廣東省汕頭市澄海華僑中學 (515800) 潘敬貞 山東省濱州市鄒平縣黃山中學 (256200) 韓景崗 廣東省佛山市實驗學校高中部 (528000) 袁錦前
函數(shù)不等式問題一直是高考考查的熱點與難點問題,常以壓軸題形式出現(xiàn).已知不等式求參數(shù)范圍問題是函數(shù)不等式問題中的典型問題之一,該類問題的求解對分析問題能力、轉(zhuǎn)化與劃歸能力、代數(shù)變形能力、分類討論能力、推理論證能力、運算求解能力等數(shù)學綜合能力的要求比較高,主要考查數(shù)學抽象、邏輯推理、直觀想象、數(shù)學運算等數(shù)學核心素養(yǎng).因此,該類題一直是多年高考得分率比較低的題目,也是教學中的難點問題.
以微專題的形式,對函數(shù)不等式問題中的“已知不等式求參數(shù)范圍問題”進行深入研究,并將其合理分類.對每一類問題都要做到明晰問題對象,理清求解思路,掌握解答程序等,可有效攻破這類難題的教學,提升學生解答這類問題的能力,提高他們的提高得分率,最終達到提高備考效益.本文主要針對近幾年高考
考查函數(shù)與導數(shù)解答題中有關(guān)“已知不等式求參數(shù)范圍問題”進行分類,并且對每一類問題結(jié)合實例給出一般求法.
該類問題的求解,首先要討論函數(shù)的單調(diào)性,從而得出函數(shù)的最值,最后直接解與函數(shù)最值有關(guān)的不等式即可求出參數(shù)的取值范圍.該類問題主要考查分類討論能力、代數(shù)變形能力、推理論證能力、運算求解能力等,主要考查數(shù)學抽象、邏輯推理、直觀想象、數(shù)學運算等數(shù)學核心素養(yǎng).
例1 (2017全國Ⅰ卷文21)已知函數(shù)f(x)=ex(ex-a)-a2x.(1)討論f(x)的單調(diào)性;(2)若f(x)≥0,求a的取值范圍.
該類問題的求解是通過討論函數(shù)單調(diào)性并得出函數(shù)的最值之后,在解與函數(shù)最值有關(guān)的不等式時,由于所得超越不等式無法直接求出參數(shù)的取值范圍,因此需要進一步構(gòu)造新函數(shù),研究新函數(shù)的單調(diào)性以及函數(shù)的“卡點”,最后得出參數(shù)的取值范圍.該類問題較上一類問題,試題難度有進一步提高,解題長度進一步拉長,對解題能力提出了更高的要求.
例2 (2015全國Ⅱ卷文21)已知函數(shù)f(x)=lnx+a(1-x).(1)討論f(x)的單調(diào)性;(2)當f(x)有最大值,且最大值大于2a-2時,求a的取值范圍.
評注:本題的第(2)問先通過討論函數(shù)單調(diào)性求得函數(shù)f(x)的最大值為-lna+a-1,進而根據(jù)題意得不等式lna+a-1<0,由于該不等式無法直接求出解,于是構(gòu)造新函數(shù)即令g(a)=lna+a-1,并確定函數(shù)g(a)的單調(diào)性以及函數(shù)g(a)的“卡點”即g(1)=0,最后得出參數(shù)a的取值范圍.
該類問題綜合性更強,問題的求解主要通過討論函數(shù)單調(diào)性,結(jié)合函數(shù)的極值、端點值,綜合分析判斷函數(shù)符號,最后得出參數(shù)的取值范圍.該類問題的求解不僅要有較強的分類討論能力、代數(shù)變形能力、推理論證能力、運算求解能力,還要有敏銳的洞察力和較高的分析問題能力、轉(zhuǎn)化與劃歸能力等.
例3(2010新課標卷文理21)設(shè)函數(shù)f(x)=x(ex-1)-ax2.(1)略;(2)若當x≥0時f(x)≥0,求a的取值范圍.
解:(2)因為f(x)=x(ex-1-ax).令g(x)=ex-1-ax,則g′(x)=ex-a.若a≤1,則當x∈(0,+∞)時,g′(x)>0,g(x)為增函數(shù),而g(0)=0,從而當x≥0時g(x)≥0,即f(x)≥0.若a>1,則當x∈(0,lna)時,g′(x)<0,g(x)為減函數(shù),而g(0)=0,從而當x∈(0,lna)時g(x)<0,即f(x)<0,不滿足當x≥0時f(x)≥0.
綜上所述,a的取值范圍為(-∞,1].
評注:本題的第(2)問,先通提公因式得f(x)=x(ex-1-ax),又由于x≥0,所以令g(x)=ex-1-ax,此時將問題轉(zhuǎn)化為研究:“當x≥0時g(x)≥0,求a的取值范圍”的問題(這一步對降低解答難度、簡化求解過程起到十分重要的作用).通過對函數(shù)g(x)得出,當a≤1時函數(shù)g(x)在(1,+∞)上為增函數(shù),又g(1)=0,所以當x≥0時g(x)≥0,即f(x)≥0.當a>1時得出函數(shù)g(x)在(0,lna)上為減函數(shù),而g(0)=0,從而當x∈(0,lna)時g(x)<0,即f(x)<0,不滿足當x≥0時f(x)≥0.最后即可得出參數(shù)a的取值范圍.
例4(2016年全國II卷文21)已知函數(shù)f(x)=(x+1)lnx-a(x-1).(1)略;(2)若當x∈(1,+∞)時,f(x)>0,求a的取值范圍.
評注:本題的第(2)問解答思路與例3的解答思路基本相同,關(guān)鍵是討論函數(shù)單調(diào)性以及考慮函數(shù)端點值,結(jié)合不等式即可得出參數(shù)a的取值范圍.
例5(2019全國Ⅰ文20)已知函數(shù)f(x)=2sinx-xcosx-x,f′(x)為f(x)的導數(shù).(1)證明:f′(x)在區(qū)間(0,π)存在唯一零點;(2)若x∈[0,π]時,f(x)≥ax,求a的取值范圍.
(2)由題設(shè)知f(π)≥aπ,f(π)=0可得a≤0.由(1)知,f′(x)在(0,π)上只有一個零點,設(shè)為x0,且當x∈(0,x0)時,f′(x)>0;當x∈(x0,π)時,f′(x)<0,所以f(x)在(0,x0)上單調(diào)遞增,在(x0,π)上單調(diào)遞減.又f(0)=0,f(π)=0,所以當時,f(x)≥0.又當a≤0,x∈[0,π]時,ax≤0,故f(x)≥ax.因此,a的取值范圍是(-∞,0].
評注:本題的第(2)問,由題設(shè)知f(π)≥aπ,f(π)=0可得a≤0(這一步是降低本小題解答難度的關(guān)鍵),再結(jié)合第(1)問得函數(shù)f(x)在區(qū)間(0,π)上存在唯一極大值,又f(0)=0,f(π)=0,因此可得出參數(shù)a的取值范圍.
解:(2)①當x=0時,不等式為1≥1,顯然成立,符合題意;②當x>0時,分離參數(shù)得a≥
評注:本題的求解首先討論x=0的情況,然后分離參數(shù),構(gòu)造新函數(shù)g(x)并求其最小值即可求出參數(shù)范圍,思路清晰,考生也容易想到,但在求g(x)最小值的過程中遇到幾點挑戰(zhàn):挑戰(zhàn)之一是對g(x)求導后對函數(shù)g′(x)的分子進行因式分解;挑戰(zhàn)之二是對函數(shù)g′(x)的分子中的因子符號進行判斷并說明理由,在此過程中還用到了二次求導等,這兩點問題對學生的運算求解能力、邏輯推理能力提出了極高的要求,也是眾多學生的極大挑戰(zhàn),明知如何解而又不敢解或無法成功求解,這是無數(shù)學生心中的痛.
1.已知函數(shù)f(x)=ax2+(a-2)x-lnx,(a∈R).(1)討論f(x)的單調(diào)性;(2)若f(x)≥0,求實數(shù)a的取值范圍.(答案:(1,+∞))
4.(2017全國卷Ⅱ文21)設(shè)函數(shù)f(x)=(1-x2)ex.(1)討論f(x)的單調(diào)性;(2)當x≥0時,f(x)≤ax+1,求a的取值范圍.(答案:[1,+∞))
5.(2015山東理21)設(shè)函數(shù)f(x)=ln(x+1)+a(x2-x),其中a∈R.(1)討論函數(shù)f(x)極值點的個數(shù),并說明理由;(2)若?x>0,f(x)≥0成立,求a的取值范圍.(答案:[0,1])
6.(2015全國卷Ⅱ理21)設(shè)函數(shù)f(x)=emx+x2-mx.(1)證明:f(x)在(-∞,0)單調(diào)遞減,在(0,+∞)單調(diào)遞增;(2)若對于任意x1,x2∈[-1,1],都有|f(x1)-f(x2)|≤e-1,求m的取值范圍.(答案:[-1,1])
7.(2017全國卷Ⅲ理21)已知函數(shù)f(x)=x-1-alnx.(1)若f(x)≥0,求a的值;(答案:1)(2)略.
對于函數(shù)不等式問題,由于命題專家在命題時就已經(jīng)將該類問題定位為壓軸題,因此試題難度可想而知.但也不是考生不可解或教師不可教的試題.只要通過將考題合理分類,以微專題的形式,通過教師引導讓學生明晰問題對象,理清求解思路,掌握解答程序,選編優(yōu)秀的考題供學生訓練后,加強對學生運算求解能力、邏輯推理等能力的培育,學生也能夠攻克該類難題,從而提高學生的得分率.
壓軸題、難題的教學對教師的專業(yè)水平提出了更高的要求,教師要有較高的解題能力,對考題要做到心中有數(shù),熟悉命題規(guī)律,掌握命題技術(shù),具有較高的命題能力,熟悉學生的成長規(guī)律和心理特征等.因此,只有多學習、多研究、多實踐,尤其是解題實踐、命題實踐,多研究方可達到壓軸題、難題教學的核心要求,方可真正達到高效備考的目標.