• 相等与不等的转化


    前言

    相等关系和不等关系是数学量之间的两种很重要的关系,他们都属于确定性的关系,这两种关系对应的数学刻画方式是等式和不等式;但是在高中数学题目中,有些表面上看是相等关系,我们可以转化为不等关系求变量的取值范围,有些是不等关系,却其实表达的是相等关系。

    不等变相等

    不等关系转化为相等关系,主要是由于函数性质[1]的介入和参与。

    例1已知(a^2leqslant 0),其实是告诉我们(a=0)。已知(sinxgeqslant 1),其实是告诉我们(sinx=1)

    例2已知((x+y-3)^2+3|x-y-1|=0),求(2x+y)的值;

    • 在初中阶段,常用的非负式子有二次式,二次根式,绝对值式;其实也就是分别考查(y=x^2geqslant 0)(y=sqrt{x}geqslant 0)(y=|x|geqslant 0)的非负性的应用,

    分析:由于((x+y-3)^2+3|x-y-1|=0)

    ((x+y-3)^2geqslant 0)(3|x-y-1|geqslant 0)

    则须满足条件(left{egin{array}{l}{x+y-3=0}\{x-y-1=0}end{array} ight.)

    从而求得(x=2)(y=1),则(2x+y=5)

    变式1:已知((x+y-3)^2+3(x-y-1)^2=0),求(2x+y)的值;

    变式2:已知(|x+y-3|+3|x-y-1|=0),求(2x+y)的值;

    变式3:已知((x+y-3)^2+sqrt{x-y-1}=0),求(2x+y)的值;

    变式4:已知(sqrt{x+y-3}+sqrt{x-y-1}=0),求(2x+y)的值;

    变式5:已知(sqrt{x+y-3}+3|x-y-1|=0),求(2x+y)的值;

    变式6:已知(|a-7|+sqrt{b-24}+(c-25)^2=0),求以(a,b,c)为三边的三角形面积。

    提示:(7,24,25)为勾股数,三角形为(Rt riangle)(S=84)

    例3求函数(f(x)=sqrt{1-x^2}+sqrt{x^2-1})的定义域;

    分析:由题目可知,(1-x^2geqslant 0)(x^2-1geqslant 0),故(x^2=1)

    解得(x=pm 1),故定义域为({-1,1})

    例4【2018宝鸡市二检文科理科第17题改编】已知函数(f(x)=4sinxsin(x+cfrac{pi}{3})),在(Delta ABC)中,角(A、B、C)的对边分别是(a、b、c)

    (1)、当(xin [0,cfrac{pi}{2}])时,求函数(f(x))的取值范围。

    分析:先将函数变形为正弦型函数(f(x)=2sin(2x-cfrac{pi}{6})+1),其中(xin [0,cfrac{pi}{2}])

    题目转化为正弦型函数在限定区间上的值域问题,常规题目,(f(x)in [0,3])

    (2)、若对任意的(xin R),都有(f(x)leq f(A)),求(A)的大小。

    分析:对任意的(xin R),都有(f(x)leq f(A)),则(f(A)geqslant f(x)_{max})

    (f(x)=2sin(2x-cfrac{pi}{6})+1,xin R),则(f(x)_{max}=3)

    (f(A)geqslant 3),又由于(f(A)=2sin(2A-cfrac{pi}{6})+1)

    故有(2sin(2A-cfrac{pi}{6})+1geqslant 3),即(sin(2A-cfrac{pi}{6})geqslant 1)

    又由正弦函数的值域范围【数学常识:已知(sinxgeqslant 1),其实是告诉我们(sinx=1)】可知,

    此时只能取(sin(2A-cfrac{pi}{6})=1),即(2A-cfrac{pi}{6}=cfrac{pi}{2}),故(A=cfrac{pi}{3})

    相等变不等

    相等关系转化为不等关系,主要是由于重要不等式[2]和均值不等式的引入和参与。

    例5已知(a,bin R^{+},a+b-ab+3=0),求:①、求(ab)的范围;②、求(a+b)的范围;

    分析:①、求(ab)的范围;

    由题目可知,(-3+ab=a+b),又由均值不等式可知(a+bgeqslant 2sqrt{ab})

    则有(ab-2sqrt{ab}-3geqslant 0),即((sqrt{ab})^2-2sqrt{ab}-3geqslant 0)

    分解因式得到,((sqrt{ab}+1)(sqrt{ab}-3) geqslant 0)

    解得(sqrt{ab}leqslant -1)(sqrt{ab}geqslant 3)

    (a,bin R^{+}),故 (sqrt{ab}geqslant 3) (当且仅当(a=b=3)取到等号)

    (sqrt{ab}geqslant 3)两边同时平方,得到(abgeqslant 9),即(abin [9,+infty))

    ②、求(a+b)的范围;

    分析:(ecause a+b+3=ab leq (cfrac{a+b}{2})^2,令t=a+b)

    则转化为(t^2-4t-12 ge 0),解得(t leq -2)(舍去) 或 $t ge 6 $

    (a+b ge 6 (当且仅当a=b=3取到等号))

    【评析】代数式中同时有(a+b)(ab)型,两元(a+b,ab)常常转化集中为一元(a+b)(ab),这样就好处理多了。

    例6

    细节处理

    恒成立中有些带等号,有些不带等号。有空再补充。


    1. 常见常用函数的性质:
      (y=x^2geqslant 0)(y=sqrt{x}geqslant 0)(y=|x|geqslant 0) ↩︎

    2. 重要不等式:(a^2+b^2geqslant 2ab)((a,bin R))
      均值不等式:(a+bgeqslant 2sqrt{ab})((a,bgeqslant 0)) ↩︎

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