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    【题型归类大全】2023年高考一复习学案(理科数学)考点05:函数的单调性与最值
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    【题型归类大全】2023年高考一复习学案(理科数学)考点05:函数的单调性与最值

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    这是一份【题型归类大全】2023年高考一复习学案(理科数学)考点05:函数的单调性与最值,共13页。

    [考纲传真]
    1.理解函数的单调性、最大(小)值及其几何意义.
    2.会运用基本初等函数的图象分析函数的性质.
    [命题分析]
    1.集合作为高考必考内容,多年来命题较稳定,多以选择题形式在前3题的位置进行考查,难度较小.命题的热点依然会集中在集合的运算方面,常与简单的一元二次不等式结合命题.
    2.高考对常用逻辑用语考查的频率较低,且命题点分散,其中含有量词的命题的否定、充分必要条件的判断需要关注,多结合函数、平面向量、三角函数、不等式、数列等内容命题.
    [题型归类]
    1.集合的含义与表示
    2..集合间的基本关系
    3.集合的基本运算
    4.德摩根定律在集合计算的运用
    5.韦恩图在集合与数量关系问题中的运用
    6.利用集合的运算求参数
    7.集合与其他知识的综合问题
    8.集合的新定义问题
    题型一:确定函数的单调性(区间)
    知识与方法
    1.增函数、减函数

    2.函数单调性的常用结论
    (1)对∀x1,x2∈D(x1≠x2),eq \f(fx1-fx2,x1-x2)>0⇔f(x)在D上是增函数,eq \f(fx1-fx2,x1-x2)<0⇔f(x)在D上是减函数.
    (2)对勾函数y=x+eq \f(a,x)(a>0)的增区间为(-∞,-eq \r(a)]和[eq \r(a),+∞),减区间为[-eq \r(a),0)和(0,eq \r(a)].
    (3)在区间D上,两个增函数的和仍是增函数,两个减函数的和仍是减函数.
    (4)函数f(g(x))的单调性与函数y=f(u)和u=g(x)的单调性的关系是“同增异减”.
    3.确定函数单调性的4种方法
    (1)定义法.利用定义判断.
    (2)导数法.适用于可以求导的函数.
    (3)图象法.由图象确定函数的单调区间需注意两点:一是单调区间必须是函数定义域的子集;二是图象不连续的单调区间要分开写,用“和”或“,”连接,不能用“∪”连接.
    (4)复合函数法.对于函数y=f(g(x)),先确定y=f(v),v=g(x)的单调性,再利用“同增异减”的原则确定y=f(g(x))的单调性.
    易错警示:确定函数的单调性(区间),应先求定义域,在定义域内确定单调性(区间).
    4.熟记函数单调性的4个常用结论
    (1)若f(x),g(x)均是区间A上的增(减)函数,则f(x)+g(x)也是区间A上的增(减)函数;
    (2)若k>0,则kf(x)与f(x)单调性相同;若k<0,则kf(x)与f(x)单调性相反;
    (3)函数y=f(x)(f(x)>0)在公共定义域内与y=-f(x),y=eq \f(1,fx)的单调性相反;
    (4)函数y=f(x)(f(x)≥0)在公共定义域内与y=eq \r(fx)的单调性相同.
    5.单调函数的两种等价变形
    设任意x1,x2∈[a,b]且x1(1)eq \f(fx1-fx2,x1-x2)>0⇔f(x)在[a,b]上是增函数;eq \f(fx1-fx2,x1-x2)<0⇔f(x)在[a,b]上是减函数.
    (2)(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]>0⇔f(x)在[a,b]上是增函数;(x1-x2)[f(x1)-f(x2)]<0⇔f(x)在[a,b]上是减函数.
    ►例1 函数f(x)=ln(x2-2x-8)的单调递增区间是( )
    A.(-∞,-2) B.(-∞,1)
    C.(1,+∞) D.(4,+∞)
    解析:[由x2-2x-8>0,得x>4或x<-2.
    设t=x2-2x-8,则y=ln t在t∈(0,+∞)上为增函数.
    欲求函数f(x)的单调递增区间,即求函数t=x2-2x-8的单调递增区间.
    ∵函数t=x2-2x-8的单调递增区间为(4,+∞),
    ∴函数f(x)的单调递增区间为(4,+∞).
    故选D.]
    ►例2已知函数f(x)=eq \r(x2-2x-3),则该函数的单调递增区间为( )
    A.(-∞,1] B.[3,+∞)
    C.(-∞,-1] D.[1,+∞)
    解析:选B 设t=x2-2x-3,由t≥0,得x2-2x-3≥0,解得x≤-1或x≥3.所以函数f(x)的定义域为(-∞,-1]∪[3,+∞).因为函数t=x2-2x-3的图象的对称轴为x=1,所以函数t在(-∞,-1]上单调递减,在[3,+∞)上单调递增.所以函数f(x)的单调递增区间为[3,+∞).
    ►例3求下列函数的单调区间:y=-x2+2|x|+1;
    解析:由于y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-x2+2x+1x≥0,,-x2-2x+1x<0,))
    即y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-x-12+2x≥0,,-x+12+2x<0.))
    画出函数图象如图所示,单调递增区间为(-∞,-1]和[0,1],单调递减区间为[-1,0]和[1,+∞).
    ►例4下列函数中,在区间(0,+∞)上为增函数的是( )
    A.y=eq \r(x+1) B.y=(x-1)2
    C.y=2-x D.y=lg0.5(x+1)
    解析 A项,函数y=eq \r(x+1)在[-1,+∞)上为增函数,所以函数在(0,+∞)上为增函数,故正确;B项,函数y=(x-1)2在(-∞,1)上为减函数,在[1,+∞)上为增函数,故错误;C项,函数y=2-x=(eq \f(1,2))x在R上为减函数,故错误;D项,函数y=lg0.5(x+1)在(-1,+∞)上为减函数,故错误.
    题型二:图像法确定函数的单调性(区间)
    知识与方法
    复合函数,应根据复合函数的单调性的判断方法,首先判断两个简单函数的单调性,再根据“同则增,异则减”的法则求解函数的单调区间.
    ►例1 下列函数中,图象是轴对称图形且在区间(0,+∞)上单调递减的是( B )
    A.y=eq \f(1,x) B.y=-x2+1
    C.y=2x D.y=lg2|x|
    解析:因为函数的图象是轴对称图形,所以排除A,C,又y=-x2+1在(0,+∞)上单调递减,y=lg2|x|在(0,+∞)上单调递增,所以排除D.故选B.
    ►例2函数变为y=|-x2+2x+1|的单调区间
    解析:函数y=|-x2+2x+1|的图象如图所示.由图象可知,函数y=|-x2+2x+1|的单调递增区间为(1-eq \r(2),1)和(1+eq \r(2),+∞);单调递减区间为(-∞,1-eq \r(2))和(1,1+eq \r(2)).
    ►例3已知函数f(x)=x2-2ax-3在区间[1,2]上具有单调性,则实数a的取值范围为_________.
    解析 函数f(x)=x2-2ax-3的图象开口向上,对称轴为直线x=a,画出草图如图所示.
    由图象可知函数在(-∞,a]和[a,+∞)上都具有单调性,因此要使函数f(x)在区间[1,2]上具有单调性,只需a≤1或a≥2,从而a∈(-∞,1]∪[2,+∞).
    题型三:复合函数的单调性(区间)
    ►例1 求下列函数的单调区间:y=lgeq \f(1,2)(x2-3x+2).
    解析:令u=x2-3x+2,则原函数可以看作y=lgeq \f(1,2)u与u=x2-3x+2的复合函数.
    令u=x2-3x+2>0,则x<1或x>2.
    ∴函数y=lgeq \f(1,2)(x2-3x+2)的定义域为(-∞,1)∪(2,+∞).
    又u=x2-3x+2的对称轴x=eq \f(3,2),且开口向上.
    ∴u=x2-3x+2在(-∞,1)上是单调减函数,在(2,+∞)上是单调增函数.
    而y=lgeq \f(1,2)u在(0,+∞)上是单调减函数,
    ∴y=lgeq \f(1,2)(x2-3x+2)的单调减区间为(2,+∞),
    单调增区间为(-∞,1).
    ►例2函数f(x)=lgeq \f(1,2)(x2-4)的单调递增区间是( )
    A.(0,+∞) B.(-∞,0)
    C.(2,+∞) D.(-∞,-2)
    解析:因为y=lgeq \f(1,2)t在定义域上是减函数,所以求原函数的单调递增区间,即求函数t=x2-4的单调递减区间,结合函数的定义域,可知所求区间为(-∞,-2).
    题型四:分段函数的单调性(区间)
    ►例1 函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x+1,x≥0,,x-1,x<0))在R上是( )
    A.减函数 B.增函数
    C.先减后增 D.无单调性
    解析:选B 作出函数f(x)的图象如图所示,由图结合单调性的定义可知,此函数在R上是增函数.
    ►例2已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(ax,x>1,,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(4-\f(a,2)))x+2,x≤1))是R上的增函数,则实数a的取值范围是( )
    A.(1,+∞) B.[4,8)
    C.(4,8) D.(1,8)
    解析:选B 由f(x)在R上是增函数,
    则有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>1,,4-\f(a,2)>0,,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(4-\f(a,2)))+2≤a,))解得4≤a<8.
    题型五:解析式含参函数的单调性
    ►例1 试讨论函数f(x)=eq \f(ax,x-1)(a≠0)在(-1,1)上的单调性.
    解析:设-1f(x)=aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x-1+1,x-1)))=aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(1,x-1))),
    f(x1)-f(x2)=aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(1,x1-1)))-aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(1,x2-1)))
    =eq \f(ax2-x1,x1-1x2-1),
    由于-1所以x2-x1>0,x1-1<0,x2-1<0,
    故当a>0时,f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2),
    函数f(x)在(-1,1)上递减;
    当a<0时,f(x1)-f(x2)<0,即f(x1)函数f(x)在(-1,1)上递增.
    综上,当a>0时,f(x)在(-1,1)上单调递减;当a<0时,f(x)在(-1,1)上单调递增.
    ►例2已知a>0,函数f(x)=x+eq \f(a,x)(x>0),证明:函数f(x)在(0,eq \r(a) ]上是减函数,在[eq \r(a),+∞)上是增函数.
    解析:方法一 任意取x1>x2>0,则
    f(x1)-f(x2)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x1+\f(a,x1)))-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x2+\f(a,x2)))
    =(x1-x2)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,x1)-\f(a,x2)))=(x1-x2)+eq \f(ax2-x1,x1x2)
    =(x1-x2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(a,x1x2))).
    当eq \r(a)≥x1>x2>0时,x1-x2>0,1-eq \f(a,x1x2)<0,
    有f(x1)-f(x2)<0,即f(x1)此时,函数f(x)=x+eq \f(a,x)(a>0)在(0,eq \r(a) ]上为减函数;
    当x1>x2≥eq \r(a)时,x1-x2>0,1-eq \f(a,x1x2)>0,
    有f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2),
    此时,函数f(x)=x+eq \f(a,x)(a>0)在[eq \r(a),+∞)上为增函数;
    综上可知,函数f(x)=x+eq \f(a,x)(a>0)在(0,eq \r(a) ]上为减函数,在[eq \r(a),+∞)上为增函数.
    方法二 f′(x)=1-eq \f(a,x2),令f′(x)>0,则1-eq \f(a,x2)>0,
    解得x>eq \r(a)或x<-eq \r(a)(舍).令f′(x)<0,则1-eq \f(a,x2)<0,解得-eq \r(a)∵x>0,∴0故f(x)在(0,eq \r(a) ]上为减函数,在[eq \r(a),+∞)上为增函数.
    题型六:利用函数的单调性求最值(值域)
    知识与方法
    一、求函数值域的几个常见类型
    1若所给函数能够判断单调性,可直接利用单调性求解.
    2形如求函数的值域或最值,可先将函数解析式变为的形式,再用单调性求解.
    3分段函数的最值,先求每一个子区间上的最值,则各个区间上最大值中的最大者为分段函数的最大值,各个区间上最小值中的最小值作为分段函数的最小值.

    二、函数最值的有关结论
    (1)闭区间上的连续函数一定存在最大值和最小值.当函数在闭区间上单调时最值一定在端点取到.
    (2)开区间上的“单峰”函数一定存在最大值(最小值).
    ►例1 函数f(x)=eq \f(3x-1,x+2),x∈[-5,-3]的值域为________.
    解析:当x≥1时,函数f(x)=eq \f(1,x)为减函数,所以f(x)在x=1处取得最大值,为f(1)=1;当x<1时,易知函数f(x)=-x2+2在x=0处取得最大值,为f(0)=2.
    故函数f(x)的最大值为2.
    ►例2函数y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2))) eq \s\up15(eq \f(1,x2+1)) 的值域为( C )
    A.(-∞,1) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),1))
    C.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),1)) D.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞))
    解析:因为x2≥0,所以x2+1≥1,即eq \f(1,x2+1)∈(0,1],故y=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2))) eq \s\up15(eq \f(1,x2+1)) ∈eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),1)).
    ►例3 已知a>0,设函数f(x)=eq \f(2 019x+1+2 017,2 019x+1)(x∈[-a,a])的最大值为M,最小值为N,那么M+N=( D )
    A.2 017 B.2 019
    C.4 032 D.4 036
    解析:由题意得f(x)=eq \f(2 019x+1+2 017,2 019x+1)=2 019-eq \f(2,2 019x+1).∵y=2 019x+1在[-a,a]上是单调递增的,∴f(x)=2 019-eq \f(2,2 019x+1)在[-a,a]上是单调递增的,∴M=f(a),N=f(-a),∴M+N=f(a)+f(-a)=4 038-eq \f(2,2 019a+1)-eq \f(2,2 019-a+1)=4 036.
    ►例2函数f(x)=eq \f(1,x-1)在区间[a,b]上的最大值是1,最小值是eq \f(1,3),则a+b=________.
    解析:易知f(x)在[a,b]上为减函数,
    ∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(fa=1,,fb=\f(1,3),))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(1,a-1)=1,,\f(1,b-1)=\f(1,3),))∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,b=4.))
    ∴a+b=6.
    ►例4函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(1,x),x≥1,,-x2+2,x<1))的最大值为________.
    解析:当x≥1时,函数f(x)=eq \f(1,x)为减函数,所以f(x)在x=1处取得最大值,为f(1)=1;当x<1时,易知函数f(x)=-x2+2在x=0处取得最大值,为f(0)=2.
    故函数f(x)的最大值为2.
    题型七:应用函数的单调性比较函数值的大小
    知识与方法
    比较大小.比较函数值的大小,应将自变量转化到同一个单调区间内,然后利用函数的单调性解决.
    ►例1 已知函数f(x)的图象向左平移1个单位后关于y轴对称,当x2>x1>1时,[f(x2)-f(x1)](x2-x1)<0恒成立,设a=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2))),b=f(2),c=f(3),则a,b,c的大小关系为( )
    A.c>a>b B.c>b>a
    C.a>c>b D.b>a>c
    解析:因为f(x)的图象关于直线x=1对称.由此可得feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5,2))).由x2>x1>1时,[f(x2)-f(x1)](x2-x1)<0恒成立,知f(x)在(1,+∞)上单调递减.
    因为1<2<eq \f(5,2)<3,所以f(2)>feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5,2)))>f(3),所以b>a>c
    ►例2已知函数f(x)满足f(x)=f(π-x),且当x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2)))时,f(x)=ex+sin x,则( )
    A.f(1)C.f(3)解析:选D 由f(x)=f(π-x),
    得f(2)=f(π-2),f(3)=f(π-3).
    由f(x)=ex+sin x,得函数f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2)))内单调递增.又-eq \f(π,2)<π-3<1<π-2∴f(π-2)>f(1)>f(π-3).∴f(2)>f(1)>f(3).
    ►例3已知定义在R上的奇函数f(x)满足f(x+2e)=-f(x)(其中e=2.718 2…),且在区间[e,2e]上是减函数,令a=eq \f(ln2,2),b=eq \f(ln3,3),c=eq \f(ln5,5),则f(a),f(b),f(c)的大小关系(用不等号连接)为( A )
    A.f(b)>f(a)>f(c) B.f(b)>f(c)>f(a)
    C.f(a)>f(b)>f(c) D.f(a)>f(c)>f(b)
    解析:∵f(x)是R上的奇函数,满足f(x+2e)=-f(x),∴f(x+2e)=f(-x),∴函数f(x)的图象关于直线x=e对称,∵f(x)在区间[e,2e]上为减函数,∴f(x)在区间[0,e]上为增函数,又易知0►例4已知函数f(x)=lg2x+eq \f(1,1-x),若x1∈(1,2),x2∈(2,+∞),则( )
    A.f(x1)<0,f(x2)<0 B.f(x1)<0,f(x2)>0
    C.f(x1)>0,f(x2)<0 D.f(x1)>0,f(x2)>0
    答案 B
    解析 ∵函数f(x)=lg2x+eq \f(1,1-x)在(1,+∞)上为增函数,且f(2)=0,
    ∴当x1∈(1,2)时,f(x1)当x2∈(2,+∞)时,f(x2)>f(2)=0,
    即f(x1)<0,f(x2)>0.
    题型八:应用函数的单调性解函数不等式
    知识与方法
    解不等式.在求解与抽象函数有关的不等式时,往往是利用函数的单调性将“f”符号脱掉,使其转化为具体的不等式求解.此时应特别注意函数的定义域.
    ►例1 已知函数f(x)=x3+sin x,x∈(-1,1),则满足f(a2-1)+f(a-1)>0的a的取值范围是( )
    A.(0,2) B.(1,eq \r(2))
    C.(1,2) D.(0,eq \r(2))
    解析:由题意知f(-x)=(-x)3+sin(-x)=-x3-sin x=-(x3+sin x)=-f(x),x∈(-1,1),
    ∴f(x)在区间(-1,1)上是奇函数.
    又f′(x)=3x2+cs x>0,
    ∴f(x)在区间(-1,1)上单调递增,
    ∵f(a2-1)+f(a-1)>0,
    ∴-f(a-1)<f(a2-1),
    ∴f(1-a)<f(a2-1),
    ∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-1<1-a<1,,-1<a2-1<1,,1-a<a2-1,))解得1<a<eq \r(2),故选B
    ►例2已知f(x)为R上的减函数,则满足feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,x)))>f(1)的实数x的取值范围是( )
    A.(-∞,1) B.(1,+∞)
    C.(-∞,0)∪(0,1) D.(-∞,0)∪(1,+∞)
    解析:选D 依题意得eq \f(1,x)<1,即eq \f(x-1,x)>0,所以x的取值范围是x>1或x<0.
    ►例3f(x)是定义在(0,+∞)上的单调增函数,满足f(xy)=f(x)+f(y),f(3)=1,当f(x)+f(x-8)≤2时,x的取值范围是( )
    A.(8,+∞) B.(8,9] C.[8,9] D.(0,8)
    解析:2=1+1=f(3)+f(3)=f(9),由f(x)+f(x-8)≤2,可得f[x(x-8)]≤f(9),因为f(x)是定义在(0,+∞)上的增函数,
    所以有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x>0,,x-8>0,,xx-8≤9,))解得8题型九:应用函数的单调性求参数的值或取值范围
    知识与方法
    利用单调性求参数.①视参数为已知数,依据函数的图象或单调性定义,确定函数的单调区间,与已知单调区间比较求参数;②需注意若函数在区间[a,b]上是单调的,则该函数在此区间的任意子集上也是单调的.
    ►例1 已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a-2x-1,x≤1,,lgax,x>1,))若f(x)在(-∞,+∞)上单调递增,则实数a的取值范围为________.
    解析:要使函数f(x)在R上单调递增,
    则有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>1,,a-2>0,,f1≤0,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a>1,,a>2,,a-2-1≤0,))
    解得2<a≤3,
    即实数a的取值范围是(2,3].]
    ►例2函数f(x)=eq \f(1,x-1)在区间[a,b]上的最大值是1,最小值是eq \f(1,3),则a+b=________.
    解析:易知f(x)在[a,b]上为减函数,所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(fa=1,,fb=\f(1,3),))
    即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(1,a-1)=1,,\f(1,b-1)=\f(1,3),))所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,b=4.))所以a+b=6.
    ►例3已知函数f(x)为(0,+∞)上的增函数,若f(a2-a)>f(a+3),则实数a的取值范围为(-3,-1)∪(3,+∞).
    解析:由已知可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a2-a>0,,a+3>0,,a2-a>a+3,))解得-33.所以实数a的取值范围为(-3,-1)∪(3,+∞).
    ►例4已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(|x+1|,-7≤x≤0,,lnx,e-2≤x≤e,))g(x)=x2-2x,设a为实数,若存在实数m,使f(m)-2g(a)=0,则实数a的取值范围为[-1,3].
    解析:当-7≤x≤0时,f(x)=|x+1|∈[0,6],当e-2≤x≤e时,f(x)=lnx单调递增,得f(x)∈[-2,1],综上,f(x)∈[-2,6].若存在实数m,使f(m)-2g(a)=0,则有-2≤2g(a)≤6,即-1≤a2-2a≤3⇒-1≤a≤3.
    增函数
    减函数


    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上的任意两个自变量的值x1,x2
    当x1<x2时,都有f(x1)<f(x2),那么就说函数f(x)在区间D上是增函数
    当x1<x2时,都有f(x1)>f(x2),那么就说函数f(x)在区间D上是减函数




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