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「不等式恆成立問題」求解中的幾個抓手

2023年09月25日

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  恆成立問題是高中數學中的一個熱點,而不等式更是高考的重點,有人說不等式恆成立問題是高考的興奮點,這不無道理.但此類問題解法靈活、綜合性強,部分學生常感到無從下手,茫然不知所措,那麼到底如何解決這類問題呢?實際上只要緊緊抓住這類問題求解中的幾個抓手,求不等式恆成立問題就會迎刃而解.本文試對這類問題作一些歸納和總結,以飧讀者.
  1.抓解集
  對於恆成立問題,不等式的解集雖是一把雙刃劍,它常會導致把不等式的解集與恆成立混為一談的錯誤,但如能搞清它們之間的聯繫與區別,就能把解集作為恆成立求解的突破口.
  例1 關於x的不等式x+(m+1)x+m<0在[0,9)上恆成立,求實數m的取值範圍.
  解析:原不等式等價於(x+1)(x+m)<0,
  x≥0,即x<-m,
  x≥0.當m≥0時,不等式解集為空集;當m<0時,原不等式解集為[0,m2),若且唯若[0,9)[0,m2)且m<0時,原結論成立,即m2≥9且m<0,故m≤-3.
  2.抓主元
  在錯綜複雜的各種矛盾中,抓住了主要矛盾,就猶如抓住了一根主線,從而使次要矛盾迎刃而解.同樣地在數學問題中,多變元的干擾,常會使學生思維的頭緒,陷入眾多繁複的岔道中,剪不清,理還亂,而如若分清主次,抓住主元,則猶如抓住一根主線,一目了然.
  例2 (2006•四川卷(文))已知函數f(x)=x3+3ax-1,g(x)=f′(x)-ax-5,其中f′(x)是f(x)的導函數,對滿足-1≤a≤1的一切a的值,都有g(x)<0,求實數x的取值範圍.
  解析:它表面上是一個給出參數a的範圍,解不等式g(x)<0的問題,事實並非如此.現把以x為變量的函數g(x)=3x2-ax+3a-5,改為以a為變量的函數,即以變量a為主元,令φ(a)=(3-x)a+3x2-5(-1≤a≤1),則對-1≤a≤1,恆有g(x)<0,即φ(a)<0,從而轉化為對-1≤a≤1,φ(a)<0恆成立問題,又由φ(a)是a的一次函數,問題就容易解決了,只需φ(1)<0,
  φ(-1)<0,即
  3x2-x-2<0,
  3x2+x-8<0,解方程組得-23  3.抓△
  二次不等式是不等式問題中一種最常見的題型,解決這類問題有很多方法,但萬變不離其宗,其最根本的方法,還是利用二次式中的判別式△.
  例3 若不等式-x2+2mx-2m-1<0,x∈[0,1]恆成立,求m的範圍.
  解析:不等式要求在x∈[0,1]時恆成立,所以△<0僅是一個充分條件.按判別式討論,設f(x)=-x2+2mx-2m-1.
  (1)△<0時,可解得1-2  (2)(Ⅰ)△≥0
  f(0)<0
  m<0或(Ⅱ)△≥0
  f(1)<0
  m>1解得-12-12.
  4.抓分離
  由函數極值思想可得,f(x)≥a恆成立a≤f(x)min;f(x)≤a恆成立a≥f(x)max.由此,此類問題可化歸為求函數最值或值域的 問題,利用這種方法,關鍵是將參數與未知數進行分離,因此叫分離參數法.
  例4 在△ABC中,已知f(B)=4sinBsin2(π4+B2)+cos2B,且|f(B)-m|<2恆成立,求實數m的取值範圍.
  解析:由f(B)=2sinB[1-cos(π2+B)]+cos2B=2sinB+2sin2B+1-2sin2B=2sinB+1,∵0f(B)-2
  m  ∴m>1,
  m≤3,即m∈(1,3].
  例5 (2000年日本大學入學試題)已知兩個函數f(x)=8x2+16x-k,g(x)=2x3+5x2+4x,其中k為實數.
  (1)若對任意的x∈[-3,3],都有f(x)≤g(x)成立,求k的取值範圍;
  (2)若對任意的x1、x2∈[-3,3],都有f(x1)≤g(x2),求k的取值範圍.
  解析:(1)令F(x)=g(x)-f(x)=2x3-3x2-12x+k,問題轉化為F(x)≥0在x∈[-3,3]上恆成立,為此只需F(x)在[-3,3]上的最小值F(x)min≥0即可.∵F′(x)=6x2-6x-12=6(x2-x-2),由F′(x)=0得x=2或x=-1.∴F(-3)=k-45,F(3)=k-9,F(-1)=k+7,F(2)=k-20,∴F(x)min=k-45,由k-45≥0,解得k≥45.
  (2)由題意可知,當x∈[-3,3]時,都有f(x)max≤g(x)min.由F′(x)=16x+16=0得x=-1.∵f(-3)=24-k,f(-1)=-8-k,f(3)=120-k,∴f(x)max=120-k,又由g′(x)=6x2+10x+4=0,得x=-1或x=-23,∵g(-3)=-21,g(3)=111,g(-1)=-1,g(-23)=-2827,∴g(x)min=-21,則120-k≤-21,解得k≥141.
  5.抓圖形
  數缺形時少直觀,形少數時難入微;數形結合百般好,隔裂分家萬事非,在不等式恆成立問題中,如若一時難以找出突破口,常可聯想到問題中涉及的函數圖像,以形助數,也許會有意想不到的收穫.
  例6 已知a>0且a≠1,f(x)=x2-ax,當x∈(-1,1)時,有f(x)<12,試求實數a的取值範圍.
  解析:本題其實也是一個恆成立問題,即函數f(x)<12在區間x∈(-1,1)中恆成立.由f(x)=x2-ax<12得x2-121時,只有a≤2才能保證,而0  6.抓特徵
  不等式恆成立問題和不等式能成立問題,兩者形似質異,抓住它們的條件特徵,有利於準確解題.
  例7 (2006全國卷Ⅱ文)設a∈R,二次函數f(x)=ax2-2x-2a.若f(x)>0的解集為A,B={x|1  解析:這是一個在不等式成立的前提下,求參數的範圍問題.題目的要求與大部分見到的題並不相同,這類題目在試題中出現最多的是不等式恆成立的問題,而本題卻是一個不等式能成立的問題,因為題目的條件是只要集合A,B的交集不是空集就可以,即只要不等式f(x)>0在區間(1,3)有解就可以,這等價於f(x)max>0,在x∈(1,3)成立.
  (1)當a<0時,因為f(x)的圖像的對稱軸1a<0,則對x∈(1,3),f(1)最大 ,f(x)max=f(1)=a-2-2a>0a<-2.
  (2)當a>0時,f(x)max=f(3)=7a-6>0a>67.於是,實數a的取值範圍是(-∞,-2)∪(67,+∞).
  如果題目的條件不是A∩B≠
中國 ,而是BA,則就化為f(x)>0在區間(1,3)恆成立的問題了.


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