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“不等式恒成立问题”求解中的几个抓手

2023年09月25日

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  恒成立问题是高中数学中的一个热点,而不等式更是高考的重点,有人说不等式恒成立问题是高考的兴奋点,这不无道理.但此类问题解法灵活、综合性强,部分学生常感到无从下手,茫然不知所措,那么到底如何解决这类问题呢?实际上只要紧紧抓住这类问题求解中的几个抓手,求不等式恒成立问题就会迎刃而解.本文试对这类问题作一些归纳和总结,以飧读者.
  1.抓解集
  对于恒成立问题,不等式的解集虽是一把双刃剑,它常会导致把不等式的解集与恒成立混为一谈的错误,但如能搞清它们之间的联系与区别,就能把解集作为恒成立求解的突破口.
  例1 关于x的不等式x+(m+1)x+m<0在[0,9)上恒成立,求实数m的取值范围.
  解析:原不等式等价于(x+1)(x+m)<0,
  x≥0,即x<-m,
  x≥0.当m≥0时,不等式解集为空集;当m<0时,原不等式解集为[0,m2),当且仅当[0,9)[0,m2)且m<0时,原结论成立,即m2≥9且m<0,故m≤-3.
  2.抓主元
  在错综复杂的各种矛盾中,抓住了主要矛盾,就犹如抓住了一根主线,从而使次要矛盾迎刃而解.同样地在数学问题中,多变元的干扰,常会使学生思维的头绪,陷入众多繁复的岔道中,剪不清,理还乱,而如若分清主次,抓住主元,则犹如抓住一根主线,一目了然.
  例2 (2006•四川卷(文))已知函数f(x)=x3+3ax-1,g(x)=f′(x)-ax-5,其中f′(x)是f(x)的导函数,对满足-1≤a≤1的一切a的值,都有g(x)<0,求实数x的取值范围.
  解析:它表面上是一个给出参数a的范围,解不等式g(x)<0的问题,事实并非如此.现把以x为变量的函数g(x)=3x2-ax+3a-5,改为以a为变量的函数,即以变量a为主元,令φ(a)=(3-x)a+3x2-5(-1≤a≤1),则对-1≤a≤1,恒有g(x)<0,即φ(a)<0,从而转化为对-1≤a≤1,φ(a)<0恒成立问题,又由φ(a)是a的一次函数,问题就容易解决了,只需φ(1)<0,
  φ(-1)<0,即
  3x2-x-2<0,
  3x2+x-8<0,解方程组得-23  3.抓△
  二次不等式是不等式问题中一种最常见的题型,解决这类问题有很多方法,但万变不离其宗,其最根本的方法,还是利用二次式中的判别式△.
  例3 若不等式-x2+2mx-2m-1<0,x∈[0,1]恒成立,求m的范围.
  解析:不等式要求在x∈[0,1]时恒成立,所以△<0仅是一个充分条件.按判别式讨论,设f(x)=-x2+2mx-2m-1.
  (1)△<0时,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.抓分离
  由函数极值思想可得,f(x)≥a恒成立a≤f(x)min;f(x)≤a恒成立a≥f(x)max.由此,此类问题可化归为求函数最值或值域的 问题,利用这种方法,关键是将参数与未知数进行分离,因此叫分离参数法.
  例4 在△ABC中,已知f(B)=4sinBsin2(π4+B2)+cos2B,且|f(B)-m|<2恒成立,求实数m的取值范围.
  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年日本大学入学试题)已知两个函数f(x)=8x2+16x-k,g(x)=2x3+5x2+4x,其中k为实数.
  (1)若对任意的x∈[-3,3],都有f(x)≤g(x)成立,求k的取值范围;
  (2)若对任意的x1、x2∈[-3,3],都有f(x1)≤g(x2),求k的取值范围.
  解析:(1)令F(x)=g(x)-f(x)=2x3-3x2-12x+k,问题转化为F(x)≥0在x∈[-3,3]上恒成立,为此只需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)由题意可知,当x∈[-3,3]时,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,则120-k≤-21,解得k≥141.
  5.抓图形
  数缺形时少直观,形少数时难入微;数形结合百般好,隔裂分家万事非,在不等式恒成立问题中,如若一时难以找出突破口,常可联想到问题中涉及的函数图像,以形助数,也许会有意想不到的收获.
  例6 已知a>0且a≠1,f(x)=x2-ax,当x∈(-1,1)时,有f(x)<12,试求实数a的取值范围.
  解析:本题其实也是一个恒成立问题,即函数f(x)<12在区间x∈(-1,1)中恒成立.由f(x)=x2-ax<12得x2-121时,只有a≤2才能保证,而0  6.抓特征
  不等式恒成立问题和不等式能成立问题,两者形似质异,抓住它们的条件特征,有利于准确解题.
  例7 (2006全国卷Ⅱ文)设a∈R,二次函数f(x)=ax2-2x-2a.若f(x)>0的解集为A,B={x|1  解析:这是一个在不等式成立的前提下,求参数的范围问题.题目的要求与大部分见到的题并不相同,这类题目在试题中出现最多的是不等式恒成立的问题,而本题却是一个不等式能成立的问题,因为题目的条件是只要集合A,B的交集不是空集就可以,即只要不等式f(x)>0在区间(1,3)有解就可以,这等价于f(x)max>0,在x∈(1,3)成立.
  (1)当a<0时,因为f(x)的图像的对称轴1a<0,则对x∈(1,3),f(1)最大 ,f(x)max=f(1)=a-2-2a>0a<-2.
  (2)当a>0时,f(x)max=f(3)=7a-6>0a>67.于是,实数a的取值范围是(-∞,-2)∪(67,+∞).
  如果题目的条件不是A∩B≠
中国 ,而是BA,则就化为f(x)>0在区间(1,3)恒成立的问题了.


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