Определение условий монотонности для оснований между нулём и единицей — тематические карточки для 10 класса

Маршрут: выяснить, когда функция с основанием между нулём и единицей убывает и когда составление степени с линейным аргументом меняет направление. В начале предполагаем 0<a<1; этот диапазон не включает ни 0, ни 1. Для y=ax при возрастании x значение строго убывает. Но если показатель равен −x или 2−x, показатель сам убывает, и сложная функция, наоборот, возрастает.

Содержание статьи5 разделов

Лёгкий старт — сравните без вычисления десятичных степеней

  1. Сравните (1/2)1 и (1/2)4; объясните ответ одним свойством функции.
  2. Сравните (1/3)−2 и (1/3)2; объясните ответ одним свойством функции.
  3. Сравните (2/5)0 и (2/5)3; объясните ответ одним свойством функции.
  4. Сравните (3/4)−3 и (3/4)−1; объясните ответ одним свойством функции.
  5. Сравните (1/4)2 и (1/4)5; объясните ответ одним свойством функции.

Напоминание: при x₁<x₂ и 0<a<1 верно ax₁>ax₂. Здесь сравнивают два значения одной функции, а не основания между собой. Эта логика остаётся верной и для отрицательных показателей: например, (1/2)−2=4 больше (1/2)1=1/2.

Развилка: «убывает» или «возрастает»

  1. Функция f(x)=1/22x+0. Верно ли заявление «f(x) всегда убывает, ведь основание меньше единицы»? Установите направление и объясните роль коэффициента при x.
  2. Функция f(x)=1/3-1x+3. Верно ли заявление «f(x) всегда убывает, ведь основание меньше единицы»? Установите направление и объясните роль коэффициента при x.
  3. Функция f(x)=2/3-2x+1. Верно ли заявление «f(x) всегда убывает, ведь основание меньше единицы»? Установите направление и объясните роль коэффициента при x.
  4. Функция f(x)=1/53x-4. Верно ли заявление «f(x) всегда убывает, ведь основание меньше единицы»? Установите направление и объясните роль коэффициента при x.
  5. Функция f(x)=3/51x+7. Верно ли заявление «f(x) всегда убывает, ведь основание меньше единицы»? Установите направление и объясните роль коэффициента при x.
  6. Функция f(x)=1/4-3x-2. Верно ли заявление «f(x) всегда убывает, ведь основание меньше единицы»? Установите направление и объясните роль коэффициента при x.

Подсказка для самоконтроля: если подставить x=0 и x=1, знак изменения для каждого задания совпадёт с объяснением через монотонность композиции. Нельзя говорить, что основание при отрицательном множителе становится больше единицы: основание по-прежнему меньше единицы, меняется только порядок значений показателя.

Три ступени применения: сравнение, неравенство, контрпример

  1. Решите (1/2)x>(1/2)3.
  2. Решите (1/3)2x−1≤(1/3)5.
  3. Решите (2/5)4−x>(2/5)1.
  4. Решите (3/4)−2x≥(3/4)6.
  5. Найдите, при каком параметре k функция y=(1/2)kx+7 строго возрастает на всей ℝ.
  6. Ученик говорит: «При 0<a<1 функция y=a−x убывает». Приведите числовой контрпример.
  7. Верно ли, что функция y=(1/4)3−x возрастает при всех действительных x, в том числе отрицательных?

Ключ по маршруту

  • 1. (1/2)1 > (1/2)4, потому что 1<4, а 0<a<1.
  • 2. (1/3)−2 > (1/3)2, потому что -2<2, а 0<a<1.
  • 3. (2/5)0 > (2/5)3, потому что 0<3, а 0<a<1.
  • 4. (3/4)−3 > (3/4)−1, потому что -3<-1, а 0<a<1.
  • 5. (1/4)2 > (1/4)5, потому что 2<5, а 0<a<1.
  • 6. Утверждение верно: показатель 2x+0 возрастает, поэтому f(x) убывает.
  • 7. Утверждение неверно: показатель -1x+3 убывает, поэтому f(x) возрастает.
  • 8. Утверждение неверно: показатель -2x+1 убывает, поэтому f(x) возрастает.
  • 9. Утверждение верно: показатель 3x-4 возрастает, поэтому f(x) убывает.
  • 10. Утверждение верно: показатель 1x+7 возрастает, поэтому f(x) убывает.
  • 11. Утверждение неверно: показатель -3x-2 убывает, поэтому f(x) возрастает.
  • 12. x<3: при основании 0<1/2<1 знак сравнения показателей меняется.
  • 13. 2x−1≥5, откуда x≥3. Знак «≤» превращается в «≥» для показателей.
  • 14. 4−x<1, значит x>3.
  • 15. −2x≤6, деление на −2 меняет знак: x≥−3.
  • 16. k<0. Если k=0, функция постоянна, а не возрастает.
  • 17. При a=1/2 имеем f(0)=1, f(1)=2; значение возросло. Следовательно, утверждение ложно.
  • 18. Да. При росте x показатель 3−x уменьшается, а основание 1/4 обращает порядок; область определения вся ℝ.

Итог: как исправлять самые частые ошибки

Если вы перепутали направление неравенства, возвращайтесь к двум числовым степеням с основанием 1/2: (1/2)0=1, а (1/2)1=1/2. Более высокий показатель даёт меньший результат. При решении уравнения или неравенства сравнение показателей возможно только при одном и том же допустимом основании; нельзя сопоставлять показатели степеней с разными основаниями без дополнительных преобразований.

Если ошибка возникла в функциях со знаком «минус» перед x, сначала определите, возрастает или убывает внутренний линейный показатель. Убывание показателя и убывание функции t↦at дают возрастание композиции. При k=0 функция постоянна и не может быть ни строго возрастающей, ни строго убывающей.

Параметр 0<a<1 принципиален. При a=1 все степени равны 1, строгая монотонность исчезает. При a=0 выражения с отрицательными степенями не имеют смысла. При a<0 вещественная показательная функция для произвольного действительного аргумента не определена. Поэтому в ответе недостаточно написать «основание меньше единицы»: надо сохранить нижнюю границу a>0.

Последняя проверка полезна без вычисления громоздких дробей. Если решаете (1/3)2x−1≤(1/3)5, то при x=3 обе части совпадают; при x=4 слева степень с более высоким показателем и значение меньше — неравенство выполнено. При x=2 показатель 3 меньше 5 и левая часть больше — неравенство не выполнено. Такая проба подтверждает луч [3; +∞).

Поделиться

Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.

Поставить оценку

Была ли статья полезной и понятной?

Пока нет оценок — будьте первым