• 不等式选讲习题


    【2017全国卷2文科理科第23题高考真题选修4-5不等式选讲】已知(a>0,b>0,a^3+b^3=2),求证:

    (1)((a+b)(a^5+b^5)ge 4)

    分析:证明过程当中你必然得想着,要设法用上已知的条件(a>0,b>0,a^3+b^3=2)

    所以可以这样

    ((a+b)(a^5+b^5)=a^6+b^6+ab^5+a^5b=(a^3+b^3)^2-2a^3b^3+ab^5+a^5b)

    (=4+ab(a^4-2a^2b^2+b^4)=4+ab(a^2-b^2)^2ge 4)

    当且仅当(a=b)时取到等号。命题得证。

    (2)(a+bleq 2)

    分析:(a+bleq 2Longleftrightarrow (a+b)^3leq 2^3),这样思考是为了用上已知条件。

    ((a+b)^3=a^3+3a^2b+3ab^2+b^3=2+3ab(a+b)leq 2+3 imes (cfrac{a+b}{2})^2 imes(a+b))

    (=2+3 imescfrac{(a+b)^3}{4})

    故,转化为(cfrac{1}{4}(a+b)^3leq 2),即((a+b)^3leq 8),故(a+bleq 2)。命题得证。

    【2017全国卷1文科理科第23题高考真题选修4-5不等式选讲】已知函数(f(x)=-x^2+ax+4)(g(x)=|x+1|+|x-1|)

    (1)当(a=1)时,求不等式(f(x)ge g(x))的解集。

    法1:零点分区间讨论法,我们先转化函数(g(x))为分段函数,分别令(x+1=0)(x-1=0),得到(x=-1)(x=1),这样这两个实数就把数轴分成了三段,分三类情况讨论如下

    (g(x)=egin{cases}-x-1-x+1,&xleq -1\x+1-x+1,&-1<x<1\x+1+x-1,&xge 1end{cases}),整理得到(g(x)=egin{cases}-2x,&xleq -1\2,&-1<x<1\2x,&xge 1end{cases})

    (a=1)时,(f(x)=-x^2+x+4),则(f(x)ge g(x))就等价转化为以下三个不等式组:

    (egin{cases}xleq -1\-x^2+x+4ge -2xend{cases})或者(egin{cases}-1< x< 1\-x^2+x+4ge 2end{cases})或者(egin{cases}xge 1\-x^2+x+4ge 2xend{cases})

    分别解得(xleq -1)(-1<x<1)(1leq xleq cfrac{sqrt{17}-1}{2}),求其并集得到原不等式的解集为([-1,cfrac{sqrt{17}-1}{2}])

    法2:分别作出两个函数的图像,再求得交点,有图像可以直观的看到原不等式的解集为([-1,cfrac{sqrt{17}-1}{2}])

    (2)若不等式(f(x)ge g(x))的解集包含([-1,1]),求(a)的取值范围。

    法1:数形结合法,函数(f(x)=-x^2+ax+4),对称轴为(x=cfrac{a}{2}),开口向下,由有图可知,要使得不等式(f(x)ge g(x))的解集包含([-1,1]),只需要满足条件(egin{cases}f(-1)ge 2\f(1)ge 2end{cases}),解得(egin{cases}aleq 1\age -1end{cases}),故(a)的取值范围为([-1,1])

    法2:转化为不等式恒成立求解,当(xin [-1,1])时,(g(x)=2),由题目可知,不等式(f(x)ge 2)的解集包含([-1,1]),即当(xin [-1,1])时,(f(x)ge 2)恒成立,即(-x^2+ax+2ge 0)恒成立,

    (h(x)=-x^2+ax+2),则只需满足条件(egin{cases}h(-1)ge 0\h(x)ge 0end{cases}),解得(-1leq a leq 1),故(a)的取值范围为([-1,1])

    法3:恒成立+分离参数法
    当转化得到(xin [-1,1])时,(f(x)ge 2)恒成立,即(-x^2+ax+2ge 0)恒成立,接下来准备分离参数:

    (1^。)(x=0)时,代入得到(2ge 0),即(ain R)

    (2^。)(x<0)时,由(axge x^2-2)分离参数得到(aleq cfrac{x^2-2}{x}=x-cfrac{2}{x}),令(h(x)=x-cfrac{2}{x})(h(x))在区间((-1,0))上单调递增,故(h(x)_{min} ightarrow h(-1)=1)(aleq 1)

    (3^。)(x>0)时,由(axge x^2-2)分离参数得到(age cfrac{x^2-2}{x}=x-cfrac{2}{x}),令(h(x)=x-cfrac{2}{x})(h(x))在区间((0,1))上单调递增,故(h(x)_{max} ightarrow h(1)=-1)(age -1)

    综上所述,由于三种情形下都要成立,故需要取其交集得到(a)的取值范围为([-1,1])

    求函数(g(x)=|x+1|+|x-1|)的最小值。

    法1:分段函数法,由上可知,(g(x)=egin{cases}-2x,&xleq -1\2,&-1<x<1\2x,&xge 1end{cases})

    在每一段上求其最小值,就得到整个定义域上的函数(g(x)_{min}=2)

    法2:图像法,作出函数(g(x))的图像,由图像可知,(g(x)_{min}=2)

    法3:绝对值不等式法,(g(x)=|x+1|+|x-1|ge |(x+1)-(x-1)|=2)

    当且仅当(-1leq xleq 1)时取等号。故(g(x)_{min}=2)

    法4:绝对值的几何意义法,如图所示

    由数轴图可知,当实数(x)所对应的点(C)位于点(A)(对应实数(-1))和(B)(对应实数(1))之间时 ,(|x+1|+|x-1|=|AC|+|BC|=|AB|=2)

    当实数(x)所对应的点(C)位于点(A)左侧,或者点(B)右侧时 ,(|x+1|+|x-1|=|AC|+|BC|>|AB|=2)

    故我们能直观的知道函数(g(x)=|x+1|+|x-1|)的最小值为(2)

    求函数(h(x)=|x+1|-|x-1|)的最值。

    法1:分段函数法,仿上例完成;(h(x)_{min}=-2;h(x)_{max}=2)

    法2:图像法,(h(x)_{min}=-2;h(x)_{max}=2)

    法3:绝对值不等式法,由于(||x+1|-|x-1||leq |(x+1)-(x-1)|=2),故(-2leq |x+1|-|x-1|leq 2);故(h(x)_{min}=-2;h(x)_{max}=2)

    【2017全国卷3文科理科第23题高考真题】已知函数(f(x)=|x+1|-|x-2|)

    (1)求不等式(f(x)ge 1)的解集;

    法1:分段函数法,仿照上面2017全国卷1文科理科第23题法1的解法,我们可以很容易得到分段函数(f(x)=egin{cases}-3,&x<-1\2x-1,&-1leq xleq 2\3&x>2end{cases}),这样不等式(f(x)ge 1)等价于以下三个不等式组:

    (egin{cases}x< -1\-3ge1end{cases})或者(egin{cases}-1leq xleq 2\2x-1ge 1end{cases})或者(egin{cases}x>2\3ge1end{cases})

    分别解得(xinvarnothing),或(1leq x leq 2),或(x>2),求并集得到解集(xin [1,+infty))

    法2:数形结合图像法,其中红色的是函数(f(x)=|x+1|-|x-2|)图像,蓝色的是函数(g(x)=1)的图像由图像可以直观看出解集为(xin [1,+infty))

    (2)若不等式(f(x)ge x^2-x+m)的解集非空,求(m)的取值范围;

    分析:已知不等式解集非空求参数范围类题目,我们常常转化为分离参数+能成立,比如先分离参数得到(mleq f(x)-x^2+x=h(x)),接下来想办法求新构造函数(h(x))的最大值就可以了。

    法1:【高考给定解法】(h(x)=f(x)-x^2+x=|x+1-|x-2|-x^2+xleq |x|+1+|x|-2-x^2+|x|=-(|x|-frac{3}{2})^2+cfrac{5}{4}leq cfrac{5}{4});且当(x=cfrac{3}{2})时,(|x+1|-|x-2|-x^2+x= cfrac{5}{4}),故(m)的取值范围是((-infty, cfrac{5}{4}])

    说明:本解法用到了放缩法,不太好掌握。

    法2:将(h(x))转化为分段函数求其最大值。

    (h(x)=f(x)-x^2+x=egin{cases}-x^2+x-3,&x<-1\-x^2+x+2x-1,&-1leq xleq 2\-x^2+x+3,&x>2 end{cases} =egin{cases}-(x-frac{1}{2})^2-frac{11}{4},&x<-1\ -(x-frac{3}{2})^2+frac{5}{4},&1leq xleq 2\-(x-frac{1}{2})^2+frac{13}{4},&x>2 end{cases})

    (h(x)_{max}=egin{cases}-3,&x<-1\ frac{5}{4},&1leq x leq 2\1,&x>2end{cases}),故在整个定义域上(h(x)_{max}=cfrac{5}{4})

    故要使得(mleq h(x))的解集非空,必须满足(mleq cfrac{5}{4}),即(m)的取值范围是((-infty, cfrac{5}{4}])

    【常用不等式】

    柯西不等式:((a^2+b^2)(c^2+d^2)ge (ac+bd)^2,a,b,c,din R)

    绝对值不等式:(||a|-|b||leq |a+b|leq |a|+|b|)

    已知(2^a+2^b=2^c),求(a+b-2c)的最大值。

    分析:(2^c=2^a+2^bge 2sqrt{2^acdot 2^b})

    (2^cge 2sqrt{2^{a+b}})

    (2^{2c}ge 2^2cdot 2^{a+b}=2^{2+a+b})

    (a+b-2cleq -2),当且仅当(a=b,c=a+1)时取到。

    ((a+b-2c)_{max}=-2)

    反思:本题目还可以考虑两边同除以(2^c) ,变形为(2^{a-c}+2^{b-c}=1)

    (1ge 2sqrt{2^{a-c}2^{b-c}}),即(1ge 2sqrt{2^{a+b-2c}})

    (1ge 2^2cdot 2^{a+b-2c}),即(2^{-2}ge 2^{a+b-2c})

    (a+b-2cleq 2c),其余同上法。

    【2018高考Ⅱ卷文科23题】设函数(f(x)=5-|x+a|-|x-2|)

    (1)当(a=1)时,求不等式(f(x)ge 0)的解集。

    分析:分区间讨论法,解集为([-2,3]),详解过程略。

    (2)若(f(x)leq 1),求(a)的取值范围。

    分析:本题目没有给定解集(D),却需要求参数(a)的取值范围,那我们可以这样想,

    对于未知解集(D)内的任意一个(x),必然满足(f(x)leq 1),即对解集(D)而言,不等式(f(x)leq 1)恒成立,

    (5-|x+a|-|x-2|leq 1)恒成立,即(|x+a|+|x-2|ge 4)恒成立,

    这样难点就转换为求((|x+a|+|x-2|)_{min})

    (|x+a|+|x-2|ge |(x+a)-(x-2)|=|a+2|)

    ((|x+a|+|x-2|)_{min}=|a+2|)

    (|a+2|ge 4),则(a+2ge 4)(a+2leq -4)

    解得(aleq -6)(age 2)

    (2x+3y+z=7),求(x^2+y^2+z^2)的最小值。

    分析:由柯西不等式可知,((x^2+y^2+z^2)cdot (2^2+3^2+1^2)ge (2cdot x+3cdot y+1cdot z)^2)

    当且仅当(cfrac{x}{2}=cfrac{y}{3}=cfrac{z}{1})时取到等号;

    (14(x^2+y^2+z^2)ge 49),即(x^2+y^2+z^2ge cfrac{49}{14})

    【2019届高三理科数学三轮模拟试题】已知函数(f(x)=|2x-4|+|x-3|)

    (1)求不等式(f(x)<8)的解集;

    提示:分区间讨论法,转化为分段函数不等式求解,解集((-3,1))

    (2)若(a>0)(b>0),且方程(f(x)=3a+2b)有且仅有一个实数根,求(cfrac{9}{2a+b}+cfrac{4}{a+b})的最小值;

    分析:由(1)可知,(f(x)=left{egin{array}{l}{-3x-1,xleqslant -2}\{x+7,-2<x<3}\{3x+1,xgeqslant 3}end{array} ight.)

    故函数(f(x))((-infty,-2))上单调递减,在([-2,+infty))上单调递增,

    由于方程(f(x)=3a+2b)有且仅有一个实数根,故可知(3a+2b=f(-2)=5)

    [备注:此时(3a+2b)理解为一个整体,比如(3a+2b=m),即方程(f(x)=m)有且仅有一个根,即函数(y=f(x))(y=m)仅有一个交点。]

    ((2a+b)+(a+b)=5),且(a>0)(b>0),求(cfrac{9}{2a+b}+cfrac{4}{a+b})的最小值;

    (cfrac{9}{2a+b}+cfrac{4}{a+b}=cfrac{1}{5}(cfrac{9}{2a+b}+cfrac{4}{a+b}) imes 5)(cfrac{1}{5}(cfrac{9}{2a+b}+cfrac{4}{a+b})[(2a+b)+(a+b)])

    (=cfrac{1}{5}(9+4+cfrac{9(a+b)}{2a+b}+cfrac{4(2a+b)}{a+b})geqslant cfrac{13}{5}+cfrac{1}{5} imes 2sqrt{frac{9(a+b)}{2a+b} imes frac{4(2a+b)}{a+b}})(=cfrac{13}{5}+cfrac{12}{5}=5)

    当且仅当(cfrac{9(a+b)}{2a+b}=cfrac{4(2a+b)}{a+b}),即(a=b=1)时取等号。

    (cfrac{9}{2a+b}+cfrac{4}{a+b})的最小值为(5).

    已知函数(f(x)=|x-2|)(g(x)=-|x+3|+m).

    (1).解关于(x)的不等式(f(x)+a-1>0(ain R))

    分析:不等式(f(x)+a-1>0),即(|x-2|+a-1>0),即(|x-2|>1-a)

    (a=1)时,解集为(x eq 2),即((-infty,2)cup(2,+infty))

    (a>1)时,解集为全体实数(R)

    (a<1)时,由(|x-2|>1-a)可得,(x-2>1-a)(x-2<a-1),则得到(x>3-a)(x<a+1)

    故解集为((-infty,a+1)cup(3-a,+infty))

    (2).若函数(f(x))的图象恒在函数(g(x))图象的上方,求(m)的取值范围.

    分析:(f(x))的图象恒在函数(g(x))图象的上方,即为(|x-2|>-|x+3|+m)对任意实数(x)恒成立,即(|x-2|+|x+3|>m)恒成立.

    又对任意实数(x)恒有(|x-2|+|x+3|geqslant |(x-2)-(x+3)|=5),于是得(m<5)

    (m)的取值范围是((-infty,5))

    【2020届宝鸡市质检1文数第23题】已知(f(x)=|ax-1|+|x+2|)

    (1).当(a=1)时,求不等式(f(x)geqslant 5)的解集;

    分析:用分区间讨论法,求解得到解集为({xmid xleqslant -3或xgeqslant 2}).

    (2).若(f(x)leqslant 3-x)的解集为(A)([-4,-2])是集合(A)的子集,求(a)的取值范围。

    分析:由题意可知,(f(x)leqslant 3-x)在区间([-4,-2])上恒成立,

    (|ax-1|-x-2leqslant 3-x)在区间([-4,-2])上恒成立,即(|ax-1|leqslant 5)在区间([-4,-2])上恒成立,

    (-4leqslant axleqslant 6)在区间([-4,-2])上恒成立,由于(xin [-4,-2])

    (left{egin{array}{l}{-4leqslant -4aleqslant 6}\{-4leqslant -2aleqslant 6}end{array} ight.quad)(left{egin{array}{l}{-cfrac{3}{2}leqslant aleqslant 1}\{-3leqslant aleqslant 2}end{array} ight.),解得即(-cfrac{3}{2}leqslant aleqslant 1)

    (a)的取值范围是([-cfrac{3}{2},1]).

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