題目
Problem
5. Let f(x)=(x−1)2x. Find the intervals on which f is increasing and the intervals on which f is decreasing. (10%)
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求判斷函數 f(x)=(x−1)2x 的單調增減區間。
- 函數的定義域為 {x∈R∣x=1}。
- 第一步:求導函數 f′(x):
使用商的求導法則 (Quotient Rule) 對 f(x) 求導並進行因式分解。
- 第二步:尋找臨界點 (Critical Points):
令 f′(x)=0 解出 x。同時注意定義域不連續點 x=1。
- 第三步:分析 f′(x) 在各區間的正負號:
- 當 f′(x)>0 時,函數遞增。
- 當 f′(x)<0 時,函數遞減。
答題過程
展開
給定函數為:
f(x)=(x−1)2x,x=1
我們使用商的求導法則對其求導:
f′(x)===(x−1)4(1)⋅(x−1)2−x⋅2(x−1)(x−1)4(x−1)[(x−1)−2x](x−1)3−x−1=−(x−1)3x+1
令 f′(x)=0⟹x=−1(此為函數的唯一臨界點)。
定義域在 x=1 處不連續。我們以 x=−1 與 x=1 將實數軸劃分為三個區間,分析 f′(x) 的正負號:
-
當 x∈(−∞,−1) 時:
x+1<0 且 (x−1)3<0,故:
f′(x)=−(−)(−)<0⟹f(x) 遞減
-
當 x∈(−1,1) 時:
x+1>0 且 (x−1)3<0,故:
f′(x)=−(−)(+)>0⟹f(x) 遞增
-
當 x∈(1,∞) 時:
x+1>0 且 (x−1)3>0,故:
f′(x)=−(+)(+)<0⟹f(x) 遞減
綜合上述分析,我們可以得到:
- 遞增區間為: (−1,1)。
- 遞減區間為: (−∞,−1) 及 (1,∞)。