题目解析:
设函数 $$f(x) = \sqrt{x^2 + 1} - x$$,求其在区间 $$[0, +\infty)$$ 上的单调性。
步骤 1:求导数
首先计算 $$f(x)$$ 的导数 $$f'(x)$$:
$$f(x) = \sqrt{x^2 + 1} - x$$
导数为:
$$f'(x) = \frac{d}{dx} \left( \sqrt{x^2 + 1} \right) - \frac{d}{dx}(x)$$
利用链式法则,第一部分导数为:
$$\frac{d}{dx} \left( \sqrt{x^2 + 1} \right) = \frac{1}{2\sqrt{x^2 + 1}} \cdot 2x = \frac{x}{\sqrt{x^2 + 1}}$$
第二部分导数为:
$$\frac{d}{dx}(x) = 1$$
因此:
$$f'(x) = \frac{x}{\sqrt{x^2 + 1}} - 1$$
步骤 2:分析导数的符号
为了判断 $$f(x)$$ 的单调性,需要分析 $$f'(x)$$ 的符号:
$$f'(x) = \frac{x}{\sqrt{x^2 + 1}} - 1$$
将两项通分:
$$f'(x) = \frac{x - \sqrt{x^2 + 1}}{\sqrt{x^2 + 1}}$$
由于分母 $$\sqrt{x^2 + 1} > 0$$ 恒成立,只需分析分子 $$x - \sqrt{x^2 + 1}$$ 的符号。
比较 $$x$$ 和 $$\sqrt{x^2 + 1}$$ 的大小:
对于 $$x \geq 0$$,显然有 $$\sqrt{x^2 + 1} > \sqrt{x^2} = |x| = x$$,因此:
$$x - \sqrt{x^2 + 1} < 0$$
从而:
$$f'(x) = \frac{x - \sqrt{x^2 + 1}}{\sqrt{x^2 + 1}} < 0$$
步骤 3:结论
由于 $$f'(x) < 0$$ 在区间 $$[0, +\infty)$$ 上恒成立,因此 $$f(x)$$ 在该区间上单调递减。