• 转化为不等式能成立命题


    前言

    恒成立和能成立命题是高中数学中一个非常重要的知识点,考查频次很高,由于借助这个命题能很好的考查学生的知识理解掌握能力,还能考查学生遇到新问题时的转化化归能力,考查学生思维的灵活性,所以是高考命题人的最爱之一,需要引起学生的广泛关注。而且其涵盖的数学素材很广,一定要认真学习和掌握。

    能成立模型

    (Aleq f(x))在区间([m,n])上能成立[或有解],等价于(Aleq f(x)_{max})
    (Age f(x))在区间([m,n])上能成立[或有解],等价于(Age f(x)_{min})

    说明:同上,碰到具体题目可能需要我们进行相应的转化化归,才会变形为上述的形式。

    化归为能成立

    • ⒈存在性命题常常可以转化为能成立命题;

    例1存在实数(x)使得(x^2+6mx+9m<0)成立,求(m)的取值范围。

    分析:即二次不等式(x^2+6mx+9m<0)有解,

    (Delta=36m^2-36m>0),解得(m<0)或者(m>1)

    (min (-infty,0)cup(1,+infty))

    • ⒉以方程有解的形式给出的,或者给出了方程的解的范围的,又或者以方程成立的形式给出的都可以考虑转化为能成立命题;

    例2函数(f(x)=lnx+a),若方程(f'(x)=f(x))的根(x_0 <1),求实数(a)的取值范围。

    分析:方程即(cfrac{1}{x}=lnx+a),转化为方程(a=cfrac{1}{x}-lnx)(0< x <1)时有解,令(h(x)=cfrac{1}{x}-lnx,0< x <1)

    用导数求得其单调性,在((0,1))单调递减,值域为((1,+infty)),故实数(a)的取值范围为((1,+infty))

    • ⒊或方程解集、不等式解集不是空集;

    例3不等式(x^2 +ax-2ge 0)在区间([1,5])上有解,或不等式(x^2 +ax-2ge 0)在区间([1,5])上解集不是空集,

    分析:具体解法,见下。

    • ⒋函数有零点,或两个函数图像有交点

    例4方程(lnx=ax)((0,+infty))有解,即函数(y=lnx)和函数(y=ax)图像在((0,+infty))上有交点,利用数形结合求解;

    例5函数(f(x)=lnx-ax)((0,+infty))有零点,即函数(y=lnx)和函数(y=ax)图像在((0,+infty))上有交点,利用数形结合求解;

    • 5.函数存在单调区间

    例1【2019石家庄质检】【综合题目】已知函数(f(x)=lnx)(g(x)=cfrac{1}{2}ax^2+2x(a eq 0))

    ①若函数(h(x)=f(x)-g(x))存在单调递减区间,求(a)的取值范围;

    分析:(h(x)=lnx-cfrac{1}{2}ax^2-2x)(xin (0,+infty))

    所以(h'(x)=cfrac{1}{x}-ax-2),由于(h(x))((0,+infty))上存在单调递减区间,

    所以当(xin (0,+infty))时,(cfrac{1}{x}-ax-2<0)有解,[注意:转化为(h'(x)leqslant 0)是错误的]

    (a>cfrac{1}{x^2}-cfrac{2}{x})有解,设(G(x)=cfrac{1}{x^2}-cfrac{2}{x})

    所以只要(a>G(x)_{min})即可。

    (G(x)=cfrac{1}{x^2}-cfrac{2}{x}=(cfrac{1}{x}-1)^2-1),则(G(x)_{min}=-1)

    所以(a>-1),又由于(a eq 0)

    (a)的取值范围为((-1,0)cup(0,+infty))

    • ⒍ 以能成立形式给出;

    例7已知函数(f(x)=x^2 +ax-2≥0)在区间 ([1,5])上能成立,求参数(a)的取值范围。

    分析:分离参数得到,(a≥cfrac{2}{x}-x)在区间([1,5])上能成立, 转化为求新函数(cfrac{2}{x}-x)([1,5])上的最小值。

    (g(x)=cfrac{2}{x}-x,g(x)=cfrac{2}{x}-x)在区间 ([1,5])上单调递减,

    所以(g(x)_{min}=g(5)=-cfrac{23}{5},)所以(a≥-cfrac{23}{5})(a)的取值范围是([-cfrac{23}{5},+infty))

    • ⒏以不是单调函数形式给出;或函数在某区间上不单调给出;

    例8若函数(f(x)=x+alnx)不是单调函数,则实数(a)的取值范围是 【 】

    $A.[0,+infty)$ $B.(-infty,0]$ $C.(-infty,0)$ $D.(0,+infty)$

    分析:由题意知(x>0),又(f′(x)=1+cfrac{a}{x})

    要使函数(f(x)=x+alnx)不是单调函数,

    则需方程(f'(x)=1+cfrac{a}{x}=0)(x>0)上有解,

    即方程(a=-x)(x>0)上有解,

    又函数(g(x)=-x)(x>0)上的值域是((-infty,0)),故(ain(-infty,0))

    例9函数(f(x)=cfrac{1}{3}x^3-x^2+ax-5)在区间([-1,2])上不单调,则实数(a)的取值范围是_________。 ((-3,1))

    法1:补集思想,(f'(x)=x^2-2x+a)

    若函数(f(x))([-1,2])上单增,则(f'(x)=x^2-2x+age 0)恒成立,

    分离参数得到(age -x^2+2x)恒成立,在([-1,2])上求得函数(f(x)_{max}=1),故(age 1)

    若函数(f(x))([-1,2])上单减,则(f'(x)=x^2-2x+aleq 0)恒成立,

    分离参数得到(aleq -x^2+2x)恒成立,在([-1,2])上求得函数(f(x)_{min}=-3),故(aleq -3)

    故取其补集,当(-3< a <1)时,函数(f(x))在区间([-1,2])上不单调。

    法2:由题可知(f(x))不单调,则导函数(y=f'(x))在区间([-1,2])上至少有一个变号零点,

    当只有一个变号零点时,由(f'(-1)cdot f'(2)< 0)可得,(-3< a< 0)

    当有两个变号零点时,由(egin{cases}f'(-1)>0\f'(2)>0\ Delta >0end{cases}),解得(0< a <1)

    再验证,当(a=0)时,也满足题意,

    综上所述,实数(a)的取值范围是((-3,1))

    • ⒐以函数(f(x))存在单调区间的形式给出;

    例10【2019高三理科数学资料用题】【2018荆州模拟改编】设函数(f(x)=cfrac{1}{3}x^3-cfrac{a}{2}x^2+1),函数(g(x)=f(x)+2x),且(g(x))在区间((-2,-1))内存在单调递减区间,求实数(a)的取值范围;

    分析:(g(x)=cfrac{1}{3}x^3-cfrac{a}{2}x^2+1+2x),则(g'(x)=x^2-ax+2)

    (g(x))在区间((-2,-1))内存在单调递减区间,得到,

    (g'(x)=x^2-ax+2<0)在区间((-2,-1))上能成立,

    分离参数得到,(a < x+cfrac{2}{x})在区间((-2,-1))上能成立,

    (left(x+cfrac{2}{x} ight)_{max}=-2sqrt{2}),当且仅当(x=cfrac{2}{x}),即(x=-sqrt{2})时取到等号,

    故实数(a)的取值范围为((-infty,-2sqrt{2}))

    注意:存在单调递减区间,应该得到(f'(x)<0)能成立,而不是(f'(x)leq 0)能成立。

    (a=-2sqrt{2}),由(g'(x)=x^2+2sqrt{2}x+2=(x+sqrt{2})^2ge 0)恒成立,

    则函数(g(x))只能有单调递增区间,不会存在单调递减区间。

    • ⒑以存在性命题形式给出;

    例11(exists x_0in [1,5]),使得不等式(x^2 +ax-2ge 0)成立。

    分析:具体解法,见上。

    • ⒒ 以至多至少型命题形式给出;

    例12不等式(x^2 +ax-2ge 0)在区间 [1,5]上至少有一个解。

    分析:具体解法,见上。

    • ⒓ 以新定义的形式给出;

    例13定义:如果在(y=f(x))定义域内的给定区间([a,b])上存在(x_0(a<x_0<b)),满足(f(x_0)=cfrac{f(b)-f(a)}{b-a}),则称函数(y=f(x))([a,b])上的“平均值函数”,(x_0)是它的一个均值点,如(y=x^4)([-1,1])上的平均值函数,(0)是它的均值点,现有函数(f(x)=-x^2+mx+1)([-1,1])上的平均值函数,则实数(m)的取值范围是________________。

    分析:由题意可知,存在(x_0in (-1,1)),使得(f(x_0)=cfrac{f(1)-f(-1)}{1-(-1)})

    化简得到,(f(x_0)=m)有解,即(-x_0^2+mx_0+1=m)

    ((x_0-1)m=x_0^2-1),由于(x_0-1 eq 0),故转化为(m=x_0+1)(x_0in(-1,1))上有解,

    即需要求函数(y=x_0+1)的值域,而(x_0+1in (0,2)),故(min (0,2)).

    转化以后

    如果能,转化为(Age f(x))恒成立,则需要求函数(f(x))的最值,函数如果形式简单,不用导数法,如果复杂,需要用导数法;如果不能,

    • 再考虑数形结合,即左右两端的函数中,有一个带有参数,考虑其几何意义。

    注意事项

    1、有恒字的不一定是恒成立命题,如两个函数图像恒有交点,即两个函数图像至少有一个交点,其实是能成立命题。没有恒字的不一定不是恒成立命题。

    2、不等式无解应该等价转化为不等式恒成立。比如,(f(x)< x)(R)上无解,即意味着不等式(f(x)< x)的解集为(xin varnothing),那么不等式(f(x)ge x)(R)上应该是恒成立的,即不等式(f(x)ge x)的解集为(xin R)

    引例,比如不等式(e^x< x)无解,即不等式(e^xge x)的解集为(xin R),即(xin R)时,不等式(e^x > x)恒成立。

    3、注意细节上的变化

    (Aleq f(x))在区间((m,n))上恒成立,等价于(Aleq f(x)_{min})或最小值的极限。

    (A< f(x))在区间((m,n))上恒成立,等价于(Aleq f(x)_{min})或最小值的极限。

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