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分段函数单调递减条件解析
2025/08/13·StepFun can make mistakes, check important info.
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请列出详细过程
Reason
思考过程

首先,题目给出分段函数:

要求在 上是减函数(即单调递减函数),求参数 的取值范围。选项为 A. ,B. ,C. ,D.

步骤1:理解“减函数”的定义

减函数的定义是:对定义域内任意 ,都有 (严格减函数则为 ,但题目未明确“严格”,需考虑非严格减)。但结合选项和常见考法,这里默认要求严格减函数(即 ),因为非严格减的约束更宽松,而选项更偏向严格减的约束。

步骤2:分段函数的单调性要求

分段函数在 上单调递减,需满足三个条件:

  1. 每一段内部单调递减
  2. 分段点 处的函数值连续性(或左极限不小于右极限,保证整体单调性);
  3. 分段点左侧的函数值不小于右侧的函数值(即 ,其中 处的右极限)。

步骤3:分析每一段内部的单调性

(1)左侧段: 时,

这是一个一次函数,其单调性由斜率 决定:

  • ,则一次函数单调递减
  • ,则函数为常函数(不满足严格减);
  • ,则函数单调递增(不满足减函数要求)。

因此,左侧段单调递减的充要条件是:

(2)右侧段: 时,

这是一个反比例函数,其单调性由系数 的符号决定:

  • 单调递减的正函数(因为 增大时, 减小)。
  • 因此, 的单调性取决于 的符号:
    • (即 ),则 增大而单调递减
    • (即 ),则 (常函数,不满足严格减);
    • (即 ),则 增大而单调递增(不满足减函数要求)。

因此,右侧段单调递减的充要条件是:

步骤4:分析分段点 处的函数值关系

(1)计算分段点的函数值与极限值

  • 左侧在 处的函数值:
  • 右侧在 处的右极限:(因为 时函数连续)。

(2)保证整体单调性的条件

对于任意 ,要满足 ,特别地,当 时,需满足:

解这个不等式:

步骤5:综合所有条件

将每一步的约束条件结合:

  1. 左侧段单调递减:
  2. 右侧段单调递减:
  3. 分段点处函数值关系:

取这三个条件的交集:

步骤6:验证选项

选项 B 是 ,与推导结果一致。

最终结论

的取值范围是 ,对应选项 B

要解决这个问题,我们需要确保分段函数 上是减函数(单调递减)。以下是详细步骤:

步骤1:明确“减函数”的定义

减函数要求:对定义域内任意 ,都有 (本题默认严格减函数,即 )。

步骤2:分析分段函数的单调性条件

分段函数 上单调递减,需满足三个核心条件:

  1. 每一段内部单调递减
  2. 分段点 处,左侧函数值不小于右侧极限值(保证整体单调性)。

步骤3:分析左侧段 的单调性

左侧段为一次函数:
一次函数的单调性由斜率 决定:

  • ,则函数单调递减
  • ,则为常函数(不满足严格减);
  • ,则函数单调递增(不满足减函数要求)。

因此,左侧段单调递减的充要条件是:

步骤4:分析右侧段 的单调性

右侧段为反比例函数:
反比例函数的单调性由系数 的符号决定( 时,单调递减的正函数):

  • (即 ),则 增大单调递减
  • (即 ),则 (常函数,不满足严格减);
  • (即 ),则 增大单调递增(不满足减函数要求)。

因此,右侧段单调递减的充要条件是:

步骤5:分析分段点 处的函数值关系

分段点 处的函数值需满足“左侧值 ≥ 右侧极限值”,保证整体单调性:

  • 左侧在 处的函数值:
  • 右侧在 处的右极限:(因 时函数连续)。

因此,需满足:

解此不等式:

步骤6:综合所有条件

将每一步的约束条件结合:

  1. 左侧段单调递减:
  2. 右侧段单调递减:
  3. 分段点处函数值关系:

取这三个条件的交集

步骤7:匹配选项

选项中 对应条件 ,因此答案是 B

综上, 的取值范围是 ,对应选项