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函數(shù)與不等式

2013-12-29 00:00:00
數(shù)學教學通訊·初中版 2013年3期

(1)根據(jù)含參數(shù)不等式的解的情況或其他條件,確定參數(shù)的取值范圍問題,雖然在教材中沒有作專門介紹,但由于這類問題非常適合用于考查學生分析問題、解決問題的能力,所以在近幾年各地的試卷中均有所涉及.

(2)函數(shù)作為中學數(shù)學的主干知識,一直是高考的熱點問題,而導數(shù)是研究函數(shù)的重要工具,通過原函數(shù)的導函數(shù)把函數(shù)的單調性問題化歸為不等式問題,這種命題模式得到各地命題專家的青睞;雖然試題各不相同,但解決問題的思想方法基本相同,即以導數(shù)為橋梁,以不等式為工具研究函數(shù)的單調性及函數(shù)的其他性質.

(1)明確用分離變量的方法把問題化歸為求函數(shù)的最值問題是解決“求不等式中的參數(shù)范圍問題”最行之有效的方法.

(2)明確不等式是解決有關函數(shù)問題的最重要的工具,在解決有關函數(shù)的問題時千萬不要忘記它.

■ 設x,y∈(0,2),xy=2,且6-2x-y>a(2-x)(4-y)恒成立,求實數(shù)a的取值范圍.

破解思路 注意到從原不等式可以分離出參變量a,即原不等式等價于a<■,故問題就化歸為求二元函數(shù)F(x,y)=■的值域. 由于xy=2,所以還可以把求二元函數(shù)F(x,y)值域的問題轉化為求關于x的一元函數(shù)的值域問題.

經典答案 因為x,y∈(0,2),所以(2-x)(4-y)>0,6-2x-y>a(2-x)(4-y)?圳a<■?圳a<■?圳2a<■?圳2a<1+■?圳2a<1+■.

令f(x)=5-2x+■,由于x∈(0,2),且y=■∈(0,2),所以1x)=5-2x+■(1

■ 若已知函數(shù)f(x)=(1-2a)x3+(9a-4)x2+(5-12a)x+4a(a∈R)在區(qū)間[0,2]上的最大值是2,求a的取值范圍.

破解思路 (1)當a的值確定時, f(x)在區(qū)間[0,2]上的最大值也隨之確定,從理論上講,其最大值可以表示成關于a的函數(shù)h(a),解方程h(a)=2可得到a的值. 但這個想法有以下兩方面的不足:其一,求函數(shù)h(a)的解析式是一件很不容易的事,所以沒有可操作性;其二,照理可求出a值,而問題所要的結論是求a的取值范圍(“對于這個問題,元芳你怎么看?”),因此題目中可能還隱藏著其他“機關”(“此事必有蹊蹺!”).

(2)注意到函數(shù)f(x)在區(qū)間[0,2]上的最大值只可能在邊界點的函數(shù)值及在這個區(qū)間上的極值點的函數(shù)值中產生,因此必有f(0)≤2, f(2)≤2成立,由此可縮小“包圍圈”. 在操作過程中不必真的求出其最大值,只需在區(qū)間[0,2]上的極值點的函數(shù)值不大于2且可以取到2即可.

(3)若能發(fā)現(xiàn)“暗藏機關”:f(2)=2,則問題即化歸為“0≤x≤2時, f(x)≤f(2)恒成立,求實數(shù)a的取值范圍”. 運用分離變量法,把問題化歸為求函數(shù)的最值,是求解不等式中的參數(shù)范圍最常用的方法之一,所以我們要有運用分離變量法解決問題的“沖動”,而不是看到題目就想扔卷子的沖動.

經典答案 法1(分類討論,各個擊破):由已知,f(x)=(1-2a)x3+(9a-4)x2+(5-12a)x+4a(a∈R),所以可得f ′(x)=3(1-2a)x2+2(9a-4)x+(5-12a)=(x-1)[3(1-2a)?搖x-(5-12a)].

記t=■其中a≠■,由t=1可得a=■. 由題意可知f(0)=4a≤2,得a≤■. 又因為?坌a∈R, f(2)=2恒成立, f(1)=-a+2≤2得a≥0,所以0≤a≤■.

①當0≤a<■時,0<1

②當■≤a<■時,t≤0<1<2, f(x)是[0,1]上的減函數(shù),是[1,2]上的增函數(shù),所以f(x)在[0,2]上的最大值為max{f(0), f(2)}=2.

③當■

又因為f(t)=■+4a, f(t)<2?圳(5-12a)2(2-3a)<54(1-2a)3?圳9a<4. 由于■

④當a=■時, f(x)是[0,1]上的減函數(shù),是[1,2]上的增函數(shù),所以f(x)在[0,2]上的最大值為max{f(0), f(2)}=2成立.

⑤當a=■時, f ′(x)=(x-1)2≥0是[0,2]上的增函數(shù),所以f(x)在[0,2]上的最大值為f(2)=2.

由①②③④⑤可知a的取值范圍是0≤a≤■.

評注 這種解法的指導思想是分類討論思想,即把需要論證的問題分解成若干個小問題,然后各個擊破,故總的解題思路顯得很自然. 在操作過程中注意利用x=1是其中的一個極值點,邊界點的函數(shù)值f(0)≤2,先把a的取值范圍壓縮到0≤a≤■,但后面的論證過程顯得比較繁雜. 若能大膽猜想0≤a≤■就是a的取值范圍,則可據(jù)此對其論證過程作必要的修正,如通過改變主元的方法,簡化證明過程.

法2(大膽猜想,小心論證):根據(jù)題意可知f(0)=4a≤2,得a≤■. 又因為?坌a∈R, f(2)=2恒成立,由f(1)=-a+2≤2得a≥0,所以0≤a≤■. 下面證明:?坌x∈[0,2],?坌a∈0,■有f(x)≤f(2)=2恒成立.

由于f(x)=g(a)=(-2x3+9x2-12x+4)a+x3-4x2+5x,因此要證明:?坌a∈0,■,g(a)≤2恒成立,只需證明:g(0)≤2,g■≤2成立.

令h(x)=g(0)=x3-4x2+5x,易知h(x)是[0,1]和■,2上的增函數(shù),1,■上的減函數(shù),所以h(x)在[0,2]上的最大值為max{h(1),h(2)}=2,即?坌x∈[0,2],g(0)≤2成立.

令s(x)=g■=■(x-1)2+■,s(x)在[0,2]上的最大值為max{s(0),s(2)}=2,即?坌x∈[0,2],g■≤2成立.

綜上可得,g(0)≤2,g■≤2恒成立,故a的取值范圍是0≤a≤■.

評注 本解法的關鍵是能注意到f(2)=2,且x=1是函數(shù)的一個極值點,從而大膽猜想a的取值范圍是0≤a≤■,多數(shù)考生沒有這樣的直覺和膽識. 這種解法過程簡結,確實令人拍案叫絕,但其缺點也很明顯,即思路不是很自然.

法3(分離變量,再求最值):根據(jù)題意可知f(0)=4a≤2,得a≤■,又因為?坌a∈R, f(2)=2恒成立,函數(shù)f(x)在區(qū)間[0,2]上的最大值是2?圳0≤x≤2時, f(x)≤f(2)恒成立?圳0≤x≤2時,(x-2)[(-a)(2x2-5x+2)+x2-2x+1]≤0恒成立?圳0≤x<2時,(-a)(2x2-5x+2)+x2-2x+1≥0恒成立?圳0≤x<2時,a(2x2-5x+2)≤x2-2x+1恒成立?圳0≤x<■時,a≤■恒成立;且■LV9zcnULFHhgKcDMiRL8GZ2szT0gVaOLtv8OMpPhHIY=a≥■恒成立.

令g(x)=■0≤x<■,則可得g(x)=2-■-■■0≤x<■,其值域為(0,2],所以■=■的最小值為■,所以a≤■. 當■

評注 以函數(shù)的思想為指導,運用分離變量的方法求解參數(shù)的范圍,顯得思路自然,唯一要擔心的是實施分離變量后所得目標函數(shù)的最值能否順利求得. 注意到x=2是關于x的方程f(x)=f(2)的解,所以可以預見關于x的三次不等式f(x)≤f(2)必可化簡為關于x的二次不等式(可以消去因式x-2),因此上述擔心是多余的,用分離變量法便具有了可操作性.

1. 已知函數(shù)f(x)=ex-■-ax-1,當x≥■時,若關于x的不等式f(x)≥0恒成立,則實數(shù)a的最大值為_____.

2. 已知函數(shù)f(x)=lnx-■x+■-1,g(x)=x2-2bx+4. 當a=■時,若對任意x1∈(0,2),存在x2∈[1,2],使f(x1)≥g(x2),則實數(shù)b的取值范圍是______.

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