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“恒成立”與“能成立”問題辨析

2014-03-10 15:40苗孟義
中學生天地·高中學習版 2014年3期
關(guān)鍵詞:恒成立實數(shù)最值

苗孟義

提問: 有道題是這樣的:“已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=ax2-bx (a,b∈R).令h(x)=f(x)+g(x).當a=,b≥2時,若對任意兩個不相等的實數(shù)x1,x2∈[1,2],都有f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立,求實數(shù)b的值”.

“對任意兩個不相等的實數(shù)x1,x2∈[1,2],都有f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立”這句話,我不是太理解,究竟意味著什么呢?

回答: 這位同學的困惑其實是由于不理解恒成立的含義造成的. “恒成立”和“能成立”問題是一類非常典型的數(shù)學問題. 只有先準確理解其含義,才能實現(xiàn)問題的等價轉(zhuǎn)化.

恒成立,要求自變量在給定區(qū)間內(nèi)可取任意值,即給定區(qū)間內(nèi)所有x均能滿足條件.

能成立,要求滿足條件的自變量在給定區(qū)間內(nèi)存在,即給定區(qū)間內(nèi)有一個x能滿足條件即可.

我們再來看題目,“對任意兩個不相等的實數(shù)x1,x2∈[1,2],都有f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立”,就是要求區(qū)間[1,2]上所有的實數(shù)x1,x2(x1≠x2)都能夠使f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立.也就是說f(x1)-f(x2)的最小值要大于g(x1)-g(x2)的最大值,即f(x1)-f(x2)min>g(x1)-g(x2)max.

對于我省高考中常見的恒成立與能成立問題,存在以下結(jié)論(結(jié)論均建立在函數(shù)在給定區(qū)間內(nèi)存在最值的前提下):

①對任意x∈D,不等式f(x)≤g(x)恒成立[f(x)-g(x)]max≤0;

②對任意x∈D,不等式f(x)≥g(x)恒成立[f(x)-g(x)]min≥0;

③若存在x∈D,使不等式f(x)≤g(x)能成立[f(x)-g(x)]min≤0;

④若存在x∈D,使不等式f(x)≥g(x)能成立[f(x)-g(x)]max≥0.

例1 已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=x2-bx,對任意的實數(shù)x∈[1,2],f(x)≤g′(x)恒成立,求實數(shù)b的取值范圍.

解析: 令φ(x)=f(x)-g′(x)=lnx-x+b.因為x∈[1,2],所以φ′(x)=-1≤0,函數(shù)φ(x)單調(diào)遞減.要使f(x)≤g′(x)在x∈[1,2]上恒成立,只需φ(x)max≤0,即φ(1)=b-1≤0.所以實數(shù)b的取值范圍為(-∞,1].

例2 已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=x2-bx,若存在實數(shù)x∈[1,2],使不等式f(x)≥g′(x)成立,求實數(shù)b的取值范圍.

解析: 令φ(x)=f(x)-g′(x)=lnx-x+b.因為x∈[1,2],所以φ′(x)=-1≤0,函數(shù)φ(x)單調(diào)遞減.要使f(x)≥g′(x)在x∈[1,2]能成立,只需φ(x)max≥0,即φ(1)=b-1≥0,所以實數(shù)b的取值范圍為[1,+∞).

有時題目中會包含兩個自變量,要求分析兩個函數(shù)大小關(guān)系恒成立或能成立的條件.通過對函數(shù)圖象的分析,我們可以得到以下幾個結(jié)論(結(jié)論同樣建立在函數(shù)在給定區(qū)間內(nèi)存在最值的前提下):

⑤對任意x∈D1,任意X∈D2,不等式f(x)≤g(X)恒成立f(x)max≤g(X)min.

如圖1所示,要使f(x)≤g(X)恒成立,則給定區(qū)間D2內(nèi)函數(shù)g(X)的圖象要恒在給定區(qū)間D1內(nèi)函數(shù)f(x)的圖象上方,即f(x)max≤g(X)min.同理,以下結(jié)論同學們可以參照結(jié)論⑤自行推導.

⑥對任意x∈D1,若存在X∈D2,使不等式f(x)≤g(X)成立f(x)max≤g(X)max.

⑦若存在x∈D1,對任意X∈D2,使不等式f(x)≤g(X)成立f(x)min≤g(X)min.

⑧若存在x∈D1,存在X∈D2,使不等式f(x)≤g(X)成立f(x)min≤g(X)max.

解答恒成立與能成立問題,首先要理解其含義,只有準確理解了含義,才能實現(xiàn)問題的正確轉(zhuǎn)化.上述結(jié)論是比較常用的,但因為問題形式千變?nèi)f化,題目亦??汲P?,因此在平常的訓練中需要不斷領(lǐng)悟和總結(jié),提高這類題的解答能力.

對任意x∈D,不等式f(x)≤g(x)恒成立[f(x)-g(x)]max≤0;

對任意x∈D,不等式f(x)≥g(x)恒成立[f(x)-g(x)]min≥0;

若存在x∈D,使不等式f(x)≤g(x)能成立[f(x)-g(x)]min≤0;

若存在x∈D,使不等式f(x)≥g(x)能成立[f(x)-g(x)]max≥0.

提問: 有道題是這樣的:“已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=ax2-bx (a,b∈R).令h(x)=f(x)+g(x).當a=,b≥2時,若對任意兩個不相等的實數(shù)x1,x2∈[1,2],都有f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立,求實數(shù)b的值”.

“對任意兩個不相等的實數(shù)x1,x2∈[1,2],都有f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立”這句話,我不是太理解,究竟意味著什么呢?

回答: 這位同學的困惑其實是由于不理解恒成立的含義造成的. “恒成立”和“能成立”問題是一類非常典型的數(shù)學問題. 只有先準確理解其含義,才能實現(xiàn)問題的等價轉(zhuǎn)化.

恒成立,要求自變量在給定區(qū)間內(nèi)可取任意值,即給定區(qū)間內(nèi)所有x均能滿足條件.

能成立,要求滿足條件的自變量在給定區(qū)間內(nèi)存在,即給定區(qū)間內(nèi)有一個x能滿足條件即可.

我們再來看題目,“對任意兩個不相等的實數(shù)x1,x2∈[1,2],都有f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立”,就是要求區(qū)間[1,2]上所有的實數(shù)x1,x2(x1≠x2)都能夠使f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立.也就是說f(x1)-f(x2)的最小值要大于g(x1)-g(x2)的最大值,即f(x1)-f(x2)min>g(x1)-g(x2)max.

對于我省高考中常見的恒成立與能成立問題,存在以下結(jié)論(結(jié)論均建立在函數(shù)在給定區(qū)間內(nèi)存在最值的前提下):

①對任意x∈D,不等式f(x)≤g(x)恒成立[f(x)-g(x)]max≤0;

②對任意x∈D,不等式f(x)≥g(x)恒成立[f(x)-g(x)]min≥0;

③若存在x∈D,使不等式f(x)≤g(x)能成立[f(x)-g(x)]min≤0;

④若存在x∈D,使不等式f(x)≥g(x)能成立[f(x)-g(x)]max≥0.

例1 已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=x2-bx,對任意的實數(shù)x∈[1,2],f(x)≤g′(x)恒成立,求實數(shù)b的取值范圍.

解析: 令φ(x)=f(x)-g′(x)=lnx-x+b.因為x∈[1,2],所以φ′(x)=-1≤0,函數(shù)φ(x)單調(diào)遞減.要使f(x)≤g′(x)在x∈[1,2]上恒成立,只需φ(x)max≤0,即φ(1)=b-1≤0.所以實數(shù)b的取值范圍為(-∞,1].

例2 已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=x2-bx,若存在實數(shù)x∈[1,2],使不等式f(x)≥g′(x)成立,求實數(shù)b的取值范圍.

解析: 令φ(x)=f(x)-g′(x)=lnx-x+b.因為x∈[1,2],所以φ′(x)=-1≤0,函數(shù)φ(x)單調(diào)遞減.要使f(x)≥g′(x)在x∈[1,2]能成立,只需φ(x)max≥0,即φ(1)=b-1≥0,所以實數(shù)b的取值范圍為[1,+∞).

有時題目中會包含兩個自變量,要求分析兩個函數(shù)大小關(guān)系恒成立或能成立的條件.通過對函數(shù)圖象的分析,我們可以得到以下幾個結(jié)論(結(jié)論同樣建立在函數(shù)在給定區(qū)間內(nèi)存在最值的前提下):

⑤對任意x∈D1,任意X∈D2,不等式f(x)≤g(X)恒成立f(x)max≤g(X)min.

如圖1所示,要使f(x)≤g(X)恒成立,則給定區(qū)間D2內(nèi)函數(shù)g(X)的圖象要恒在給定區(qū)間D1內(nèi)函數(shù)f(x)的圖象上方,即f(x)max≤g(X)min.同理,以下結(jié)論同學們可以參照結(jié)論⑤自行推導.

⑥對任意x∈D1,若存在X∈D2,使不等式f(x)≤g(X)成立f(x)max≤g(X)max.

⑦若存在x∈D1,對任意X∈D2,使不等式f(x)≤g(X)成立f(x)min≤g(X)min.

⑧若存在x∈D1,存在X∈D2,使不等式f(x)≤g(X)成立f(x)min≤g(X)max.

解答恒成立與能成立問題,首先要理解其含義,只有準確理解了含義,才能實現(xiàn)問題的正確轉(zhuǎn)化.上述結(jié)論是比較常用的,但因為問題形式千變?nèi)f化,題目亦??汲P?,因此在平常的訓練中需要不斷領(lǐng)悟和總結(jié),提高這類題的解答能力.

對任意x∈D,不等式f(x)≤g(x)恒成立[f(x)-g(x)]max≤0;

對任意x∈D,不等式f(x)≥g(x)恒成立[f(x)-g(x)]min≥0;

若存在x∈D,使不等式f(x)≤g(x)能成立[f(x)-g(x)]min≤0;

若存在x∈D,使不等式f(x)≥g(x)能成立[f(x)-g(x)]max≥0.

提問: 有道題是這樣的:“已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=ax2-bx (a,b∈R).令h(x)=f(x)+g(x).當a=,b≥2時,若對任意兩個不相等的實數(shù)x1,x2∈[1,2],都有f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立,求實數(shù)b的值”.

“對任意兩個不相等的實數(shù)x1,x2∈[1,2],都有f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立”這句話,我不是太理解,究竟意味著什么呢?

回答: 這位同學的困惑其實是由于不理解恒成立的含義造成的. “恒成立”和“能成立”問題是一類非常典型的數(shù)學問題. 只有先準確理解其含義,才能實現(xiàn)問題的等價轉(zhuǎn)化.

恒成立,要求自變量在給定區(qū)間內(nèi)可取任意值,即給定區(qū)間內(nèi)所有x均能滿足條件.

能成立,要求滿足條件的自變量在給定區(qū)間內(nèi)存在,即給定區(qū)間內(nèi)有一個x能滿足條件即可.

我們再來看題目,“對任意兩個不相等的實數(shù)x1,x2∈[1,2],都有f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立”,就是要求區(qū)間[1,2]上所有的實數(shù)x1,x2(x1≠x2)都能夠使f(x1)-f(x2)>g(x1)-g(x2)成立.也就是說f(x1)-f(x2)的最小值要大于g(x1)-g(x2)的最大值,即f(x1)-f(x2)min>g(x1)-g(x2)max.

對于我省高考中常見的恒成立與能成立問題,存在以下結(jié)論(結(jié)論均建立在函數(shù)在給定區(qū)間內(nèi)存在最值的前提下):

①對任意x∈D,不等式f(x)≤g(x)恒成立[f(x)-g(x)]max≤0;

②對任意x∈D,不等式f(x)≥g(x)恒成立[f(x)-g(x)]min≥0;

③若存在x∈D,使不等式f(x)≤g(x)能成立[f(x)-g(x)]min≤0;

④若存在x∈D,使不等式f(x)≥g(x)能成立[f(x)-g(x)]max≥0.

例1 已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=x2-bx,對任意的實數(shù)x∈[1,2],f(x)≤g′(x)恒成立,求實數(shù)b的取值范圍.

解析: 令φ(x)=f(x)-g′(x)=lnx-x+b.因為x∈[1,2],所以φ′(x)=-1≤0,函數(shù)φ(x)單調(diào)遞減.要使f(x)≤g′(x)在x∈[1,2]上恒成立,只需φ(x)max≤0,即φ(1)=b-1≤0.所以實數(shù)b的取值范圍為(-∞,1].

例2 已知函數(shù)f(x)=lnx,g(x)=x2-bx,若存在實數(shù)x∈[1,2],使不等式f(x)≥g′(x)成立,求實數(shù)b的取值范圍.

解析: 令φ(x)=f(x)-g′(x)=lnx-x+b.因為x∈[1,2],所以φ′(x)=-1≤0,函數(shù)φ(x)單調(diào)遞減.要使f(x)≥g′(x)在x∈[1,2]能成立,只需φ(x)max≥0,即φ(1)=b-1≥0,所以實數(shù)b的取值范圍為[1,+∞).

有時題目中會包含兩個自變量,要求分析兩個函數(shù)大小關(guān)系恒成立或能成立的條件.通過對函數(shù)圖象的分析,我們可以得到以下幾個結(jié)論(結(jié)論同樣建立在函數(shù)在給定區(qū)間內(nèi)存在最值的前提下):

⑤對任意x∈D1,任意X∈D2,不等式f(x)≤g(X)恒成立f(x)max≤g(X)min.

如圖1所示,要使f(x)≤g(X)恒成立,則給定區(qū)間D2內(nèi)函數(shù)g(X)的圖象要恒在給定區(qū)間D1內(nèi)函數(shù)f(x)的圖象上方,即f(x)max≤g(X)min.同理,以下結(jié)論同學們可以參照結(jié)論⑤自行推導.

⑥對任意x∈D1,若存在X∈D2,使不等式f(x)≤g(X)成立f(x)max≤g(X)max.

⑦若存在x∈D1,對任意X∈D2,使不等式f(x)≤g(X)成立f(x)min≤g(X)min.

⑧若存在x∈D1,存在X∈D2,使不等式f(x)≤g(X)成立f(x)min≤g(X)max.

解答恒成立與能成立問題,首先要理解其含義,只有準確理解了含義,才能實現(xiàn)問題的正確轉(zhuǎn)化.上述結(jié)論是比較常用的,但因為問題形式千變?nèi)f化,題目亦常考常新,因此在平常的訓練中需要不斷領(lǐng)悟和總結(jié),提高這類題的解答能力.

對任意x∈D,不等式f(x)≤g(x)恒成立[f(x)-g(x)]max≤0;

對任意x∈D,不等式f(x)≥g(x)恒成立[f(x)-g(x)]min≥0;

若存在x∈D,使不等式f(x)≤g(x)能成立[f(x)-g(x)]min≤0;

若存在x∈D,使不等式f(x)≥g(x)能成立[f(x)-g(x)]max≥0.

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