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Funzioni Crescenti e Decrescenti: 20 Esercizi Svolti Passo Passo

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By Pimath, 17 June, 2026

In questa raccolta proponiamo 20 esercizi svolti sulle funzioni crescenti, funzioni decrescenti, funzioni monotone e funzioni strettamente monotone. Ogni esercizio è risolto passo passo, con particolare attenzione al confronto tra i valori della funzione in due punti \(x_1\) e \(x_2\) del dominio.

Per stabilire se una funzione è crescente o decrescente su un insieme \(X\), non basta osservare alcuni punti del grafico: bisogna verificare una proprietà valida per ogni coppia di punti \(x_1,x_2\in X\) con \(x_1<x_2\).

Ricordiamo che una funzione \(f:X\to\mathbb R\) è crescente su \(X\) se

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\le f(x_2), \]

mentre è decrescente su \(X\) se

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\ge f(x_2). \]

Se le disuguaglianze sono strette, si parla invece di funzione strettamente crescente o strettamente decrescente. Gli esercizi seguenti mostrano come applicare queste definizioni, come riconoscere funzioni monotone su intervalli e come distinguere la monotonia semplice dalla monotonia stretta.


Esercizio 1 — livello ★☆☆☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=2x+1 \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione è strettamente crescente su \(\mathbb R\). Di conseguenza, è anche crescente su \(\mathbb R\).

Svolgimento

Per studiare la monotonia mediante la definizione, prendiamo due punti qualunque \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tali che

\[ x_1<x_2. \]

Dobbiamo confrontare \(f(x_1)\) e \(f(x_2)\). Poiché

\[ f(x)=2x+1, \]

abbiamo

\[ f(x_1)=2x_1+1 \]

e

\[ f(x_2)=2x_2+1. \]

Dalla disuguaglianza \(x_1<x_2\), moltiplicando entrambi i membri per \(2\), che è un numero positivo, otteniamo

\[ 2x_1<2x_2. \]

Aggiungendo \(1\) a entrambi i membri, si ricava

\[ 2x_1+1<2x_2+1. \]

Cioè

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Abbiamo quindi dimostrato che, per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)<f(x_2). \]

Per definizione, la funzione è strettamente crescente su \(\mathbb R\).

Poiché ogni funzione strettamente crescente è anche crescente, concludiamo che \(f\) è anche crescente su \(\mathbb R\).


Esercizio 2 — livello ★☆☆☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=-3x+4 \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione è strettamente decrescente su \(\mathbb R\). Di conseguenza, è anche decrescente su \(\mathbb R\).

Svolgimento

Prendiamo due punti qualunque \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tali che

\[ x_1<x_2. \]

Dobbiamo confrontare i valori \(f(x_1)\) e \(f(x_2)\). Poiché

\[ f(x)=-3x+4, \]

si ha

\[ f(x_1)=-3x_1+4 \]

e

\[ f(x_2)=-3x_2+4. \]

Dalla disuguaglianza

\[ x_1<x_2 \]

moltiplicando entrambi i membri per \(-3\), che è un numero negativo, il verso della disuguaglianza si inverte:

\[ -3x_1>-3x_2. \]

Aggiungendo \(4\) a entrambi i membri, otteniamo

\[ -3x_1+4>-3x_2+4. \]

Cioè

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

Abbiamo quindi dimostrato che, per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)>f(x_2). \]

Per definizione, \(f\) è strettamente decrescente su \(\mathbb R\).

Poiché ogni funzione strettamente decrescente è anche decrescente, la funzione è anche decrescente su \(\mathbb R\).


Esercizio 3 — livello ★☆☆☆☆

Stabilire se la funzione costante

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=5 \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione è crescente e decrescente su \(\mathbb R\), ma non è né strettamente crescente né strettamente decrescente.

Svolgimento

Consideriamo due punti qualunque \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tali che

\[ x_1<x_2. \]

Poiché la funzione è costante, il suo valore è sempre uguale a \(5\). Quindi

\[ f(x_1)=5 \]

e

\[ f(x_2)=5. \]

In particolare,

\[ f(x_1)=f(x_2). \]

Da questa uguaglianza segue sia

\[ f(x_1)\le f(x_2) \]

sia

\[ f(x_1)\ge f(x_2). \]

Pertanto, per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\) con \(x_1<x_2\), valgono entrambe le condizioni:

\[ f(x_1)\le f(x_2) \]

e

\[ f(x_1)\ge f(x_2). \]

Per definizione, la funzione è quindi sia crescente sia decrescente su \(\mathbb R\).

Tuttavia, non è strettamente crescente. Infatti, per essere strettamente crescente dovrebbe valere

\[ f(x_1)<f(x_2) \]

per ogni \(x_1<x_2\), ma in questo caso i due valori sono sempre uguali.

Allo stesso modo, non è strettamente decrescente, perché non vale

\[ f(x_1)>f(x_2) \]

per ogni \(x_1<x_2\).

Concludiamo che la funzione costante è crescente e decrescente, ma non è né strettamente crescente né strettamente decrescente.


Esercizio 4 — livello ★★☆☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^2 \]

è crescente, decrescente o non monotona su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione non è monotona su \(\mathbb R\): non è né crescente né decrescente su tutto il suo dominio.

Svolgimento

Per stabilire se \(f(x)=x^2\) è crescente su \(\mathbb R\), dovremmo verificare che, per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\le f(x_2). \]

Basta però trovare una sola coppia di punti che contraddice questa condizione per dimostrare che la funzione non è crescente.

Scegliamo

\[ x_1=-1,\qquad x_2=0. \]

Si ha chiaramente

\[ -1<0, \]

cioè \(x_1<x_2\). Tuttavia,

\[ f(-1)=(-1)^2=1 \]

mentre

\[ f(0)=0^2=0. \]

Quindi

\[ f(-1)>f(0). \]

Abbiamo trovato due punti \(x_1<x_2\) tali che \(f(x_1)>f(x_2)\). Questo contraddice la definizione di funzione crescente. Dunque \(f\) non è crescente su \(\mathbb R\).

Verifichiamo ora se la funzione è decrescente su \(\mathbb R\). Per essere decrescente dovrebbe valere, per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\ge f(x_2). \]

Anche in questo caso basta trovare una coppia che contraddice la condizione.

Scegliamo

\[ x_1=0,\qquad x_2=1. \]

Si ha

\[ 0<1, \]

ma

\[ f(0)=0 \]

e

\[ f(1)=1. \]

Quindi

\[ f(0)<f(1). \]

Abbiamo trovato due punti \(x_1<x_2\) tali che \(f(x_1)<f(x_2)\). Questo contraddice la definizione di funzione decrescente. Dunque \(f\) non è decrescente su \(\mathbb R\).

Poiché la funzione non è né crescente né decrescente su \(\mathbb R\), concludiamo che \(f(x)=x^2\) è non monotona su \(\mathbb R\).


Esercizio 5 — livello ★★☆☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:[0,+\infty)\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^2 \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \([0,+\infty)\).

Risultato

La funzione è strettamente crescente su \([0,+\infty)\). Di conseguenza, è anche crescente su \([0,+\infty)\).

Svolgimento

Per studiare la monotonia su \([0,+\infty)\), prendiamo due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in[0,+\infty) \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Poiché \(x_1\) e \(x_2\) appartengono a \([0,+\infty)\), sono entrambi non negativi. In particolare,

\[ 0\le x_1<x_2. \]

Vogliamo confrontare \(f(x_1)\) e \(f(x_2)\). Poiché

\[ f(x)=x^2, \]

abbiamo

\[ f(x_1)=x_1^2 \]

e

\[ f(x_2)=x_2^2. \]

Dalla disuguaglianza

\[ 0\le x_1<x_2 \]

segue che

\[ x_1^2<x_2^2. \]

Infatti possiamo scrivere

\[ x_2^2-x_1^2=(x_2-x_1)(x_2+x_1). \]

Poiché \(x_2>x_1\), si ha

\[ x_2-x_1>0. \]

Inoltre, essendo \(x_1\ge 0\) e \(x_2>x_1\), si ha anche

\[ x_2+x_1>0. \]

Quindi

\[ (x_2-x_1)(x_2+x_1)>0, \]

cioè

\[ x_2^2-x_1^2>0. \]

Da ciò segue

\[ x_1^2<x_2^2. \]

Pertanto

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Abbiamo dimostrato che, per ogni \(x_1,x_2\in[0,+\infty)\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)<f(x_2). \]

Per definizione, \(f\) è strettamente crescente su \([0,+\infty)\).

Di conseguenza, \(f\) è anche crescente su \([0,+\infty)\).


Esercizio 6 — livello ★★☆☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:(-\infty,0]\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^2 \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \((-\infty,0]\).

Risultato

La funzione è strettamente decrescente su \((-\infty,0]\). Di conseguenza, è anche decrescente su \((-\infty,0]\).

Svolgimento

Prendiamo due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in(-\infty,0] \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Poiché entrambi i punti appartengono a \((-\infty,0]\), abbiamo

\[ x_1<x_2\le 0. \]

Dobbiamo confrontare

\[ f(x_1)=x_1^2 \]

e

\[ f(x_2)=x_2^2. \]

Consideriamo la differenza

\[ x_1^2-x_2^2. \]

Scomponiamo come differenza di quadrati:

\[ x_1^2-x_2^2=(x_1-x_2)(x_1+x_2). \]

Poiché \(x_1<x_2\), si ha

\[ x_1-x_2<0. \]

Inoltre, essendo \(x_1<x_2\le 0\), entrambi i numeri sono non positivi e almeno \(x_1\) è strettamente negativo. Quindi

\[ x_1+x_2<0. \]

Il prodotto di due numeri negativi è positivo, quindi

\[ (x_1-x_2)(x_1+x_2)>0. \]

Pertanto

\[ x_1^2-x_2^2>0. \]

Da questa disuguaglianza segue

\[ x_1^2>x_2^2. \]

Cioè

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

Abbiamo quindi dimostrato che, per ogni \(x_1,x_2\in(-\infty,0]\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)>f(x_2). \]

Per definizione, \(f\) è strettamente decrescente su \((-\infty,0]\).

Di conseguenza, \(f\) è anche decrescente su \((-\infty,0]\).


Esercizio 7 — livello ★★☆☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\setminus\{0\}\to\mathbb R,\qquad f(x)=\frac{1}{x} \]

è decrescente su tutto il suo dominio.

Risultato

La funzione non è decrescente su tutto il dominio \(\mathbb R\setminus\{0\}\).

Svolgimento

Il dominio della funzione è

\[ \mathbb R\setminus\{0\}=(-\infty,0)\cup(0,+\infty). \]

Per essere decrescente su tutto il dominio, la funzione dovrebbe soddisfare la condizione seguente: per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\setminus\{0\}\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\ge f(x_2). \]

Per dimostrare che la funzione non è decrescente su tutto il dominio, basta trovare una coppia di punti del dominio che contraddice questa condizione.

Scegliamo

\[ x_1=-1,\qquad x_2=1. \]

Entrambi appartengono al dominio, poiché sono diversi da \(0\), e si ha

\[ -1<1. \]

Calcoliamo i valori della funzione:

\[ f(-1)=\frac{1}{-1}=-1 \]

e

\[ f(1)=\frac{1}{1}=1. \]

Quindi

\[ f(-1)<f(1). \]

Ma una funzione decrescente dovrebbe soddisfare

\[ f(-1)\ge f(1), \]

perché \(-1<1\).

La coppia \(x_1=-1\), \(x_2=1\) contraddice quindi la definizione di funzione decrescente.

Pertanto la funzione

\[ f(x)=\frac{1}{x} \]

non è decrescente su tutto il suo dominio \(\mathbb R\setminus\{0\}\).

Questo non contraddice il fatto che \(f\) sia strettamente decrescente separatamente su \((-\infty,0)\) e su \((0,+\infty)\). La monotonia deve sempre essere riferita all'insieme su cui viene studiata.


Esercizio 8 — livello ★★☆☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:(0,+\infty)\to\mathbb R,\qquad f(x)=\frac{1}{x} \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \((0,+\infty)\).

Risultato

La funzione è strettamente decrescente su \((0,+\infty)\). Di conseguenza, è anche decrescente su \((0,+\infty)\).

Svolgimento

Prendiamo due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in(0,+\infty) \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Poiché \(x_1\) e \(x_2\) appartengono a \((0,+\infty)\), sono entrambi positivi:

\[ 0<x_1<x_2. \]

Vogliamo confrontare

\[ f(x_1)=\frac{1}{x_1} \]

e

\[ f(x_2)=\frac{1}{x_2}. \]

Poiché

\[ 0<x_1<x_2, \]

dividendo \(1\) per un numero positivo più grande si ottiene un valore più piccolo. In modo algebrico, confrontiamo le due frazioni:

\[ \frac{1}{x_1}-\frac{1}{x_2} = \frac{x_2-x_1}{x_1x_2}. \]

Il numeratore è positivo, perché

\[ x_2-x_1>0. \]

Anche il denominatore è positivo, perché \(x_1>0\) e \(x_2>0\). Dunque

\[ x_1x_2>0. \]

Ne segue che

\[ \frac{x_2-x_1}{x_1x_2}>0. \]

Quindi

\[ \frac{1}{x_1}-\frac{1}{x_2}>0, \]

cioè

\[ \frac{1}{x_1}>\frac{1}{x_2}. \]

Pertanto

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

Abbiamo dimostrato che, per ogni \(x_1,x_2\in(0,+\infty)\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)>f(x_2). \]

Per definizione, \(f\) è strettamente decrescente su \((0,+\infty)\).

Di conseguenza, \(f\) è anche decrescente su \((0,+\infty)\).


Esercizio 9 — livello ★★☆☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:(-\infty,0)\to\mathbb R,\qquad f(x)=\frac{1}{x} \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \((-\infty,0)\).

Risultato

La funzione è strettamente decrescente su \((-\infty,0)\). Di conseguenza, è anche decrescente su \((-\infty,0)\).

Svolgimento

Prendiamo due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in(-\infty,0) \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Poiché \(x_1\) e \(x_2\) appartengono a \((-\infty,0)\), sono entrambi negativi. Dunque

\[ x_1<x_2<0. \]

Vogliamo confrontare

\[ f(x_1)=\frac{1}{x_1} \]

e

\[ f(x_2)=\frac{1}{x_2}. \]

Consideriamo la differenza:

\[ \frac{1}{x_1}-\frac{1}{x_2} = \frac{x_2-x_1}{x_1x_2}. \]

Poiché \(x_1<x_2\), si ha

\[ x_2-x_1>0. \]

Inoltre \(x_1\) e \(x_2\) sono entrambi negativi, quindi il loro prodotto è positivo:

\[ x_1x_2>0. \]

Pertanto

\[ \frac{x_2-x_1}{x_1x_2}>0. \]

Quindi

\[ \frac{1}{x_1}-\frac{1}{x_2}>0, \]

cioè

\[ \frac{1}{x_1}>\frac{1}{x_2}. \]

Abbiamo dunque ottenuto

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

Questo vale per ogni coppia \(x_1,x_2\in(-\infty,0)\) con \(x_1<x_2\). Per definizione, la funzione è strettamente decrescente su \((-\infty,0)\).

Di conseguenza, \(f\) è anche decrescente su \((-\infty,0)\).


Esercizio 10 — livello ★★★☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^3 \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione è strettamente crescente su \(\mathbb R\). Di conseguenza, è anche crescente su \(\mathbb R\).

Svolgimento

Usiamo direttamente la definizione. Prendiamo due punti qualunque \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tali che

\[ x_1<x_2. \]

Dobbiamo dimostrare che

\[ f(x_1)<f(x_2), \]

cioè

\[ x_1^3<x_2^3. \]

Consideriamo la differenza

\[ x_2^3-x_1^3. \]

Scomponiamo la differenza di cubi:

\[ x_2^3-x_1^3=(x_2-x_1)(x_2^2+x_1x_2+x_1^2). \]

Poiché \(x_1<x_2\), si ha

\[ x_2-x_1>0. \]

Resta da osservare che

\[ x_2^2+x_1x_2+x_1^2>0. \]

Infatti possiamo scrivere

\[ x_2^2+x_1x_2+x_1^2 = \left(x_2+\frac{x_1}{2}\right)^2+\frac{3}{4}x_1^2. \]

Questa quantità è sempre non negativa e, nel nostro caso, non può essere nulla contemporaneamente con \(x_1<x_2\). Dunque è positiva.

Quindi il prodotto

\[ (x_2-x_1)(x_2^2+x_1x_2+x_1^2) \]

è positivo. Pertanto

\[ x_2^3-x_1^3>0. \]

Da ciò segue

\[ x_1^3<x_2^3. \]

Cioè

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Abbiamo dimostrato che, per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)<f(x_2). \]

Per definizione, \(f(x)=x^3\) è strettamente crescente su \(\mathbb R\).

Questo esempio è importante perché mostra che la stretta crescenza può essere dimostrata direttamente dalla definizione, confrontando i valori assunti dalla funzione in due punti qualunque del dominio.


Esercizio 11 — livello ★★★☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=x^2-4x+1 \]

è crescente, decrescente o non monotona su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione non è monotona su \(\mathbb R\). È strettamente decrescente su \((-\infty,2]\) e strettamente crescente su \([2,+\infty)\).

Svolgimento

Riscriviamo la funzione completando il quadrato:

\[ f(x)=x^2-4x+1=(x-2)^2-3. \]

Questa forma mostra che il valore della funzione dipende dal quadrato della distanza di \(x\) dal numero \(2\).

Studiamo prima la funzione sull'intervallo \([2,+\infty)\). Prendiamo due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in[2,+\infty) \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Poiché \(x_1\ge 2\) e \(x_2\ge 2\), si ha

\[ 0\le x_1-2<x_2-2. \]

Elevando al quadrato, dato che i due membri sono non negativi, otteniamo

\[ (x_1-2)^2<(x_2-2)^2. \]

Sottraendo \(3\) a entrambi i membri:

\[ (x_1-2)^2-3<(x_2-2)^2-3. \]

Cioè

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Dunque \(f\) è strettamente crescente su \([2,+\infty)\).

Studiamo ora la funzione sull'intervallo \((-\infty,2]\). Prendiamo due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in(-\infty,2] \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Allora

\[ x_1-2<x_2-2\le 0. \]

Moltiplicando per \(-1\), il verso della disuguaglianza si inverte:

\[ 2-x_1>2-x_2\ge 0. \]

Poiché entrambi i membri sono non negativi, elevando al quadrato si ottiene

\[ (2-x_1)^2>(2-x_2)^2. \]

Ma

\[ (2-x)^2=(x-2)^2. \]

Quindi

\[ (x_1-2)^2>(x_2-2)^2. \]

Sottraendo \(3\) a entrambi i membri:

\[ (x_1-2)^2-3>(x_2-2)^2-3. \]

Cioè

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

Dunque \(f\) è strettamente decrescente su \((-\infty,2]\).

Infine, la funzione non è monotona su tutto \(\mathbb R\), perché prima decresce e poi cresce. Possiamo verificarlo anche con due controesempi.

Infatti

\[ f(1)=1-4+1=-2 \]

mentre

\[ f(2)=4-8+1=-3. \]

Poiché \(1<2\) ma \(f(1)>f(2)\), la funzione non è crescente su \(\mathbb R\).

Inoltre

\[ f(2)=-3 \]

e

\[ f(3)=9-12+1=-2. \]

Poiché \(2<3\) ma \(f(2)<f(3)\), la funzione non è decrescente su \(\mathbb R\).

Concludiamo che \(f\) non è monotona su \(\mathbb R\), ma è strettamente decrescente su \((-\infty,2]\) e strettamente crescente su \([2,+\infty)\).


Esercizio 12 — livello ★★★☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=-x^2+6x-5 \]

è crescente, decrescente o non monotona su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione non è monotona su \(\mathbb R\). È strettamente crescente su \((-\infty,3]\) e strettamente decrescente su \([3,+\infty)\).

Svolgimento

Riscriviamo la funzione completando il quadrato:

\[ f(x)=-x^2+6x-5=-(x-3)^2+4. \]

Questa forma mostra che la funzione raggiunge il valore massimo quando \(x=3\), perché il termine \((x-3)^2\) è sempre non negativo.

Studiamo prima la funzione su \((-\infty,3]\). Prendiamo due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in(-\infty,3] \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Allora

\[ x_1-3<x_2-3\le 0. \]

Moltiplicando per \(-1\), otteniamo

\[ 3-x_1>3-x_2\ge 0. \]

Poiché i due membri sono non negativi, elevando al quadrato si ha

\[ (3-x_1)^2>(3-x_2)^2. \]

Poiché

\[ (3-x)^2=(x-3)^2, \]

otteniamo

\[ (x_1-3)^2>(x_2-3)^2. \]

Moltiplicando per \(-1\), il verso della disuguaglianza si inverte:

\[ -(x_1-3)^2<-(x_2-3)^2. \]

Aggiungendo \(4\) a entrambi i membri:

\[ -(x_1-3)^2+4<-(x_2-3)^2+4. \]

Cioè

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Dunque \(f\) è strettamente crescente su \((-\infty,3]\).

Studiamo ora la funzione su \([3,+\infty)\). Prendiamo due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in[3,+\infty) \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Allora

\[ 0\le x_1-3<x_2-3. \]

Elevando al quadrato:

\[ (x_1-3)^2<(x_2-3)^2. \]

Moltiplicando per \(-1\), otteniamo

\[ -(x_1-3)^2>-(x_2-3)^2. \]

Aggiungendo \(4\):

\[ -(x_1-3)^2+4>-(x_2-3)^2+4. \]

Cioè

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

Dunque \(f\) è strettamente decrescente su \([3,+\infty)\).

La funzione non è monotona su tutto \(\mathbb R\), perché cresce fino a \(x=3\) e poi decresce.

Infatti, scegliendo \(x_1=2\) e \(x_2=3\), si ha \(2<3\), ma

\[ f(2)=-4+12-5=3 \]

e

\[ f(3)=-9+18-5=4. \]

Quindi \(f(2)<f(3)\), e questo esclude che la funzione sia decrescente su \(\mathbb R\).

Inoltre, scegliendo \(x_1=3\) e \(x_2=4\), si ha \(3<4\), ma

\[ f(3)=4 \]

e

\[ f(4)=-16+24-5=3. \]

Quindi \(f(3)>f(4)\), e questo esclude che la funzione sia crescente su \(\mathbb R\).

Concludiamo che \(f\) non è monotona su \(\mathbb R\), ma è strettamente crescente su \((-\infty,3]\) e strettamente decrescente su \([3,+\infty)\).


Esercizio 13 — livello ★★★☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=|x| \]

è crescente, decrescente o non monotona su \(\mathbb R\). Determinare poi gli intervalli su cui è monotona.

Risultato

La funzione non è monotona su \(\mathbb R\). È strettamente decrescente su \((-\infty,0]\) e strettamente crescente su \([0,+\infty)\).

Svolgimento

La funzione valore assoluto è definita da

\[ |x|= \begin{cases} -x & \text{se } x<0,\\ x & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Studiamo prima la funzione su \([0,+\infty)\). Se \(x\ge 0\), allora

\[ |x|=x. \]

Prendiamo quindi due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in[0,+\infty) \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Poiché su \([0,+\infty)\) si ha \(f(x)=x\), otteniamo

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2. \]

Dalla disuguaglianza \(x_1<x_2\) segue direttamente

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Dunque \(f\) è strettamente crescente su \([0,+\infty)\).

Studiamo ora la funzione su \((-\infty,0]\). Se \(x\le 0\), allora

\[ |x|=-x. \]

Prendiamo due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in(-\infty,0] \]

tali che

\[ x_1<x_2. \]

Poiché su \((-\infty,0]\) si ha \(f(x)=-x\), otteniamo

\[ f(x_1)=-x_1 \]

e

\[ f(x_2)=-x_2. \]

Dalla disuguaglianza

\[ x_1<x_2 \]

moltiplicando per \(-1\), il verso della disuguaglianza si inverte:

\[ -x_1>-x_2. \]

Quindi

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

Dunque \(f\) è strettamente decrescente su \((-\infty,0]\).

La funzione non è monotona su tutto \(\mathbb R\). Infatti, scegliendo

\[ x_1=-1,\qquad x_2=0, \]

si ha \(x_1<x_2\), ma

\[ f(-1)=1>0=f(0). \]

Questo esclude che \(f\) sia crescente su \(\mathbb R\).

Inoltre, scegliendo

\[ x_1=0,\qquad x_2=1, \]

si ha \(x_1<x_2\), ma

\[ f(0)=0<1=f(1). \]

Questo esclude che \(f\) sia decrescente su \(\mathbb R\).

Pertanto \(f(x)=|x|\) non è monotona su \(\mathbb R\), ma è strettamente decrescente su \((-\infty,0]\) e strettamente crescente su \([0,+\infty)\).


Esercizio 14 — livello ★★★☆☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)=-|x| \]

è crescente, decrescente o non monotona su \(\mathbb R\). Determinare poi gli intervalli su cui è monotona.

Risultato

La funzione non è monotona su \(\mathbb R\). È strettamente crescente su \((-\infty,0]\) e strettamente decrescente su \([0,+\infty)\).

Svolgimento

La funzione è

\[ f(x)=-|x|. \]

Poiché

\[ |x|= \begin{cases} -x & \text{se } x<0,\\ x & \text{se } x\ge 0, \end{cases} \]

otteniamo

\[ -|x|= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ -x & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Studiamo prima la funzione su \((-\infty,0]\). In questo intervallo la funzione si comporta come

\[ f(x)=x. \]

Se \(x_1,x_2\in(-\infty,0]\) e

\[ x_1<x_2, \]

allora

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2. \]

Quindi dalla disuguaglianza \(x_1<x_2\) segue

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Dunque \(f\) è strettamente crescente su \((-\infty,0]\).

Studiamo ora la funzione su \([0,+\infty)\). In questo intervallo la funzione si comporta come

\[ f(x)=-x. \]

Se \(x_1,x_2\in[0,+\infty)\) e

\[ x_1<x_2, \]

allora, moltiplicando per \(-1\), otteniamo

\[ -x_1>-x_2. \]

Cioè

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

Dunque \(f\) è strettamente decrescente su \([0,+\infty)\).

La funzione non è monotona su tutto \(\mathbb R\). Infatti cresce fino a \(x=0\) e poi decresce.

Per vedere che non è crescente su tutto \(\mathbb R\), scegliamo

\[ x_1=0,\qquad x_2=1. \]

Si ha \(0<1\), ma

\[ f(0)=0>-1=f(1). \]

Questo contraddice la crescenza.

Per vedere che non è decrescente su tutto \(\mathbb R\), scegliamo

\[ x_1=-1,\qquad x_2=0. \]

Si ha \(-1<0\), ma

\[ f(-1)=-1<0=f(0). \]

Questo contraddice la decrescenza.

Pertanto \(f(x)=-|x|\) non è monotona su \(\mathbb R\), ma è strettamente crescente su \((-\infty,0]\) e strettamente decrescente su \([0,+\infty)\).


Esercizio 15 — livello ★★★★☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ 0 & \text{se } x\ge 0 \end{cases} \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione è crescente su \(\mathbb R\), ma non è strettamente crescente.

Svolgimento

La funzione è definita a tratti:

\[ f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ 0 & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Dobbiamo verificare che, per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\) con

\[ x_1<x_2, \]

valga

\[ f(x_1)\le f(x_2). \]

Consideriamo i possibili casi.

Primo caso: \(x_1<x_2<0\). In questo caso entrambi i punti sono negativi, quindi

\[ f(x_1)=x_1,\qquad f(x_2)=x_2. \]

Poiché \(x_1<x_2\), segue

\[ f(x_1)<f(x_2), \]

e quindi, in particolare,

\[ f(x_1)\le f(x_2). \]

Secondo caso: \(x_1<0\le x_2\). In questo caso

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=0. \]

Poiché \(x_1<0\), si ha

\[ f(x_1)=x_1<0=f(x_2). \]

Dunque anche in questo caso \(f(x_1)\le f(x_2)\).

Terzo caso: \(0\le x_1<x_2\). In questo caso entrambi i punti sono non negativi, quindi

\[ f(x_1)=0,\qquad f(x_2)=0. \]

Di conseguenza

\[ f(x_1)=f(x_2), \]

e quindi

\[ f(x_1)\le f(x_2). \]

In tutti i casi possibili abbiamo ottenuto

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\le f(x_2). \]

Per definizione, la funzione è crescente su \(\mathbb R\).

La funzione non è però strettamente crescente. Infatti, scegliendo

\[ x_1=1,\qquad x_2=2, \]

si ha \(x_1<x_2\), ma

\[ f(1)=0=f(2). \]

Quindi non vale \(f(x_1)<f(x_2)\) per ogni coppia \(x_1<x_2\). Pertanto la funzione è crescente, ma non strettamente crescente.


Esercizio 16 — livello ★★★★☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)= \begin{cases} 1 & \text{se } x<0,\\ -x & \text{se } x\ge 0 \end{cases} \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione è decrescente su \(\mathbb R\), ma non è strettamente decrescente.

Svolgimento

La funzione è definita a tratti:

\[ f(x)= \begin{cases} 1 & \text{se } x<0,\\ -x & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Per dimostrare che \(f\) è decrescente su \(\mathbb R\), dobbiamo verificare che, per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)\ge f(x_2). \]

Consideriamo tutti i casi possibili.

Primo caso: \(x_1<x_2<0\).

In questo caso entrambi i punti sono negativi. Quindi, per definizione della funzione,

\[ f(x_1)=1 \qquad \text{e} \qquad f(x_2)=1. \]

Pertanto

\[ f(x_1)=f(x_2), \]

e quindi, in particolare,

\[ f(x_1)\ge f(x_2). \]

Secondo caso: \(x_1<0\le x_2\).

In questo caso \(x_1\) è negativo, mentre \(x_2\) è non negativo. Quindi

\[ f(x_1)=1 \]

e

\[ f(x_2)=-x_2. \]

Poiché \(x_2\ge 0\), si ha

\[ -x_2\le 0. \]

Dunque

\[ f(x_2)\le 0. \]

Ma

\[ f(x_1)=1, \]

quindi certamente

\[ f(x_1)\ge f(x_2). \]

Terzo caso: \(0\le x_1<x_2\).

In questo caso entrambi i punti sono non negativi. Quindi la funzione è data da

\[ f(x)=-x. \]

Pertanto

\[ f(x_1)=-x_1 \qquad \text{e} \qquad f(x_2)=-x_2. \]

Dalla disuguaglianza

\[ x_1<x_2 \]

moltiplicando per \(-1\), il verso della disuguaglianza si inverte:

\[ -x_1>-x_2. \]

Cioè

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

In particolare, anche in questo caso vale

\[ f(x_1)\ge f(x_2). \]

In tutti i casi possibili abbiamo dimostrato che, se \(x_1<x_2\), allora

\[ f(x_1)\ge f(x_2). \]

Per definizione, \(f\) è quindi decrescente su \(\mathbb R\).

La funzione non è però strettamente decrescente. Infatti, scegliendo

\[ x_1=-2,\qquad x_2=-1, \]

si ha

\[ -2<-1, \]

ma, poiché entrambi i punti sono negativi,

\[ f(-2)=1 \qquad \text{e} \qquad f(-1)=1. \]

Quindi

\[ f(-2)=f(-1). \]

Per essere strettamente decrescente dovrebbe invece valere

\[ f(-2)>f(-1). \]

Questa condizione non è soddisfatta. Pertanto la funzione è decrescente su \(\mathbb R\), ma non è strettamente decrescente.


Esercizio 17 — livello ★★★★☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x\le 0,\\ x+1 & \text{se } x>0 \end{cases} \]

è crescente, decrescente, strettamente crescente o strettamente decrescente su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione è strettamente crescente su \(\mathbb R\). Di conseguenza, è anche crescente su \(\mathbb R\).

Svolgimento

La funzione è definita a tratti:

\[ f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x\le 0,\\ x+1 & \text{se } x>0. \end{cases} \]

Per dimostrare che \(f\) è strettamente crescente su \(\mathbb R\), dobbiamo verificare che, per ogni \(x_1,x_2\in\mathbb R\),

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)<f(x_2). \]

Consideriamo tutti i casi possibili.

Primo caso: \(x_1<x_2\le 0\).

In questo caso entrambi i punti appartengono al primo tratto della funzione. Quindi

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2. \]

Poiché \(x_1<x_2\), otteniamo direttamente

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Secondo caso: \(0<x_1<x_2\).

In questo caso entrambi i punti appartengono al secondo tratto della funzione. Quindi

\[ f(x_1)=x_1+1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2+1. \]

Dalla disuguaglianza \(x_1<x_2\), aggiungendo \(1\) a entrambi i membri, segue

\[ x_1+1<x_2+1. \]

Cioè

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Terzo caso: \(x_1\le 0<x_2\).

In questo caso \(x_1\) appartiene al primo tratto, mentre \(x_2\) appartiene al secondo. Quindi

\[ f(x_1)=x_1 \]

e

\[ f(x_2)=x_2+1. \]

Poiché \(x_1\le 0\) e \(x_2>0\), si ha

\[ x_1\le 0<x_2<x_2+1. \]

In particolare,

\[ x_1<x_2+1. \]

Cioè

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

In tutti i casi possibili abbiamo dimostrato che

\[ x_1<x_2 \implies f(x_1)<f(x_2). \]

Per definizione, la funzione è strettamente crescente su \(\mathbb R\).

Di conseguenza, è anche crescente su \(\mathbb R\).


Esercizio 18 — livello ★★★★☆

Stabilire se la funzione

\[ f:\mathbb R\to\mathbb R,\qquad f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ x-1 & \text{se } x\ge 0 \end{cases} \]

è crescente, decrescente o non monotona su \(\mathbb R\).

Risultato

La funzione è non monotona su \(\mathbb R\): non è né crescente né decrescente.

Svolgimento

La funzione è definita a tratti:

\[ f(x)= \begin{cases} x & \text{se } x<0,\\ x-1 & \text{se } x\ge 0. \end{cases} \]

Osserviamo che la funzione cresce su ciascuno dei due tratti considerati separatamente. Infatti, per \(x<0\) si ha \(f(x)=x\), mentre per \(x\ge 0\) si ha \(f(x)=x-1\).

Tuttavia questo non basta per concludere che la funzione sia crescente su tutto \(\mathbb R\). Bisogna controllare anche ciò che accade quando si passa da valori negativi a valori non negativi.

Per dimostrare che \(f\) non è crescente su \(\mathbb R\), troviamo due punti \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tali che

\[ x_1<x_2 \]

ma

\[ f(x_1)>f(x_2). \]

Scegliamo

\[ x_1=-\frac12,\qquad x_2=0. \]

Si ha

\[ -\frac12<0. \]

Calcoliamo i valori della funzione:

\[ f\left(-\frac12\right)=-\frac12, \]

perché \(-\frac12<0\), mentre

\[ f(0)=0-1=-1, \]

perché \(0\ge 0\).

Quindi

\[ f\left(-\frac12\right)=-\frac12>-1=f(0). \]

Abbiamo trovato due punti \(x_1<x_2\) tali che \(f(x_1)>f(x_2)\). Questo contraddice la definizione di funzione crescente. Dunque \(f\) non è crescente su \(\mathbb R\).

Per dimostrare che \(f\) non è decrescente su \(\mathbb R\), troviamo due punti \(x_1,x_2\in\mathbb R\) tali che

\[ x_1<x_2 \]

ma

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

Scegliamo

\[ x_1=1,\qquad x_2=2. \]

Si ha

\[ 1<2. \]

Poiché entrambi i punti sono non negativi, otteniamo

\[ f(1)=1-1=0 \]

e

\[ f(2)=2-1=1. \]

Quindi

\[ f(1)<f(2). \]

Questa coppia contraddice la definizione di funzione decrescente. Dunque \(f\) non è decrescente su \(\mathbb R\).

Poiché la funzione non è né crescente né decrescente su \(\mathbb R\), concludiamo che è non monotona su \(\mathbb R\).


Esercizio 19 — livello ★★★★☆

Dimostrare che ogni funzione strettamente crescente è iniettiva.

Risultato

Ogni funzione strettamente crescente è iniettiva.

Svolgimento

Sia

\[ f:X\to\mathbb R \]

una funzione strettamente crescente su un insieme \(X\subseteq\mathbb R\).

Vogliamo dimostrare che \(f\) è iniettiva. Per definizione, dobbiamo provare che elementi distinti del dominio hanno immagini distinte.

Prendiamo quindi due punti qualunque

\[ x_1,x_2\in X \]

tali che

\[ x_1\ne x_2. \]

Poiché \(x_1\) e \(x_2\) sono due numeri reali distinti, si verifica necessariamente una delle due possibilità:

\[ x_1<x_2 \]

oppure

\[ x_2<x_1. \]

Se \(x_1<x_2\), poiché \(f\) è strettamente crescente, otteniamo

\[ f(x_1)<f(x_2). \]

In particolare,

\[ f(x_1)\ne f(x_2). \]

Se invece \(x_2<x_1\), allora, sempre perché \(f\) è strettamente crescente, otteniamo

\[ f(x_2)<f(x_1). \]

Anche in questo caso segue

\[ f(x_1)\ne f(x_2). \]

In entrambi i casi, da \(x_1\ne x_2\) segue

\[ f(x_1)\ne f(x_2). \]

Per definizione, \(f\) è iniettiva.

Concludiamo quindi che ogni funzione strettamente crescente è iniettiva.


Esercizio 20 — livello ★★★★★

Stabilire se la seguente affermazione è vera o falsa:

\[ \text{Se una funzione è iniettiva, allora è monotona.} \]

In caso sia falsa, fornire un controesempio.

Risultato

L'affermazione è falsa. Esistono funzioni iniettive che non sono monotone.

Svolgimento

L'affermazione da esaminare è:

\[ \text{se una funzione è iniettiva, allora è monotona.} \]

Questa affermazione è falsa. Per dimostrarlo, è sufficiente costruire una funzione iniettiva che non sia né crescente né decrescente.

Consideriamo la funzione

\[ f:\{1,2,3\}\to\mathbb R \]

definita da

\[ f(1)=1,\qquad f(2)=3,\qquad f(3)=2. \]

Prima verifichiamo che \(f\) è iniettiva. I valori assunti dalla funzione sono

\[ 1,\qquad 3,\qquad 2. \]

Questi tre valori sono tutti distinti. Quindi elementi distinti del dominio hanno immagini distinte. Per definizione, \(f\) è iniettiva.

Verifichiamo ora che \(f\) non è crescente.

Se \(f\) fosse crescente, per ogni coppia \(x_1,x_2\in\{1,2,3\}\) con \(x_1<x_2\) dovrebbe valere

\[ f(x_1)\le f(x_2). \]

Scegliamo

\[ x_1=2,\qquad x_2=3. \]

Si ha

\[ 2<3, \]

ma

\[ f(2)=3>2=f(3). \]

Questa coppia contraddice la definizione di funzione crescente. Dunque \(f\) non è crescente.

Verifichiamo ora che \(f\) non è decrescente.

Se \(f\) fosse decrescente, per ogni coppia \(x_1,x_2\in\{1,2,3\}\) con \(x_1<x_2\) dovrebbe valere

\[ f(x_1)\ge f(x_2). \]

Scegliamo

\[ x_1=1,\qquad x_2=2. \]

Si ha

\[ 1<2, \]

ma

\[ f(1)=1<3=f(2). \]

Questa coppia contraddice la definizione di funzione decrescente. Dunque \(f\) non è decrescente.

La funzione è quindi iniettiva, ma non è monotona.

Questo controesempio mostra che l'iniettività non implica la monotonia. La stretta monotonia implica l'iniettività, ma il viceversa non è vero.


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