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不等式恒成立问题
恒成立的不等式问题综合性较强,方法也很独特,本文试图揭示此类题目的内在规律,探讨特有的解题思路和特有的解题方法,希望对您有所启发。
例1 设对任意实数x∈[-2,2],不等式x2+ax-3a<0总成立,求实数a的取值范围。
分析1:本题已知了x的范围,条件中的不等式的主体框架是二次不等式,a仅是参数,据以往经验,一般要与相应的二次函数、二次方程进行必要的沟通与转化。
解法1:设f(x)= x2+ax-3a(如图1),则f(x)在[-2,2]上恒负
f(2)<0, 即 4+2a-3a<0 解得a>4
f(-2)<0 4-2a-3a<0
图1
回顾解题思路,不难提炼出解决此类问
题的第一种观点和方法:
一、 转化为与之对应的函数,利用相应函
数的性质求解
分析2:侧重于从函数入手,分离参数。
解法2:由x2+ax-3a<0,得x2<a(3-x),∵x∈[-2,2]时,3-x>0,
∴a>x2 /(3-x),(以下用导数法求其的最大值,只要此最大值小于a即可)设u=x2/(3-x),则u、 =[2x(3-x)+x2]/(3-x) 2,=x(6-x)/(3-x)2,令u、=0,得[-2,2]上唯一的稳定点为x=0,而u(0)=0,u(-2)=4/5,u(2)=4,所以umax=4,
∴a>4.
回顾解题思路,我们又可以提炼出解决此类为题的第二种方法:
二:分离参数法,转化为函数的最值问题来求解
分析3:对于“运动变化”的题目,用数形结合来考虑可在相对“静止”的情形下获得直观的想象和简捷的思路。
解法3:由x2+ax-3a<0得由x2<a(-x+3),设y1=由x2,y2=a(-x+3)如图2知:当且仅当直线y2=a(-x+3)由与x轴垂
直起,绕点B旋转到AB(不含两边界)
时,才满足题意。而当x=2时,y1=4,故
tan∠ABO=4,即直线AB的斜率为-4.
∴-a<-4,即a>4.
上述解题思路和方法,概括成解
图2
决此类问题的第三种观点:
三:数形结合,用运动变化的思想来求解
以上三种方法是解决“恒成立的不等式中参数范围”的经典方法,它们的共同特征是:虽综合性较强,但都很简捷和灵活;另外“函数与方程”、“数形结合”等数学思想方法在其中起到了 “呼风唤雨”的作用,下面将再举一例来进一步阐明上述思路与方法的有效性和可行性。
例2:当-1≤m≤3时,求使不等式x2-mx>3x-2m+1恒成立的x的取值范围。
解法1:(用观点一)原不等式恒成立,等价于关于m的一次不等式:(2-x)m+(x2-3x-2)>0在区间[-1,3]上恒成立。
设f(m)=(2-x)m+(x2-3x-1),则f(m)在[-1,3]上恒正,所以
(2-x) ·(-1)+x2-3x-1>0
(2-x) ·3+x2-3x-1>0 解得:x>5或x<-1.
说明:本解法涉及到一次函数的一个十分重要的性质,它是含参一次不等式化为一次函数的桥梁。介绍如下:设一次函数f(x),在给定区间[a,b]上,①f(x)恒大于零 f(a)>0且f(b)>0;②f(x)恒小于零f(a)<0且f(b)<0;③f(x)恒正或恒负 f(a)·f(b)>0;④有正有负 f(a)·f(b)<0.这些性质成立的理由很简单:一次函数在任何闭区间上的图像都是一条线段,考虑区间两端点的符号就足够了。
解法2:(分离参数法)
原不等式即(x-2)m<(x2-3x-1).
(1) 若x-2>0,即x>2时,得m<(x2-3x-1)/(x-2),∵-1≤m≤3,∴(x2-3x-1)/(x-2)<-1,解之得x>5或x<1,所以x>5;
(2) 若x-2<0,即x=2时,得m>(x2-3x-1)/(x-2),∵-1≤m≤3, (x2-3x-1)/(x-2)<-1, 解之得x>3或x<-1,所以x<-1;
(3) 若x-2=0,即x=2时,得0<-3不成立。
综上,x的取值范围是:x>5或x<-1.
解法3:(数形结合)原不等式即
(x-2)m<(x2-3x-1).设y1=x2-3x-1,
图3
y2=m(x-2),如图3,其中
y2是过定点(2,0)的直线系,且
斜率m在[-1,3]之间,当m=-1时,
由(x-2)(-1)=x2-3x-1得x=-1或x=3,由图3知,此时满足
(x-2)m<(x2-3x-1)的xd的取值范围是:x>3或x<1;同理当m=3
时,由(x-2)·3=x2-3x-1得x=1或x=5,此时x的取值范围是:x>5或x<1. ∵斜率m在-1到3之间变化,∴x的取值范围是以上两个边界范围的交集,即x>5或x<-1.
(3)和谐化的原则,把复杂问题进行简单转化:化归问题的条件或结论,使其表现形式更符合“数”与“形”内部所表示的和谐的形式,或者转化命题,使其推演有利于运用某种数学方法或其方法符合人们的思维规律。
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