调递增要求区间内「任意」两个自变量:x 1 < x 2 ⇒ f ( x 1 ) < f ( x 2 ) 。 哪怕抽查了 10 个点都在上升,中间只要有一小段回踩下滑,就绝对不能算增函数!
奇偶生死线 定义域关于原点对称是第一前提!
判断奇偶性必须先看定义域!若定义域在原点两侧不对称(例如 [ − 1 , 2 ] ), 无论解析式如何完美对称,也一票否决、直接判定为「非奇非偶」!
2. 核心数学定义与性质总览
单调性:先指定定义域内的区间 D 。 任取 x 1 , x 2 ∈ D , 且 x 1 < x 2 : 若总有 f ( x 1 ) < f ( x 2 ) , 就在 D 上递增;若总有 f ( x 1 ) > f ( x 2 ) , 就在 D 上递减。
最值:对讨论范围内的所有 x , 都有 f ( x ) ≤ M , 且存在输入使 f ( x ) = M ,M 才是最大值。把不等号改为 f ( x ) ≥ m , 且确有输入取到 m , 就得到最小值。
奇偶性:定义域须关于原点对称。对其中每个 x , 若 f ( − x ) = f ( x ) , 则为偶函数;若 f ( − x ) = − f ( x ) , 则为奇函数。零函数可既奇又偶;奇函数且 0 在定义域内才有 f ( 0 ) = 0 , 反过来不成立。
3. 三步破题思维链:定义法证明单调性与最值求解
例 1(示范:定义法证明单调性思维链)
证明函数 f ( x ) = 1 − x 2 在 ( 0 , + ∞ ) 上单调递增。
第一步任取两点设大小: 在区间 ( 0 , + ∞ ) 内任取 x 1 , x 2 , 令 x 1 < x 2 。
第二步作差通分因式分解: f ( x 1 ) − f ( x 2 ) = ( 1 − x 1 2 ) − ( 1 − x 2 2 ) = x 2 2 − x 1 2 = x 1 x 2 2 ( x 1 − x 2 ) 。
第三步严密判号下定结论: 因为 x 1 < x 2 , 所以分子 x 1 − x 2 < 0 ; 因为 x 1 , x 2 > 0 , 所以分母 x 1 x 2 > 0 。
故差值 x 1 x 2 2 ( x 1 − x 2 ) < 0 , 即 f ( x 1 ) < f ( x 2 ) , 严格获证单调递增!
想一想
自己试试:f ( x ) = 2 x 2 − 5 x 。 算得 f ( 1 ) = − 3 ,f ( 2 ) = − 2 ,f ( 3 ) = 3 , 一个比一个大。f ( x ) 在 [ 1 , 3 ] 上单调递增吗?
A 是,三个函数值依次变大 B 是,因为两端 f ( 1 ) < f ( 3 ) C 不是,在 [ 1 , 4 5 ] 上它在变小 D 不是,因为 f ( 2 ) − f ( 1 ) = f ( 3 ) − f ( 2 )
看答案与解析答案:C
C 。配方:2 x 2 − 5 x = 2 ( x − 4 5 ) 2 − 8 25 , 对称轴 x = 4 5 落在 [ 1 , 3 ] 里,左边一小段在下降:1 < 4 5 , 而 f ( 4 5 ) = − 8 25 < − 3 = f ( 1 ) 。 抽查几个点(A)、只比两端(B)都不是「任意」;它的递增区间是 [ 4 5 , + ∞ ) 。
看一道例题的讲解 定义法证明函数单调性(取值作差变形定号) 播放 · 3:00 例 2(闭区间二次函数最值)
求 f ( x ) = x 2 − 2 x − 1 在 [ − 1 , 2 ] 上的最大值和最小值。
配方:f ( x ) = ( x − 1 ) 2 − 2 。 在 [ − 1 , 1 ] 上递减,在 [ 1 , 2 ] 上递增。
最小值在拐弯处:f ( 1 ) = − 2 。 最大值比两端:f ( − 1 ) = 2 ,f ( 2 ) = − 1 , 所以最大值 2 , 在 x = − 1 取到。
想一想
自己试试:f ( x ) = x 6 ,x ∈ [ 2 , 6 ] 。 最大值和最小值是?
A 最大值 3 , 最小值 1 B 最大值 1 , 最小值 3 C 最大值 6 , 最小值 2
看答案与解析答案:A
A 。x 6 在 [ 2 , 6 ] 上递减,左端最大 f ( 2 ) = 3 , 右端最小 f ( 6 ) = 1 。 选 B 是当成递增了;选 C 把端点的 x 当成了函数值。
看一道同类题的讲解 二次函数闭区间动轴求最值分类讨论 播放 · 2:56
二、奇偶性及其应用
例 3(奇偶性代数判断)
判断奇偶性:(1) f ( x ) = x + x 1 ; (2) g ( x ) = x 4 + x 2 ; (3) h ( x ) = x 2 + x 。
(1) 定义域 { x ∣ x = 0 } 对称。f ( − x ) = − x − x 1 = − f ( x ) , 奇函数。
(2) 定义域 R 。g ( − x ) = ( − x ) 4 + ( − x ) 2 = g ( x ) , 偶函数。
(3) 定义域 R 。h ( − 1 ) = 0 ,h ( 1 ) = 2 , 既不相等也不相反,非奇非偶。
想一想
A 奇函数 B 偶函数 C 非奇非偶
看答案与解析答案:A
A 。定义域 R 。f ( − x ) = ( − x ) ⋅ ∣ − x ∣ = − x ∣ x ∣ = − f ( x ) 。 选 B 的同学看到绝对值就以为是偶函数,可前面还乘了一个 x 。
例 4(利用对称性已知一半求另一半)
f ( x ) 是定义在 R 上的奇函数,x > 0 时 f ( x ) = x 2 − 2 x 。 求 f ( − 1 ) , 以及 x < 0 时的式子。
f ( − 1 ) = − f ( 1 ) = − ( 1 − 2 ) = 1 。
x < 0 时 − x > 0 , 代入得:f ( − x ) = ( − x ) 2 − 2 ( − x ) = x 2 + 2 x 。 由奇函数性质 f ( x ) = − f ( − x ) = − x 2 − 2 x 。 另外 f ( 0 ) = 0 。
想一想
自己试试:f ( x ) 是偶函数,x ≥ 0 时 f ( x ) = x 2 − 3 x 。f ( − 2 ) = ?
A − 2 B 10 C 2
看答案与解析答案:A
A 。偶函数 f ( − 2 ) = f ( 2 ) = 4 − 6 = − 2 。 选 B 是把 − 2 直接代进 x ≥ 0 的式子,可那个式子只管 x ≥ 0 ; 选 C 是当成奇函数,多了个负号。
4. 用之前必查:三大高频翻车现场
翻车现场 ①单调区间随手用并集符号 ∪ 连接 典型错解 :随手写出 f ( x ) = x 1 在 ( − ∞ , 0 ) ∪ ( 0 , + ∞ ) 上单调递减。
一眼看清真相 (在下面「动手」图一选「进阶:x 2 」, 把区间拖过 0 看):跨区间彻底失效!比如取 − 1 < 1 , 但 f ( − 1 ) = − 1 < 1 = f ( 1 ) , 反而变大了!本例应说在两段上分别递减 。分别成立不能直接推出合并后成立,跨区间的两点也要比较。
翻车现场 ②求最值忽略开端点「取不到」问题 典型错解 :断定函数 f ( x ) = x 在区间 [ 0 , 1 ) 上的最大值是 1 。
一眼看清真相 :数值可以无限逼近 1 (如 0.999 ), 但因开端点永远取不到 1 ! 最值必须压得住且取得到 ,此题结论是没有最大值 !
翻车现场 ③定义域不对称强谈奇偶,或将「含奇次幂」等同于奇函数 典型错解 :看到 f ( x ) = x 3 + 1 含有奇次幂就判断是奇函数;或者在 [ − 1 , 2 ] 上判断 x 2 是偶函数。
一眼看清真相 :定义域不对称的例子先排除。另一个例子 f ( x ) = x 3 + 1 的定义域为 R , 但 f ( − 1 ) = 0 、f ( 1 ) = 2 既不相等也不相反,因此非奇非偶。
再深一点(可以先跳过)
单调区间端点写开写闭 :例如 ( x − 1 ) 2 在 [ 1 , + ∞ ) 和 ( 1 , + ∞ ) 上都递增;若求尽可能大的递增区间,应包含 1 。 增加端点还须比较端点值,不能仅凭有定义。端点不在定义域中时只能开。
什么时候能连起来 :奇函数在 [ 0 , + ∞ ) 上递增,那它在 ( − ∞ , 0 ] 上也递增;左边的值都 ≤ f ( 0 ) = 0 , 右边都 ≥ 0 , 跨过 0 也不往回走,所以在 R 上递增。
奇函数在原点有定义必有 f ( 0 ) = 0 :由 f ( − 0 ) = − f ( 0 ) ⟹ f ( 0 ) = − f ( 0 ) ⟹ 2 f ( 0 ) = 0 ⟹ f ( 0 ) = 0 。 逆命题不成立,例如平方函数。
第 3 步
动手 图一:拖区间,看单调和最值
选一个函数,拖 x 轴上的两个端点 a 、b (键盘:Tab 选中,左右方向键移动),再切换端点开、闭。下面会算出这段区间上是否单调、有没有最大值和最小值;不单调时,图上用两条虚线标出一对反例。实心点表示取得到,空心点表示取不到。先用二次函数;后两个是边界情形(进阶):跨过 0 的 x 2 、 在 0 处往下跳的分段函数。
图二:拖点 P,看 f ( − x ) 和 f ( x )
拖曲线上的点 P ( t , f ( t )) (键盘:Tab 选中后用左右方向键)。Q 是曲线上横坐标为 − t 的点;蓝色方块是 P 关于 y 轴的对称点,橙色菱形是 P 关于原点的对称点。Q 和哪个重合,这一点就满足哪个等式。也可以把整条曲线翻折过去比一比。前两个是标准的偶函数、奇函数,后面几个是边界情形(进阶)。
第 4 步
练一练 从易到难排好了。前两道直接用,中间三道是最常见的错,最后一道是挑战。
直接用
想一想
f ( x ) = − x 2 + 4 x ,x ∈ [ 0 , 3 ] 。 最大值和最小值是?
A 最大值 4 , 最小值 0 B 最大值 3 , 最小值 0 C 最大值 4 , 最小值 3
看答案与解析答案:A
A 。配方 f ( x ) = − ( x − 2 ) 2 + 4 , 在 [ 0 , 2 ] 上递增、[ 2 , 3 ] 上递减。最大值在拐弯处 f ( 2 ) = 4 ; 最小值比两端:f ( 0 ) = 0 ,f ( 3 ) = 3 , 取 0 。 选 B 是只比了两端,漏了顶点;选 C 是两端只看了右端。
想一想
f ( x ) 是定义在 R 上的奇函数,x > 0 时 f ( x ) = x 2 + 1 。f ( − 2 ) + f ( 0 ) = ?
A − 5 B − 4 C 5 D − 3
看答案与解析答案:A
A 。f ( − 2 ) = − f ( 2 ) = − ( 4 + 1 ) = − 5 ; 奇函数在 0 有定义,f ( 0 ) = 0 。 选 B 是把 0 代进了 x > 0 的式子,得 f ( 0 ) = 1 , 可那个式子不管 x = 0 ; 选 D 是只给 x 2 加了负号,− 4 + 1 。
易错
想一想
A f ( x ) 是它定义域上的减函数B f ( x ) 在 ( − ∞ , 0 ) 上递增,在 ( 0 , + ∞ ) 上递减C f ( x ) 在 ( − ∞ , 0 ) 和 ( 0 , + ∞ ) 上分别递减,但不是定义域上的减函数
看答案与解析答案:C
C 。(边界:分别单调不保证合并后仍单调。)每一支内部,x 变大 x 1 变小;可跨过 0 :− 1 < 1 ,f ( − 1 ) = − 1 < f ( 1 ) = 1 , 反而变大。一对反例就推翻了「减函数」。
所以递减区间写「( − ∞ , 0 ) 和 ( 0 , + ∞ ) 」, 本例不在两段的并集上递减。选 A 只看了每一支自己内部。
想一想
f ( x ) = x 2 ,x ∈ [ − 1 , 2 ) 。 它的最大值和最小值是?
A 最大值 4 , 最小值 0 B 最大值 1 , 最小值 0 C 没有最大值,最小值 0 D 最大值 1 , 没有最小值
看答案与解析答案:C
C 。(边界:开端点可能取不到。)最小值:x = 0 在区间里,f ( 0 ) = 0 , 而且 x 2 ≥ 0 , 两条都满足。
最大值:x 越靠近 2 ,x 2 越接近 4 , 可 2 不在区间里,4 取不到(A 错);1 又压不住,f ( 1.5 ) = 2.25 > 1 (B 错)。比 4 小的数都会被超过,所以没有 最大值。
想一想
A 定义在 R 上的 f ( x ) 满足 f ( 0 ) = 0 , 那它是奇函数 B f ( x ) = x 2 , x ∈ [ − 1 , 2 ] 是偶函数C f ( x ) = 0 , x ∈ R 既是奇函数又是偶函数D f ( x ) = x 3 + 1 含奇次幂,所以是奇函数
看答案与解析答案:C
C 。对所有 x ,f ( − x ) = 0 , 既等于 f ( x ) 也等于 − f ( x ) 。 A 在已知定义域为全体实数时,把「奇函数 ⇒ f ( 0 ) = 0 」 反过来用了,x 2 就是反例。B 的定义域不关于原点对称,第一步就排除。D:f ( − 1 ) = 0 ,− f ( 1 ) = − 2 , 不相等。在图二里点「2 1 x 2 − 2 , x ∈ [ − 2 , 3 ] 」 和「4 1 x 3 − x + 1 」 看看。
挑战
想一想
f ( x ) 是定义在 R 上的奇函数,在 [ 0 , + ∞ ) 上单调递增。满足 f ( 2 x − 1 ) + f ( x − 2 ) > 0 的 x 的范围是?
A x > 1 B x > − 1 C x < 1
看答案与解析答案:A
A 。第一步,f 在整个 R 上递增:奇函数两侧单调性相同,( − ∞ , 0 ] 上也递增;左边的值 ≤ f ( 0 ) = 0 , 右边的 ≥ 0 , 接得上(见「再深一点」)。
第二步,移项再用奇函数:f ( 2 x − 1 ) > − f ( x − 2 ) = f ( 2 − x ) 。 递增,所以 2 x − 1 > 2 − x ,x > 1 。
选 B 是把 − f ( x − 2 ) 当成了 f ( x − 2 ) , 得 2 x − 1 > x − 2 ; 选 C 是把不等号方向弄反了,递增函数去掉 f 时方向不变。
第 5 步
高考真题 选择题点选项自动判对错;填空题写法不同时,看答案自己判。要用到后面章节的题收在最后,学到那里再做。
2025 新高考Ⅰ卷 第 5 题 · 单选
设 f ( x ) 是定义在 R 上且周期为2的偶函数,当 2 ≤ x ≤ 3 时,f ( x ) = 5 − 2 x , 则 f ( − 4 3 ) = ( )。
A − 2 1 B − 4 1 C 4 1 D 2 1
看答案与解析答案:A
先用偶函数去负号,再利用周期2移动到 [2,3]。
使用偶性
f ( − 3/4 ) = f ( 3/4 ) 。
使用周期
f ( 3/4 ) = f ( 3/4 + 2 ) = f ( 11/4 ) , 而 11/4 ∈ [ 2 , 3 ] 。
代入表达式
f ( 11/4 ) = 5 − 2 ⋅ 11/4 = − 1/2 , 选 A。
函数性质是把未知输入转移到已知区间的工具。
2026 新高考Ⅱ卷 第 8 题 · 单选
已知 f ( x ) 为定义在 R 上的偶函数,且 f ( x ) + f ( x − 2 ) = 0 , 当 x ∈ [ 2 3 , 3 ] 时,f ( x ) = x 2 + a x + b , 则
A a = − 2 , b = − 3 B a = − 2 , b = 3 C a = − 4 , b = − 3 D a = − 4 , b = 3
看答案与解析答案:D
函数关系给出反周期2、周期4;偶性进而给出关于 x=2 的对称。
找到零点
令 x=1,有 f ( 1 ) + f ( − 1 ) = 0 。 因偶性得 f ( 1 ) = 0 , 进而 f ( 3 ) = − f ( 1 ) = 0 , 故 9 + 3 a + b = 0 。
利用区间内对称
由 f ( x + 2 ) = − f ( x ) 可得周期4,结合偶性有 f ( 4 − x ) = f ( x ) 。 于是 f ( 3/2 ) = f ( 5/2 ) , 代入二次式得 9/4 + 3 a /2 + b = 25/4 + 5 a /2 + b , 故 a = − 4 , 再得 b = 3 。 选 D。
函数关系题优先构造落在已知区间内的特殊点和对称点。