第一篇:高考數(shù)學(xué)不等式恒成立問題中的參數(shù)求解技巧
不等式恒成立問題中的參數(shù)求解技巧
在不等式中,有一類問題是求參數(shù)在什么范圍內(nèi)不等式恒成立。恒成立條件下不等式參數(shù)的取值范圍問題,涉及的知識(shí)面廣,綜合性強(qiáng),同時(shí)數(shù)學(xué)語言抽象,如何從題目中提取可借用的知識(shí)模塊往往捉摸不定,難以尋覓,是同學(xué)們學(xué)習(xí)的一個(gè)難點(diǎn),同時(shí)也是高考命題中的一個(gè)熱點(diǎn)。其方法大致有:①用一元二次方程根的判別式,②參數(shù)大于最大值或小于最小值,③變更主元利用函數(shù)與方程的思想求解。本文通過實(shí)例,從不同角度用常規(guī)方法歸納,供大家參考。
一、用一元二次方程根的判別式
有關(guān)含有參數(shù)的一元二次不等式問題,若能把不等式轉(zhuǎn)化成二次函數(shù)或二次方程,通過根的判別式或數(shù)形結(jié)合思想,可使問題得到順利解決。
2例1對(duì)于x∈R,不等式x?2x?3?m?0恒成立,求實(shí)數(shù)m的取值范圍。2解:不妨設(shè)f(x)?x?2x?3?m,其函數(shù)圖象是開口向上的拋物線,為了使f(x)?0(x?R),只需
22]。??0,即(?2)?4(3?m)?0,解得m?2?m?(??,2變形:若對(duì)于x∈R,不等式mx?2mx?3?0恒成立,求實(shí)數(shù)m的取值范圍。2f(x)?mx?2mx?3。①當(dāng)m=0時(shí),3>0,顯然成立。②當(dāng)m>0時(shí),此題需要對(duì)m的取值進(jìn)行討論,設(shè)
3)。則△<0?0?m?3。③當(dāng)m<0時(shí),顯然不等式不恒成立。由①②③知m?[0,的符號(hào)確定其拋物線的開口方向,再根據(jù)圖象與x軸的交點(diǎn)問題,由判別式進(jìn)行解決。
22f(x)?ax?bx?c,由aax?bx?c?0關(guān)鍵點(diǎn)撥:對(duì)于有關(guān)二次不等式(或<0)的問題,可設(shè)函數(shù)2f(x)?x?2kx?2,在x??1時(shí)恒有f(x)?k,求實(shí)數(shù)k的取值范圍。例2已知函數(shù)解:令F(x)?f(x)?k?x?2kx?2?k,則F(x)?0對(duì)一切x??1恒成立,而F(x)是開口向上的拋物
線。
2①當(dāng)圖象與x軸無交點(diǎn)滿足△<0,即??4k?4(2?k)?0,解得-2 ??)時(shí)F(x)?0,只需 ②當(dāng)圖象與x軸有交點(diǎn),且在x?[?1,????0?k??2或k?1????3?k??2?F(?1)?0??1?2k?2?k?0,??2k?k??1????1? ?2由①②知?3?k?1 ??)恒成立,構(gòu)造一個(gè)新函數(shù)F(x)?f(x)?k是解題的關(guān)鍵,再利關(guān)鍵點(diǎn)撥:為了使f(x)?k在x?[?1,用二次函數(shù)的圖象性質(zhì)進(jìn)行分類討論,使問題得到圓滿解決。 二、參數(shù)大于最大值或小于最小值 如果能夠?qū)?shù)分離出來,建立起明確的參數(shù)和變量x的關(guān)系,則可以利用函數(shù)的單調(diào)性求解。a?f(x)恒成立?a?f(x)max,即大于時(shí)大于函數(shù)f(x)值域的上界。a?f(x)恒成立?a?f(x)min,即小于時(shí)小于函數(shù)f(x)值域的下界。 2例3已知二次函數(shù)f(x)?ax?x,如果x∈[0,1]時(shí)|f(x)|?1,求實(shí)數(shù)a的取值范圍。2解:x∈[0,1]時(shí),|f(x)|?1??1?f(x)?1,即?1?ax?x?1 ①當(dāng)x=0時(shí),a∈R 2??ax??x?11111?2a?????22?ax??x?1(0,1]?xx的最大值。設(shè)xx②當(dāng)x∈時(shí),問題轉(zhuǎn)化為恒成,由恒成立,即求 111?11?1u(x)??2???????x?(0,1]?[1,??),u(x)x4。因x?x2?x為減函數(shù),所以當(dāng)x=1時(shí),u(x)max??2,可得a??2。 2211?11?11111v(x)???????a?2??24。因x2x?x2?x的最小值。設(shè)xxx由恒成立,即求 1x?(0,1]?[1,??),v(x)x為增函數(shù),所以當(dāng)x=1時(shí),v(x)min?0,可得a≤0。 由①②知?2?a?0。 ??)上的單調(diào)性。關(guān)鍵點(diǎn)撥:在閉區(qū)間[0,1]上使|f(x)|?1分離出a,然后討論關(guān)于x的二次函數(shù)在[1,lg2ax?1lg(a?x)例4若不等式在x∈[1,2]時(shí)恒成立,試求a的取值范圍。 ?x?1?解:由題設(shè)知?2ax?0,得a>0,可知a+x>1,所以lg(a?x)?0。原不等式變形為lg2ax?lg(a?x)。 2],可得2x?1?0 ?2ax?a?x,即(2x?1)a?x。又x?[1,?a? f(x)minx1?1?1?1???1?f(x)??1???2x?12?2x?1?恒成立。設(shè)2?2x?1?,在x∈[1,2]上為減函數(shù),可得222?f(2)?a?0?a?3。綜上知3,知3。 lg2ax?1lg(a?x)關(guān)鍵點(diǎn)撥:將參數(shù)a從不等式中分離出來是解決問題的關(guān)鍵。 xyxy??c??x?2y2x?y,對(duì)任意正數(shù)x、y恒成立?試?yán)?是否存在常數(shù)c使得不等式2x?yx?2y 證明你的結(jié)論。c? 解:首先,欲使xy?x?2y2x?y恒成立(x、y>0),進(jìn)行換元令 2b?a?x???x?2y?a?3,得???2x?y?b?y?2a?b ?3? c?。∴上述不等式變?yōu)?b?a2a?bc??ab,即1?2b?a2a?b?1?2b2a1?2b2a???????2???2?????3?ab?3?abb?恒成立。尋求3?a?的最小值,由a>0,b>0,利用基本?21?2b2a?1?2b2a???2????2??2????3bab?3??不等式可得3?a。c? 同理欲使?2x?y?axy??2x?yx?2y恒成立(x、y?0),令?x?2y?b,2a?b?x???3?1?2a?b2b?a??y?2b?ac?????3ab??,3?得∴上述不等式變?yōu)?/p> c? 即1?ba?1??ba??1??ba????2??2????4?????4??????3?ab?3??ab??。尋求3??ab??的最大值,易得1??ba??1?ba?22??4???4?2??????c?3??ab??3?ab?3使上述不等式恒成立 ??3。綜上知存在222 關(guān)鍵點(diǎn)撥:本題是兩邊夾的問題,利用基本不等式,右邊尋找最小值3,左邊尋找最大值3,可得c=3 三、變更主元 在解含參不等式時(shí),有時(shí)若能換一個(gè)角度,變參數(shù)為主元,可以得到意想不到的效果,使問題能更迅速地得到解決。 2例6若不等式2x?1?m(x?1),對(duì)滿足?2?m?2所有的x都成立,求x的取值范圍。 2m(x?1)?(2x?1)?0 解:原不等式可化為 2令f(m)?(x?1)m?(2x?1)(?2?m?2)是關(guān)于m的一次函數(shù)。 2??f(?2)??2(x?1)?(2x?1)?0?1?1?3?2?x??22 由題意知?f(2)?2(x?1)?(2x?1)?0解得 ??1?71?????22?? ∴x的取值范圍是? 關(guān)鍵點(diǎn)撥:利用函數(shù)思想,變換主元,通過直線方程的性質(zhì)求解。 f(a)?f(b)?0f(x)f(1)?1a?b例7已知是定義在[-1,1]上的奇函數(shù)且,若a、b∈[-1,1],a+b≠0,有。 (1)判斷函數(shù)f(x)在[-1,1]上是增函數(shù)還是減函數(shù)。 1?1???f?x???f?2x??2?2?。?(2)解不等式? 21]、a∈[-1,1]恒成立,求實(shí)數(shù)m的取值范圍。(3)若f(x)?m?2am?1對(duì)所有x?[?1,解:(1)設(shè)?1?x1?x2?1,則 f(x1)?f(x2)?f(x1)?f(?x2)?f(x1)?f(?x2)(x1?x2)?0x1?x2,可知f(x1)?f(x2),所以f(x)在[-1,1]上是增函數(shù)。 1??1?x??1?2?1???1?2x??12?11?x??2x??22(2)由f(x)在[-1,1]上是增函數(shù)知? 11??11x|??x?????x?42?? 42解得,故不等式的解集 (3)因?yàn)閒(x)在[-1,1]上是增函數(shù),所以f(x)?f(1)?1,即1是f(x)的最大值。依題意有m2?2am?1?1,對(duì)a∈[-1,1]恒成立,即m2?2am?0恒成立。 令g(a)??2ma?m2,它的圖象是一條線段,那么 2??g(?1)?m?2m?0??2?m?(??,?2]?{0}?[2,??)。?g(1)?m?2m?0 關(guān)鍵點(diǎn)撥:對(duì)于(1),抽象函數(shù)單調(diào)性的證明往往借助定義,利用拼湊條件,判斷差的符號(hào)。對(duì)于(2),后一步解不等式往往是上一步單調(diào)性的繼續(xù),通過單調(diào)性、函數(shù)值的大小轉(zhuǎn)化到自變量的大小上來。對(duì)于(3),2轉(zhuǎn)換視角變更主元,把m?2am?0看作關(guān)于a的一次函數(shù),即g(a)??2ma?m在a∈[-1,1]上大于等2 于0,利用g(a)是一條直線這一圖象特征,數(shù)形結(jié)合得關(guān)于m的不等式組,從而求得m的范圍。 含參不等式恒成立問題的求解策略 授課人:李毅軍 “含參不等式恒成立問題”把不等式、函數(shù)、三角、幾何等內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來,其以覆蓋知識(shí)點(diǎn)多,綜合性強(qiáng),解法靈活等特點(diǎn)而倍受高考、競賽命題者的青睞。另一方面,在解決這類問題的過程中涉及的“函數(shù)與方程”、“化歸與轉(zhuǎn)化”、“數(shù)形結(jié)合”、“分類討論”等數(shù)學(xué)思想對(duì)鍛煉學(xué)生的綜合解題能力,培養(yǎng)其思維的靈活性、創(chuàng)造性都有著獨(dú)到的作用。現(xiàn)就結(jié)合實(shí)例談?wù)勥@類問題的一般求解策略。 一、最值法 一般的,若函數(shù)f(x)在定義域?yàn)镈,則當(dāng)x∈D時(shí),有f(x)≥M恒成立?f(x)min≥M;f(x)≤M恒成立?f(x)max≤M。因而,含參數(shù)不等式的恒成立問題常根據(jù)不等式的結(jié)構(gòu)特征,恰當(dāng)?shù)貥?gòu)造函數(shù),等價(jià)轉(zhuǎn)化為含參數(shù)的函數(shù)的最值討論。 例1:已知a>0,函數(shù)f(x)=ax-bx2,當(dāng)b>1時(shí),證明:對(duì)任意x∈[0,1],|f(x)| ≤1的充要條件是b-1≤a≤2b。 二、分離參數(shù)法 例2:設(shè)f(x)=lg??1?2x???(n?1)x?nxa??n?,其中a是實(shí)數(shù),n是任意給定的自 ?然數(shù)且n≥2,若f(x)當(dāng)x∈???,1?時(shí)有意義,求a的取值范圍。 一般地,利用最值分離參數(shù)法來確定不等式f(x,?)≥0,(x∈D ?為實(shí)參數(shù))恒成立中參數(shù)取值范圍的基本步驟: (1)將參數(shù)與變量分離,即化為f1(?)≥f2(x)(或f2(?)≤f2(x))的形式;(2)求f2(x)在x∈D時(shí)的最大(或最?。┲?; (3)解不等式f1(?)≥f2max(x)(或≤f2min(x))得?的取值范圍。 練習(xí)1:已知定義在R上函數(shù)f(x)為奇函數(shù),且在?0,???上是增函數(shù),對(duì)于任意x∈R求實(shí)數(shù)m范圍,使f(cos2?-3)+f(4m-2mcos?)>0恒成立。 練習(xí)2:設(shè)0<a≤54,若滿足不等式|x-a|<b的一切實(shí)數(shù)x,亦滿足不等式| x-a 2| <12,求正實(shí)數(shù)b的取值范圍。 練習(xí)3:已知向量a=(x2,x+1),b=(1-x,t)。若函數(shù)f(x)=a·b在區(qū)間(-1,1)上是增函數(shù),求t的取值范圍。 三、數(shù)形結(jié)合 數(shù)學(xué)家華羅庚曾說過:“數(shù)缺形時(shí)少直觀,形缺數(shù)時(shí)難入微”,這充分說明了數(shù)形結(jié)合思想的妙處,在不等式恒成立的問題中它同樣起著重要作用。我們知道,函數(shù)圖象和不等式有著密切的聯(lián)系: 1.f(x)>g(x)?函數(shù)f(x)圖象恒在函數(shù)g(x)圖象上方; 2.f(x)<g(x)?函數(shù)f(x)圖象恒在函數(shù)g(x)圖象下方。 例3:若不等式3x2-logax<0在x∈??1??0,3??內(nèi)恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍。 練習(xí):設(shè)f(x)=?x2?4x,g(x)=43x+1-a,若恒有f(x)≤g(x)成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍。 四、主參換位法 某些含參不等式恒成立問題,在分離參數(shù)會(huì)遇到討論的麻煩或者即使能容易分離出參數(shù)與變量,但函數(shù)的最值卻難以求出時(shí),可考慮變換思維角度。即把變?cè)c參數(shù)換個(gè)位置,再結(jié)合其它知識(shí),往往會(huì)取得出奇制勝的效果。 例4:若對(duì)于任意a∈??1,1?,函數(shù)f(x)=x2(a-4)x+4-2a的值恒大于0,求x的取值范圍。 五、利用集合與集合間的關(guān)系 在給出的不等式中,若能解出已知取值范圍的變量,就可利用集合與集合之間的包含關(guān)系來求解,即:[m,n]?[f(a),g(a)],則f(a)≤m且g(a)≥n,不等式的解即為實(shí)數(shù)a的取值范圍。 例5:當(dāng)x∈??1??3,3??時(shí),|logax|<1恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍。 六、課后練習(xí) 1.已知函數(shù)f(x)=lg???x?ax?2???,若對(duì)任意x∈?2,???恒有f(x)>0,試確定a的取值 范圍。 2.若(x,y)滿足方程x2+(y-1)2=1,不等式x+y+c≥0恒成立,求實(shí)數(shù)c的取值范圍。 n??3.若不等式???1?1?n??≤e對(duì)任意的n∈N*都成立,其中e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù),求?的最大值。 4.定義在R上的單調(diào)函數(shù)f(x)滿足f(3)=log23且對(duì)任意x,y∈R都有f(x+y)=f(x)+f(y),(1)求證f(x)為奇函數(shù); (2)若f(k·3x)+f(3x-9x-2)<0對(duì)任意x∈R恒成立,求實(shí)數(shù)k的取值范圍。 專題三 含參數(shù)函數(shù)不等式恒成立問題 不等式問題是數(shù)學(xué)中的重要內(nèi)容之一,而含參數(shù)函數(shù)不等式恒成立問題又是重點(diǎn)中的難點(diǎn).這類問題既含參數(shù)又含變量,與多個(gè)知識(shí)有效交匯,有利于考查學(xué)生的綜合解題能力,檢驗(yàn)學(xué)生思維的靈活性與創(chuàng)造性,這正符合高考強(qiáng)調(diào)能力立意,強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)思想與方法的命題思想,因此恒成立問題成為近年來全國各地高考數(shù)學(xué)試題的一個(gè)熱點(diǎn). 模塊1 整理方法 提升能力 處理含參數(shù)函數(shù)不等式(一個(gè)未知數(shù))恒成立問題,從方法上,可考慮分離參數(shù)法或猜想最值法(必要條件法).如果使用分離參數(shù)法,則猜想是沒有作用的,對(duì)于難一點(diǎn)的分離參數(shù)法,可能要使用多次求導(dǎo)或洛必達(dá)法則.如果使用猜想法,則后續(xù)有3種可能:一是猜想沒有任何作用;二是利用猜想減少分類討論;三是在猜想的基礎(chǔ)上強(qiáng)化,從而得到答案.從改造的形式上,解答題優(yōu)先選擇一平一曲,可利用分離參數(shù)法轉(zhuǎn)化為一平一曲兩個(gè)函數(shù),也可以把函數(shù)化歸為一邊,考慮函數(shù)的圖象與軸的交點(diǎn)情況(本質(zhì)上也是一平一曲). 洛必達(dá)法則 如果當(dāng)(也可以是)時(shí),兩個(gè)函數(shù)和都趨向于零或都趨向于無窮大,那么極限可能存在,也可能不存在.如果存在,其極限值也不盡相同.我們稱這類極限為型或型不定式極限.對(duì)于這類極限,一般要用洛必達(dá)法則來求. 定理1:若函數(shù)和滿足條件: (1). (2)和在的某個(gè)去心鄰域內(nèi)可導(dǎo),且. (3)存在或?yàn)闊o窮大. 則有. 定理2:若函數(shù)和滿足條件: (1). (2)和在的某個(gè)去心鄰域內(nèi)可導(dǎo),且. (3)存在或?yàn)闊o窮大. 則有. 在定理1和定理2中,將分子、分母分別求導(dǎo)再求極限的方法稱為洛必達(dá)法則. 使用洛必達(dá)法則時(shí)需要注意: (1)必須是型或型不定式極限. (2)若還是型或型不定式極限,且函數(shù)和仍滿足定理中和所滿足的條件,則可繼續(xù)使用洛必達(dá)法則,即. (3)若無法判定的極限狀態(tài),或能判定它的極限振蕩而不存在,則洛必達(dá)法則失效,此時(shí),需要用其它方法計(jì)算. (4)可以把定理中的換為,,此時(shí)只要把定理中的條件作相應(yīng)的修改,定理仍然成立. 例1 已知函數(shù)(). (1)求在上的最小值; (2)若對(duì)恒成立,求正數(shù)的最大值. 【解析】(1)定義域?yàn)椋?/p> ①當(dāng)時(shí),函數(shù)在為增函數(shù),所以. ②當(dāng)時(shí),由可得,由可得,所以在上遞增,在上遞減.于是在上的最小值為或. (i)當(dāng),即時(shí),. (ii)當(dāng),即時(shí),. 綜上所述,當(dāng)時(shí),;當(dāng)時(shí),. (2)令,則對(duì)恒成立對(duì)恒成立. 法1:(分離參數(shù)法)當(dāng),不等式恒成立,于是對(duì)恒成立對(duì)恒成立. 令,則,令,則,所以在上遞增,于是,即,所以在上遞增. 由洛必達(dá)法則,可得,于是,所以正數(shù)的最大值為. 法2:(不猜想直接用最值法)構(gòu)造函數(shù),則. ①當(dāng),即時(shí),所以函數(shù)在上遞增,所以. ②當(dāng),即時(shí),由可得,所以函數(shù)在上遞減,于是在上,不合題意. 綜上所述,正數(shù)的最大值為. 法3:(先猜想并將猜想強(qiáng)化)由常用不等式()可得,即.當(dāng)時(shí),式子恒成立,當(dāng),有恒成立,而,所以. 下面證明可以取到,即證明不等式對(duì)恒成立.構(gòu)造函數(shù)(),則,所以函數(shù)在上遞增,所以,所以不等式對(duì)恒成立,所以正數(shù)的最大值為. 法4:(先猜想并將猜想強(qiáng)化)對(duì)恒成立,因?yàn)樗裕矗?/p> 下同法3. 法5:(先猜想并將猜想強(qiáng)化)當(dāng),不等式恒成立,于是對(duì)恒成立對(duì)恒成立.由洛必達(dá)法則,可得,于是. 下同法3. 【點(diǎn)評(píng)】法1(分離參數(shù)法)把恒成立問題轉(zhuǎn)化為求的最小值,法2(最值法)把恒成立問題轉(zhuǎn)化為求的最小值.由此可見最值法與分離參數(shù)法本質(zhì)上是相通的,其本質(zhì)都是把不等式恒成立問題轉(zhuǎn)化為求函數(shù)的最值問題,其區(qū)別在于所求的函數(shù)中是否含有參數(shù). 法3、法4和法5都是先求出必要條件,然后將必要條件進(jìn)行強(qiáng)化,需要解題的敏感度和判斷力.如果我們將這個(gè)必要條件與法2的最值法進(jìn)行結(jié)合,可減少法2的分類討論. 例2 設(shè)函數(shù). (1)求的單調(diào)區(qū)間; (2)若,為整數(shù),且當(dāng)時(shí),求的最大值. 【解析】(1). ①當(dāng)時(shí),在上恒成立,所以在上遞增. ②當(dāng)時(shí),由可得,由可得.所以在上遞減,在上遞增. (2)當(dāng)時(shí),所以,即在上恒成立. 法1:(分離參數(shù)法)在上恒成立在上恒成立.令,則,令,有在上恒成立,所以在上遞增(也可由(1)可知,函數(shù)在上遞增).而,所以在上有唯一根,所以當(dāng)時(shí),當(dāng)時(shí),于是在上遞減,在上遞增,所以在上的最小值為,因?yàn)椋?,于是,所以,所以的最大值為?/p> 法2:(不猜想直接用最值法)令,則,令可得. ①當(dāng),即時(shí),有在上恒成立,于是在上遞增,從而在上有,于是在上恒成立. ②當(dāng),即時(shí)(因?yàn)槭钦麛?shù),所以),可知當(dāng)時(shí),當(dāng)時(shí),于是在上的最小值是.令,則在上恒成立,所以在上單調(diào)遞減.而,.所以當(dāng)時(shí),有在上恒成立,當(dāng)時(shí),在上不恒成立. 綜上所述,的最大值為. 法3:(先猜想并將猜想強(qiáng)化)因?yàn)樵谏虾愠闪?,所以?dāng)時(shí),該式子也成立,于是,即.下證的最大值為. 令,則,由可得,由可得,所以在上遞減,在上遞增.所以,于是的最大值為. 【點(diǎn)評(píng)】由于是整數(shù),所以先猜想再將猜想強(qiáng)化是優(yōu)先采用的解題方法.如果將是整數(shù)這個(gè)條件去掉,則得到的必要條件既不能強(qiáng)化又不能減少分類討論,此時(shí)猜想將沒有任何作用,只能用法1的分離參數(shù)法和法2的最值法進(jìn)行求解. 例3 設(shè)函數(shù). (1)若,求的單調(diào)區(qū)間; (2)若當(dāng)時(shí),求的取值范圍. 【解析】(1)當(dāng)時(shí),.由可得,由可得.所以的遞增區(qū)間是,遞減區(qū)間是. (2)法1:(分離參數(shù)法)在上恒成立在上恒成立. 當(dāng)時(shí),式子顯然成立;當(dāng)時(shí),分離參數(shù)可得在上恒成立.令,則,令,可得,所以在上遞增,于是,即,所以在上遞增,于是,所以,所以在上遞增. 由洛必達(dá)法則,可得,所以在上有,所以. 法2:(不猜想直接用最值法),. ①當(dāng),即時(shí),有,所以在上遞增,所以,所以,所以在上遞增,所以. ②當(dāng),即時(shí),由可得時(shí),于是在上遞減,所以,所以,所以在上遞減,于是,于是不恒成立. 綜上所述,的取值范圍是. 法3:(先猜想并將猜想強(qiáng)化)當(dāng)時(shí),在上恒成立. 當(dāng)時(shí),在上恒成立在上恒成立.由洛必達(dá)法則,可得,所以.,所以在上遞增,所以,所以,所以在上遞增,所以. 【點(diǎn)評(píng)】對(duì)于恒成立問題,最值法與分離參數(shù)法是兩種最常用的方法.如果分離后的函數(shù)容易求最值,則選用分離參數(shù)法,否則選用最值法.最值法主要考查學(xué)生分類討論的思想,一般遵循“構(gòu)造函數(shù)——分類討論”兩部曲來展開.一些稍難的恒成立問題,如果用分離參數(shù)法來處理,往往需要多次求導(dǎo)和使用洛必達(dá)法則.本題中,法2的最值法比法1的分離參數(shù)法要簡單,這是因?yàn)樘幚淼淖钚≈狄忍幚淼淖钚≈狄菀祝?/p> 猜想最值法的模式是解決恒成立問題的重要模式,猜想的一般方法有:特殊值代入,不等式放縮,洛必達(dá)法則,端點(diǎn)效應(yīng). 模塊2 練習(xí)鞏固 整合提升 練習(xí)1:已知函數(shù). (1)求曲線在點(diǎn)處的切線方程; (2)求證:當(dāng)時(shí),; (3)設(shè)實(shí)數(shù)使得對(duì)恒成立,求的最大值. 【解析】(1),因?yàn)椋?,于是切線方程為. 【證明】(2)構(gòu)造函數(shù),.因?yàn)?,所以在上遞增,所以.于是當(dāng)時(shí),. 【解析】(3)法1:(不猜想直接用最值法)構(gòu)造函數(shù),則. ①當(dāng)時(shí),所以在上遞增,所以. ②當(dāng)時(shí),所以在上遞增,所以. ③當(dāng)時(shí),由可得,于是在上遞減,所以,于是在上不恒成立. 綜上所述,的最大值為. 法2:(先猜想并將猜想強(qiáng)化)由(2)可知,猜想的最大值為.下面證明當(dāng) 時(shí),在上不恒成立. 構(gòu)造函數(shù),則.當(dāng)時(shí),由可得,于是在上遞減,所以,于是在上不恒成立. 練習(xí)2:設(shè)函數(shù). (1)證明:在單調(diào)遞減,在單調(diào)遞增; (2)若對(duì)于任意、,都有,求的取值范圍. 【證明】(1),令,則,所以在上遞增,而,所以當(dāng)時(shí),當(dāng)時(shí),所以在單調(diào)遞減,在單調(diào)遞增. 【解析】(2)由(1)可知,在上遞減,在上遞增,所以,于是對(duì)于任意、,都有,即.構(gòu)造函數(shù),則,由可得,由可得,所以在上遞減,在上遞增.又因?yàn)?,所以的取值范圍是?/p> 練習(xí)3:已知函數(shù). (1)當(dāng)時(shí),求曲線在處的切線方程; (2)若當(dāng)時(shí),求的取值范圍. 【解析】(1)的定義域?yàn)椋?dāng)時(shí),,所以,.于是曲線在處的切線方程為. (2)法1:(分離參數(shù)法)當(dāng)時(shí),.令,則,令,則,于是在上遞增,所以,于是,從而在上遞增. 由洛必達(dá)法則,可得,于是.于是的取值范圍是. 法2:(不猜想直接用最值法). ①當(dāng),即時(shí),所以在上遞增,所以. ②當(dāng)時(shí),令,則,所以(即)在上遞增,于是. (i)若,即時(shí),于是在上遞增,于是. (ii)若,即時(shí),存在,使得當(dāng)時(shí),于是在上遞減,所以. 綜上所述,的取值范圍是. 法3:(變形后不猜想直接用最值法)當(dāng)時(shí),.令,則,記,則是以為對(duì)稱軸,開口方向向上的拋物線. ①當(dāng),即時(shí),所以,于是在上遞增,因此. ②當(dāng),即時(shí),的判別式為,于是有兩根,不妨設(shè)為、,且.由韋達(dá)定理可得,于是,所以,于是,當(dāng)時(shí),所以,于是在上遞減,即. 綜上所述,的取值范圍是. 法4:(通過猜想減少分類討論)當(dāng)時(shí),.因?yàn)椋?,即.,記,則是以為對(duì)稱軸,開口方向向上的拋物線.當(dāng)時(shí),所以,于是在上遞增,因此.所以的取值范圍是. 法5:(通過猜想減少分類討論)當(dāng)時(shí),.由洛必達(dá)法則,可得,于是. 下同法4. 練習(xí)4:已知函數(shù),曲線在點(diǎn)處的切線方程為. (1)求、的值; (2)如果當(dāng),且時(shí),求的取值范圍. 【解析】(1),因?yàn)?,所以,于?/p> . (2)法1:(分離參數(shù)法)由可得,令(且).,令,則,令,則,令,則. 當(dāng)時(shí),在上遞增,于是,即,所以在上遞減,于是,即,所以在上遞增,所以,于是,所以在上遞減. 當(dāng)時(shí),在上遞增,于是,即,所以在上遞增,于是,即,所以在上遞增,所以,于是,所以在上遞增. 由洛必達(dá)法則,可得,同理,所以當(dāng)且時(shí),有,于是. 法2:(不猜想直接用最值法)由(1)知,所以,考慮函數(shù),則,此時(shí)有.,令,當(dāng)時(shí),其判別式為. ①當(dāng)時(shí),所以,于是,于是在上遞減,而,所以當(dāng)時(shí),于是;當(dāng)時(shí),于是.所以當(dāng),且時(shí),即恒成立. ②當(dāng)時(shí),是開口方向向下,以為對(duì)稱軸,與軸有兩個(gè)交點(diǎn)的二次函數(shù).因?yàn)?,所以?dāng)時(shí),所以,于是在上遞增,所以.而時(shí),所以,于是不恒成立. ③當(dāng)時(shí),所以在上是增函數(shù),所以當(dāng)時(shí),而,所以,于是不恒成立. ④當(dāng)時(shí),是開口方向向上,以為對(duì)稱軸,與軸有兩個(gè)交點(diǎn)的二次函數(shù).因?yàn)?,所以在上恒成立,所以在上是增函?shù),以下同③,于是不恒成立. ⑤當(dāng)時(shí),是開口方向向上,以為對(duì)稱軸,與軸最多有一個(gè)交點(diǎn)的二次函數(shù),所以在上恒成立,所以在上是增函數(shù),以下同③,于是不恒成立. 綜上所述,的取值范圍為. 法3:(通過猜想減少分類討論)由(1)知,所以.因?yàn)?,所以?/p> 考慮函數(shù),則,此時(shí)有.,令,這是開口方向向下的拋物線,其判別式為. ①當(dāng)時(shí),所以,于是,于是在上遞減,而,所以當(dāng)時(shí),于是;當(dāng)時(shí),于是.所以當(dāng),且時(shí),即恒成立. ②當(dāng)時(shí),是開口方向向下,以為對(duì)稱軸,與軸有兩個(gè)交點(diǎn)的二次函數(shù).因?yàn)?,所以?dāng)時(shí),所以,于是在上遞增,所以.而時(shí),所以,于是不恒成立. 綜上所述,的取值范圍為. 法4:(通過猜想減少分類討論)由可得,由洛必達(dá)法則,可得,于是,所以. 下同法2,只需討論法2的①②③三種情況即可. 法5:(通過猜想減少分類討論)由可得,由洛必達(dá)法則,可得,所以. 下同法2,只需討論法2的①即可. 【點(diǎn)評(píng)】法1的分離參數(shù)法,利用了高階導(dǎo)數(shù)以及洛必達(dá)法則,減少了解題的技巧性.法2的最值法構(gòu)造了函數(shù),只需由在上恒成立,求出的取值范圍即可.但的表達(dá)式比較復(fù)雜,其復(fù)雜的根源在于前面帶有,直接求導(dǎo)只會(huì)讓式子變得更復(fù)雜,因此我們提取,讓變得“純粹”一點(diǎn).的正負(fù)取決于與的正負(fù),由此可找到的3個(gè)界:0、1、2,從而對(duì)的范圍作出不重不漏的劃分. 法3、法4和法5都是猜想最值法,分別通過特殊值代入和洛必達(dá)法則得到相應(yīng)的必要條件,有效縮小了參數(shù)的取值范圍,此時(shí)只需討論法2分類當(dāng)中的若干情況即可,減少了分類討論,從而降低題目的難度. 導(dǎo)數(shù)中恒成立存在問題+零點(diǎn)問題 探究1 已知函數(shù),其中?R.若對(duì)任意的x1,x2?[-1,1],都有,求實(shí)數(shù)的取值范圍; 探究2 已知函數(shù)的圖象在點(diǎn)A(1,f(1))處的切線與直線平行。 記函數(shù)恒成立,求c的取值范圍。 探究3 已知函數(shù).若,當(dāng)時(shí),關(guān)于的不等式恒成立,求實(shí)數(shù)的取值范圍(其中e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù),).探究4 已知函數(shù)滿足,且當(dāng)時(shí),當(dāng)時(shí),的最大值為. (1)求實(shí)數(shù)a的值; (2)設(shè),函數(shù),.若對(duì)任意,總存在,使,求實(shí)數(shù)b的取值范圍 探究5 .已知函數(shù)為常數(shù)). 若a<0,且對(duì)任意的.x [1,e],f(x)≥(a-2)x恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍. 探究6 已知函數(shù),其中e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù). (1)求函數(shù)在x1處的切線方程; (2)若存在,使得成立,其中為常數(shù),求證:; (3)若對(duì)任意的,不等式恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍. 探究7 已知函數(shù),.(1)若,則,滿足什么條件時(shí),曲線與在處總有相同的切線? (2)當(dāng)時(shí),求函數(shù)的單調(diào)減區(qū)間; (3)當(dāng)時(shí),若對(duì)任意的恒成立,求的取值的集合.探究8 已知函數(shù). (1)求函數(shù)在區(qū)間上的最小值; (2)令是函數(shù)圖象上任意兩點(diǎn),且滿足求實(shí)數(shù)的取值范圍; (3)若,使成立,求實(shí)數(shù)的最大值. 探究9 設(shè)函數(shù).若對(duì)任意的實(shí)數(shù),函數(shù)(為實(shí)常數(shù))的圖象與函數(shù)的圖象總相切于一個(gè)定點(diǎn).① 求與的值; ② 對(duì)上的任意實(shí)數(shù),都有,求實(shí)數(shù)的取值范圍.探究10 已知f(x)=x2+mx+1(m∈R),g(x)=ex. 若m∈(﹣1,0),設(shè)函數(shù),求證:對(duì)任意x1,x2∈[1,1﹣m],G(x1)<H(x2)恒成立. 1解答: “對(duì)任意的x1,x2?[-1,1],都有|f¢(x1)-f¢(x2)|£4”等價(jià)于“函數(shù)y=f ′(x),x?[-1,1]的最大值與最小值的差小于等于4”.對(duì)于f ′(x)=x2-2mx-1,對(duì)稱軸x=m.①當(dāng)m<-1時(shí),f ′(x)的最大值為f ′(1),最小值為f ′(-1),由 f ′(1)-f ′(-1)£4,即-4m£4,解得m31,舍去; ……………………………6分 ②當(dāng)-1£m£1時(shí),f ′(x)的最大值為f ′(1)或f ′(-1),最小值為f ′(m),由,即,解得-1£m£1; ………………………………8分 ③當(dāng)m>1時(shí),f ′(x)的最大值為f ′(-1),最小值為f ′(1),由 f ′(-1)-f ′(1)£4,即4m£4,解得m£1,舍去; 綜上,實(shí)數(shù)m的取值范圍是[-1,1].2:解答 3解答 4解答.(1)當(dāng)x∈(0,2)時(shí),由條件,當(dāng)x 4∈(-4,-2),的最大值為 4,所以的最大值為 1.……………………………………………………………2分 因?yàn)?,令,所以.…………………………?分 因?yàn)?,所以.?dāng)x∈(0,)時(shí),是增函數(shù); 當(dāng)x∈(,2)時(shí),;是減函數(shù). 則當(dāng)x =時(shí),取得最大值為.所以a = 1.……6分 (2)設(shè)在的值域?yàn)锳,在的值域?yàn)锽,則依題意知AB. 因?yàn)樵谏鲜菧p函數(shù),所以A = . 又,因?yàn)?,所以?/p> ① b 0時(shí),> 0,g(x)是增函數(shù),B = . 因?yàn)锳B,所以.解得. ② b 0時(shí),< 0,g(x)是減函數(shù),B = . 因?yàn)锳B,所以.. 由①,②知,或.…………………………………………… 5解答 6解答:(1)因?yàn)?,所以,故?/p> 所以函數(shù)在x1處的切線方程為,即. …… 2分 (2)由已知等式得. 記,則. …… 4分 假設(shè). ① 若,則,所以在上為單調(diào)增函數(shù). 又,所以,與矛盾. …… 6分 ② 若,記,則. 令,解得. 當(dāng)時(shí),在上為單調(diào)增函數(shù); 當(dāng)時(shí),在上為單調(diào)減函數(shù). 所以,所以,所以在上為單調(diào)增函數(shù). 又,所以,與矛盾. 綜合①②,假設(shè)不成立,所以. …… 9分 (3)由得. 記,則. ① 當(dāng)時(shí),因?yàn)椋?,所以在上為單調(diào)增函數(shù),所以,故原不等式恒成立. …… 12分 ② 法一: 當(dāng)時(shí),由(2)知,當(dāng)時(shí),為單調(diào)減函數(shù),所以,不合題意. 法二: 當(dāng)時(shí),一方面. 另一方面,. 所以,使,又在上為單調(diào)減函數(shù),所以當(dāng)時(shí),故在上為單調(diào)減函數(shù),所以,不合題意. 綜上,. …… 16分 7解答.解:(1),又,在處的切線方程為,……………2分 又,又,在處的切線方程為,所以當(dāng)且時(shí),曲線與在處總有相同的切線 ………4分 (2)由,,………7分 由,得,當(dāng)時(shí),函數(shù)的減區(qū)間為,; 當(dāng)時(shí),函數(shù)的減區(qū)間為; 當(dāng)時(shí),函數(shù)的減區(qū)間為,.………10分 (3)由,則,①當(dāng)時(shí),函數(shù)在單調(diào)遞增,又,時(shí),與函數(shù)矛盾,………12分 ②當(dāng)時(shí),;,函數(shù)在單調(diào)遞減;單調(diào)遞增,(Ⅰ)當(dāng)時(shí),又,與函數(shù)矛盾,(Ⅱ)當(dāng)時(shí),同理,與函數(shù)矛盾,(Ⅲ)當(dāng)時(shí),函數(shù)在單調(diào)遞減;單調(diào)遞增,故滿足題意.綜上所述,的取值的集合為.……………16分 8解答 【解析】試題分析:(1)先求導(dǎo)數(shù),再求導(dǎo)函數(shù)零點(diǎn),根據(jù)零點(diǎn)與定義區(qū)間位置關(guān)系分類討論函數(shù)單調(diào)性:當(dāng)時(shí),在上單調(diào)遞增,當(dāng)時(shí),在區(qū)間上為減函數(shù),在區(qū)間上為增函數(shù),最后根據(jù)單調(diào)性確定函數(shù)最小值(2)先轉(zhuǎn)化不等式不妨取,則,即恒成立,即在上單調(diào)遞增,然后利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)單調(diào)性:在恒成立.最后利用變量分離轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)函數(shù)最值,求參數(shù).(3)不等式有解問題與恒成立問題一樣,先利用變量分離轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)函數(shù)最值,的最大值,再利用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)的最值,這要用到二次求導(dǎo),才可確定函數(shù)單調(diào)性:在上單調(diào)遞增,進(jìn)而確定函數(shù)最值 試題解析:解(1),令,則,當(dāng)時(shí),在上單調(diào)遞增,的最小值為; 當(dāng)時(shí),在區(qū)間上為減函數(shù),在區(qū)間上為增函數(shù),的最小值為.綜上,當(dāng)時(shí),;當(dāng)時(shí),.(2),對(duì)于任意的,不妨取,則,則由可得,變形得恒成立,令,則在上單調(diào)遞增,故在恒成立,在恒成立.,當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)取,.(3),.,使得成立.令,則,令,則由 可得或(舍) 當(dāng)時(shí),則在上單調(diào)遞減; 當(dāng)時(shí),則在上單調(diào)遞增.在上恒成立.在上單調(diào)遞增.,即.實(shí)數(shù)的最大值為.9解 (2)①,設(shè)切點(diǎn)為,則切線的斜率為,據(jù)題意是與無關(guān)的常數(shù),故,切點(diǎn)為,……………6分 由點(diǎn)斜式得切線的方程為,即,故.…..………8分 ② 當(dāng)時(shí),對(duì)任意的,都有; 當(dāng)時(shí),對(duì)任意的,都有; 故對(duì)恒成立,或?qū)愠闪?而,設(shè)函數(shù).則對(duì)恒成立,或?qū)愠闪?,……………?0分,當(dāng)時(shí),,恒成立,所以在上遞增,故在上恒成立,符合題意..……...………12分 當(dāng)時(shí),令,得,令,得,故在上遞減,所以,而設(shè)函數(shù),則,恒成立,在上遞增,恒成立,在上遞增,恒成立,即,而,不合題意.綜上,知實(shí)數(shù)的取值范圍.………………16分 10解 (2)G(x)=,則G′(x)=﹣,對(duì)任意x1,x2∈[1,1﹣m],G(x1)<H(x2)恒成立,即證G(x)max≤H(x)min,∵x∈[1,1﹣m],∴G(x)在[1,1﹣m]遞增,G(x)max=G(1﹣m)=,∵H(x)在[1,1﹣m]遞減,H(x)min=H(1﹣m)=﹣(1﹣m)+,要證G(x)max≤H(x)min,即證≤﹣(1﹣m)+,即證4(2﹣m)≤e1﹣m[5﹣(1﹣m)],令1﹣m=t,則t∈(1,2),設(shè)r(x)=ex(5﹣x)﹣4(x+1),x∈[1,2],即r(x)=5ex﹣xex﹣4x﹣4,r′(x)=(4﹣x)ex﹣4≥2ex﹣4>0,∴r(x)在[1,2]遞增,∵r(1)=4e﹣8>0,∴ex(5﹣x)≥4(x+1),從而有﹣(1﹣m)+≥,即當(dāng)x∈[1,1﹣m],G(x1)<H(x2)恒成立. 函數(shù)和不等式結(jié)的恒成立問題的解法 “含參不等式恒成立問題”把不等式、函數(shù)、三角、幾何等內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來,其以覆蓋知識(shí)點(diǎn)多,綜合性強(qiáng),解法靈活等特點(diǎn)而倍受高考、競賽命題者的青睞。另一方面,在解決這類問題的過程中涉及的“函數(shù)與方程”、“化歸與轉(zhuǎn)化”、“數(shù)形結(jié)合”、“分類討論”等數(shù)學(xué)思想對(duì)鍛煉學(xué)生的綜合解題能力,培養(yǎng)其思維的靈活性、創(chuàng)造性都有著獨(dú)到的作用恒成立問題的基本類型: 一、判別式法 若所求問題可轉(zhuǎn)化為二次不等式,則可考慮應(yīng)用判別式法解題。一般地,對(duì)于二次函數(shù)f(x)?ax2?bx?c(a?0,x?R),有 1)f(x)?0對(duì)x?R恒成立???a?0; ???0?a?0x?R2)f(x)?0對(duì)恒成立??.??0?例1:若不等式(m?1)x2?(m?1)x?2?0的解集是R,求m的范圍。例2 設(shè)函數(shù)f(x)=mx-mx-1. (1)若對(duì)于一切實(shí)數(shù)x,f(x)<0恒成立,求m的取值范圍;(2)對(duì)于x∈[1,3],f(x)<-m+5恒成立,求m的取值范圍 二、最值法 將不等式恒成立問題轉(zhuǎn)化為求函數(shù)最值問題的一種處理方法,其一般類型有: 1)f(x)?a恒成立?a?f(x)min 2)f(x)?a恒成立?a?f(x)max 2例 1、若x???2,2?時(shí),不等式x?ax?3?a恒成立,求a的取值范圍。 例2.設(shè)f(x)?x2?2mx?2,當(dāng)x?[?1,??)時(shí),f(x)?m恒成立,求實(shí)數(shù)m的取值范圍。 x2?2x?a,x?[1,??),若對(duì)任意x?[1,??),f(x)?0恒成鞏固.已知函數(shù)f(x)?x立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍。 練習(xí)1:若不等式x2?2mx?2m?1?0對(duì)滿足x?[0,1]的取值范圍。的所有實(shí)數(shù)x都成立,求m練習(xí)2 已知f(x)?x2?ax?3?a,若x?[?2,2],f(x)?2恒成立,求a的取值范圍.三、分離變量法 若所給的不等式能通過恒等變形使參數(shù)與主元分離于不等式兩端,從而問題轉(zhuǎn)化為求主元函數(shù)的最值,進(jìn)而求出參數(shù)范圍。這種方法本質(zhì)也還是求最值,但它思路更清晰,操作性更強(qiáng)。一般地有: 1)f(x)?g(a)(a為參數(shù))恒成立?g(a)?f(x)max 2)f(x)?g(a)(a為參數(shù))恒成立?g(a)?f(x)max x2x例3.已知x????,1?時(shí),不等式1?2?a?a?4?0恒成立,求a的取值范圍。 ?? 鞏固 已知函數(shù)f(x)?ax?圍。 注:分離參數(shù)后,方向明確,思路清晰能使問題順利得到解決。 四、變換主元法 處理含參不等式恒成立的某些問題時(shí),若能適時(shí)的把主元變量和參數(shù)變量進(jìn)行“換位”思考,往往會(huì)使問題降次、簡化。 4x?x2,x?(0,4]時(shí)f(x)?0恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范例1.對(duì)任意a?[?1,1],不等式x2?(a?4)x?4?2a?0恒成立,求x的取值范圍。 22.若不等式2x?1?mx?1對(duì)滿足m?2的所有m都成立,求x的取值范圍。?? 四、數(shù)形結(jié)合法 數(shù)學(xué)家華羅庚曾說過:“數(shù)缺形時(shí)少直觀,形缺數(shù)時(shí)難入微”,這充分說明了數(shù)形結(jié)合思想的妙處,在不等式恒成立問題中它同樣起著重要作用。我們知道,函數(shù)圖象和不等式有著密切的聯(lián)系: 1)f(x)?g(x)?函數(shù)f(x)圖象恒在函數(shù)g(x)圖象上方; 2)f(x)?g(x)?函數(shù)f(x)圖象恒在函數(shù)g(x)圖象下上方。 例.設(shè)f(x)?的取值范圍.y?kx?3k的圖象位于函數(shù)f(x)例2 已知函數(shù)f(x)?|x2?4x?5|,若在區(qū)間[?1,5]上,?x2?4x , g(x)?4x?1?a,若恒有f(x)?g(x)成立,求實(shí)數(shù)a3的上方,求k的取值范圍.練習(xí)已知函數(shù)f(x)?|x2?4x?5|,若在區(qū)間[?1,5]上,y?k(x?3)2的圖象位于函數(shù)f(x)的上方,求k的取值范圍 由此可以看出,對(duì)于參數(shù)不能單獨(dú)放在一側(cè)的,可以利用函數(shù)圖象來解。利用函數(shù)圖象解題時(shí),思路是從邊界處(從相等處)開始形成的。綜合練習(xí);例6 已知f(x)是定義在[-1,1]上的奇函數(shù),且f(1)=1,若f(m)?f(n)?0m?nm,n?[?1,1],m?n?0時(shí),若f(x)?t2?2at?1對(duì)于所有的x?[?1,1],a?[?1,1]恒成立,求實(shí)數(shù)t的取值范圍.課后作業(yè): 若不等式|x?1|?|x?2|…a對(duì)任意x?R恒成立,則a的取值范圍是. 已知函數(shù)f(x)=1/a-1/x(a>0,x>0)(1)若f(x)在[m,n]上的值域是[m,n],求a的取值范圍,并求相應(yīng)的m,n的值(2)若f(x)≤2x在(0,+無窮大)上恒成立,求a的取值范圍第二篇:含參不等式恒成立問題的求解策略
第三篇:2020年高考數(shù)學(xué)尖子生輔導(dǎo)專題(文理通用)之專題03 含參數(shù)函數(shù)不等式恒成立問題-2020高考數(shù)學(xué)尖子生輔導(dǎo)專題
第四篇:高考數(shù)學(xué)導(dǎo)數(shù)專題講義二:恒成立
第五篇:高一數(shù)學(xué)函數(shù)和不等式中恒成立問題的教案