单调函数

更新时间:2024-08-13 17:27

单调函数(Monotone function)是指定义域和值域都为有序集合并且保持序的函数。如,假设f是在两个带有偏序≤的集合P和Q之间的函数。函数f是单调的,如果只要x≤y,则f(x)≤f(y)。这些函数最先出现在微积分中,后来推广到序结构等更加抽象的结构中。

定义

设 f: P → Q是在两个带有偏序≤的集合P和Q之间的函数。在微积分中,它们是带有平常次序的实数集的子集之间的函数,但是定义仍保持同更一般的序理论定义一样。

函数f是单调的,如果只要x ≤ y,则f(x) ≤ f(y)。因此单调函数保持次序关系。

性质

基本性质

如果函数y=在某个区间增函数减函数,就称函数在这一区间具有(严格的)单调性,这一区间叫做y= 的单调区间,在单调区间上增函数函数图像上升的,减函数的函数图像是下降的。

注意

判定方法

判定函数在某个区间上的单调性的方法步骤有两种主要方法:

定义法

求导法

利用导数公式进行求导,然后判断导函数和0的大小关系,从而判断增减性,导函数值大于0,说明是严格增函数,导函数值小于0,说明是严格减函数,前提是原函数必须是连续的。当导数大于等于0时也可为增函数,同理当导数小于等于0时也可为减函数。

推广

现代数学中,在有序集合之间的函数是单调(monotone)的,如果它们保持给定次序。这些函数最先出现在微积分中,后来推广到序理论中更加抽象结构中。尽管概念一般是一致的,两个学科已经发展出稍微不同的术语。在微积分中,我们经常说函数是单调递增和单调递减的,在序理论中偏好术语单调和反单调或序保持和序反转。

全序的次序就没有了吸引人的图像动机。进一步的,严格关系 < 和 > 在多数非全序的次序中很少使用,因此不介入它们的额外术语。

设f: P Q为一函数映射,是在两个带有偏序集合 P 和 Q 之间的函数映射。

如果x ≤ y 蕴涵 ≤ ,就称为单调(monotone)函数,也叫做isotone 或序保持函数。

对偶概念经常叫做反单调、antitone 或序反转。因此,反单调函数 f 满足性质x ≤ y 蕴涵 ≥ ,

对于它的定义域中的所有 x 和 y。容易看出两个单调函数的复合也是单调的。

常数函数是单调的也是反单调的;反过来,如果 f 是单调的也是反单调的,并且如果 f 的定义域是全序集,则 f 必定是常量函数。

单调函数是序理论的中心。它们大量出现于这个主题的文章和在这些地方的找到的应用中。

著名的特殊单调函数是序嵌入(x ≤ y当且仅当f(x) ≤ f(y) 的函数)和序同构双射序嵌入)。

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