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解函數(shù)型不等式恒成立問題的策略

2011-12-29 00:00:00施慧麗


  摘要:不等式恒成立問題是高中數(shù)學(xué)的熱點,同時也是難點,對學(xué)生的轉(zhuǎn)化與化歸能力要求很高,不少學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時會遇到困難. 本文主要通過解決具體的函數(shù)型不等式,介紹了如何求參數(shù)范圍問題的一些常見的方法和策略.
  關(guān)鍵詞:不等式;恒成立;范圍
  
  數(shù)學(xué)的深奧復(fù)雜性在于數(shù)學(xué)問題的千變?nèi)f化,數(shù)學(xué)方法的靈活多變,含參問題的形式多樣等. 函數(shù)型不等式恒成立問題常以函數(shù)作為背景,涉及不等式及導(dǎo)數(shù)多方面的知識,滲透著數(shù)形結(jié)合、化歸與轉(zhuǎn)化、分離參數(shù)、利用最值、構(gòu)造函數(shù)等數(shù)學(xué)思想方法,能有效甄別學(xué)生的思維品質(zhì),在培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性、創(chuàng)造性等方面起到了積極的作用. 下面筆者結(jié)合幾類典型例題談?wù)劤R姷奶幚矸椒?
  
  ■分離參數(shù)
  “a≤f(x)”型
  例1f(x)=ax3-3x+1,對于x∈[-1,1]總有f(x)≥0成立,則a=________.
  分析:對含參不等式恒成立問題,常見有兩種處理方法,一種是不分離參數(shù),將其作為系數(shù)放在函數(shù)中來處理. 一種是分離參數(shù),轉(zhuǎn)化成形如“a≤f(x)”或“a≥f(x)”型不等式.此類問題的理論基礎(chǔ)是:若a≤f(x)恒成立,則a≤f(x)min;若a≥f(x)恒成立,則a≥f(x)max,進而轉(zhuǎn)化為求函數(shù)的最值問題.
  解析:當x=0時,不等式成立,所以a∈R.
  當x>0,即x∈(0,1)時,不等式轉(zhuǎn)化為a≥■-■.
  令g(x)=■-■,則g′(x)=■. 令g′(x)>0,得x<■,所以g(x)在0,■上單調(diào)遞增,在■,1上單調(diào)遞減,故g(x)max=g■=4,于是a≥4.
  當x<0,即x∈[-1,0)時,不等式轉(zhuǎn)化為a≤■-■,此時g′(x)=■>0,所以g(x)在[-1,0)上遞增,故g(x)min=g(-1)=4,于是a≤4.
  綜上,a=4.
  
  ■利用最值
  1. “f(x1)≤f(x)≤f(x2)”型
  例2設(shè)函數(shù)f(x)=2sin■x+■,若對任意x∈R,都有f(x1)≤f(x)≤f(x2)成立,則x1-x2的最小值為________.
  分析:由x的任意性可知f(x1),f(x2)分別是f(x)的最小值和最大值,則取最值時相應(yīng)橫坐標距離的最小值是函數(shù)的半個周期,由于函數(shù)f(x)的最小正周期T=4,所以x1-x2的最小值為2.
  2.“f(x1)-f(x2)≤t(t為常數(shù))”型
  例3已知三次函數(shù)f(x)=x3-3x,若對于區(qū)間[-3,2]上任意兩個自變量x1,x2,都有f(x■)-f(x■)≤t,求實數(shù)t的最小值.
  分析:由x1,x2的任意性,本題可等價轉(zhuǎn)化為f(x)max-f(x)min≤t.
  解:由f′(x)=3x2-3,令f′(x)=0,解得x=±1. 因為f(-3)=-18,f(-1)=2,f(1)= -2,f(2)=2,所以在區(qū)間[-3,2]上f(x)max=2,f(x)min=-18.
  于是,對于區(qū)間[-3,2]上任意兩個自變量x1,x2,f(x■)-f(x■)≤20. 所以t≥20,從而t的最小值為20.
  3. “f(x1)≤g(x2)”型
  例4已知函數(shù)f(x)=8x2+16x-k,g(x)=2x3+5x2+4x,其中k為實數(shù),若對任意x1,x2∈[-3,3],都有f(x1)≤g(x2)恒成立,求k的取值范圍.
  解析:由題意知,f(x)max≤g(x)min. 由g′(x)=6x2+10x+4>0,得x>-■或x<-1,故g(x)在[-3,-1),-■,3上單調(diào)遞增,在-1,-■上單調(diào)遞減. 又g(-3)= -21,g-■=-■,所以g(x)min=-21. 又f(x)max=f(3)=120-k,因此120-k≤ -21,于是k≥141.
  
  ■構(gòu)造函數(shù)
  1. “f(x)≤g(x)”型
  例5已知函數(shù)f(x)=8x2+16x-k,g(x)=2x3+5x2+4x,其中k為實數(shù),若對任意x∈[-3,3],都有f(x)≤g(x)成立,求k的取值范圍.
  解析:令h(x)=g(x)-f(x)=2x3-3x2-12x+k,于是f(x)≤g(x)在x∈[-3,3]恒成立,即是在[-3,3]上h(x)min≥0. 易得h′(x)=6x2-6x-12,令h′(x)>0,得x>2或x< -1,所以h(x)在(-∞,-1),(2,+∞)上單調(diào)遞增,在(-1,2)上單調(diào)遞減. 又h(-1)=7+k,h(2)=-20+k,h(-3)=-45+k,h(3)= -9+k,所以h(x)min= -45+k,因此-45+k≥0,于是k≥45.
  2. “f(x)≤g(x)≤h(x)”型
  例6已知f1(x)=■x2+■lnx,f2(x)=■x2,求證:在區(qū)間(1,+∞)上,滿足f1(x)≤g(x)≤f2(x)恒成立的函數(shù)g(x)有無窮多個.
  證明:令h(x)=f2(x)-f1(x)=■x2-■lnx,x∈(1,+∞),可得h′(x)=■x-■=■>0,所以h(x)在(1,+∞)上是單調(diào)增函數(shù),于是h(x)>h(1)=■,即f2(x)-f1(x)>■. 令g(x)=f1(x)+■λ(λ∈[0,1]),則f1(x)≤g(x)≤f2(x),于是在(1,+∞)上滿足f1(x)≤g(x)≤f2(x)恒成立的函數(shù)g(x)有無窮多個.
  3. “■≤t”型
  例7已知函數(shù)f(x)=■(a為正常數(shù)),g(x)=lnx+f(x),且對任意x1,x2∈(0,2],x1≠x2,都有■<-1,求a的取值范圍.
  解:因為■<-1,所以■+1<0,于是■<0.
  設(shè)h(x)=g(x)+x,于是h(x)在(0,2]上是減函數(shù).
  當1≤x≤2時, h(x)=lnx+■+x,h′(x)=■-■+1. 因為h′(x)≤0,所以a≥■+(x+1)2=x2+3x+■+3對x∈[1,2]恒成立.
  設(shè)m(x)=x2+3x+■+3,則m′(x)=2x+3-■. 因為1≤x≤2,所以m′(x)=2x+3-■>0,故m(x)在[1,2]上是增函數(shù). 當x=2時,m(x)有最大值■,所以a≥■.
  當0  因為h′(x)≤0,所以a≥-■+(x+1)2=x2+x-■-1. 設(shè)t(x)=x2+x-■-1,得t′(x)=2x+1+■>0, 所以t(x)在(0,1)上是增函數(shù),故t(x)  綜上所述,a≥■.?搖
  評注:(1)運用此種方法還可解決形如“f(x1)-f(x2)≤a■-■”型的不等式恒成立問題;
 ?。?)本題還可從導(dǎo)數(shù)的定義出發(fā),將條件■<-1轉(zhuǎn)換為g′(x)≤-1,進一步可求解.?搖?搖
  總之,對于函數(shù)型不等式恒成立問題,只要充分利用所給函數(shù)的特點和性質(zhì),具體問題具體分析,對問題進行等價轉(zhuǎn)化,就能使問題順利獲得解決,從而真正提高分析問題和解決問題的能力.

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