含参数不等式恒成立问题中参数范围的确定(专题)
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高中数学微专题【不等式恒成立或有解问题】突破点一分离法求参数的取值范围【例1】已知函数f(x)=e x+ax2-x.(1)当a=1时,讨论f(x)的单调性;(2)当x≥0时,f(x)≥12x3+1,求a的取值范围.解(1)当a=1时,f(x)=e x+x2-x,x∈R,f′(x)=e x+2x-1.因为f′(x)=e x+2x-1在(-∞,+∞)上单调递增,且f′(0)=0,故当x∈(-∞,0)时,f′(x)<0;当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0.所以f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增.(2)由f(x)≥12x3+1得,e x+ax2-x≥12x3+1,其中x≥0,①当x=0时,不等式为1≥1,显然成立,此时a∈R.②当x>0时,分离参数a,得a≥-e x-12x3-x-1x2,记g(x)=-e x-12x3-x-1x2,g′(x)=-(x-2)⎝⎛⎭⎪⎫e x-12x2-x-1x3.令h(x)=e x-12x2-x-1(x>0),则h′(x)=e x-x-1,令H(x)=e x-x-1,则H′(x)=e x-1>0,所以H(x)在(0,+∞)上是增函数,且H(0)=1-0-1=0,所以h′(x)>0,故函数h(x)在(0,+∞)上递增,∴h(x)>h(0)=0,即e x-12x2-x-1>0恒成立,故当x ∈(0,2)时,g ′(x )>0,g (x )单调递增; 当x ∈(2,+∞)时,g ′(x )<0,g (x )单调递减. 因此,g (x )max =g (2)=7-e 24,综上可得,实数a 的取值范围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫7-e 24,+∞. 探究提高 1.分离参数法来确定不等式f (x ,λ)≥0(x ∈D ,λ为实数)恒成立问题中参数取值范围的基本步骤(1)将参数与变量分离,化为f 1(λ)≥f 2(x )或f 1(λ)≤f 2(x )的形式. (2)求f 2(x )在x ∈D 时的最大值或最小值.(3)解不等式f 1(λ)≥f 2(x )max 或f 1(λ)≤f 2(x )min ,得到λ的取值范围. 2.本题为了求g (x )的最大值,多次构造函数,进行二次求导. 【训练1】已知函数f (x )=a e x -x e x +x -a (a ∈R ). (1)若a =2,求曲线y =f (x )在点(0,f (0))处的切线方程; (2)若对任意x >0都有f (x )<x +1恒成立,求a 的最大整数值. 解 (1)当a =2时,f (x )=2e x -x e x +x -2, 所以f ′(x )=2e x -(e x +x e x )+1=e x -x e x +1, 因此f (0)=0,f ′(0)=2.所以曲线y =f (x )在点(0,f (0))处的切线方程为y -0=2(x -0),即y =2x . (2)对任意x >0,恒有f (x )<x +1,即a (e x -1)<x e x +1. 因为x >0,所以e x -1>0, 所以a <x e x +1e x -1=x +x +1e x -1.设g (x )=x +x +1e x -1(x >0),则只需a <g (x )min , g ′(x )=1-x e x +1(e x -1)2=e x (e x -x -2)(e x -1)2.令h (x )=e x -x -2(x >0),则h ′(x )=e x -1>0恒成立, 所以h (x )在(0,+∞)上单调递增.因为h(1)=e-3<0,h(2)=e2-4>0,所以存在唯一一个x0使得h(x0)=0,且1<x0<2.所以当x∈(0,x0)时,h(x)<0,g′(x)<0,当x∈(x0,+∞)时,h(x)>0,g′(x)>0.所以g(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增,所以g(x)min=g(x0)=x0+x0+1 e x0-1.由e x0-x0-2=0,得e x0=x0+2,所以g(x0)=x0+x0+1x0+2-1=x0+1∈(2,3).故a的最大整数值为2.突破点二分类等价转化法求参数范围【例2】设函数f(x)=2x ln x-2ax2(a∈R).(1)当a=12时,求函数f(x)的单调区间;(2)若f(x)≤f′(x)2-ln x-1(f′(x)为f(x)的导函数)在(1,+∞)上恒成立,求实数a的取值范围.解(1)当a=12时,f(x)=2x ln x-x2,定义域为(0,+∞).∴f′(x)=2ln x-2x+2.令g(x)=f′(x)=2ln x-2x+2(x>0),∴g′(x)=2x-2.当x∈(0,1)时,g′(x)>0,故g(x)为增函数;当x∈(1,+∞)时,g′(x)<0,故g(x)为减函数.∴g(x)≤g(1)=2ln 1-2×1+2=0,即f′(x)≤0.∴函数f(x)的单调递减区间为(0,+∞),无单调递增区间.(2)f(x)=2x ln x-2ax2,∴f′(x)=2ln x-4ax+2,且x>0.∴f(x)≤f′(x)2-ln x-1在(1,+∞)上恒成立⇔2(x ln x-ax2)≤ln x-2ax+1-lnx-1在(1,+∞)上恒成立⇔ln x-ax+a≤0在(1,+∞)上恒成立. 令h(x)=ln x-ax+a,x∈(1,+∞),则h ′(x )=1x -a ,且h (1)=ln 1-a +a =0.当a ≤0时,h ′(x )>0恒成立,故h (x )在(1,+∞)上为增函数. ∴h (x )>h (1)=0,即a ≤0时不满足题意. 当a >0时,由h ′(x )=0,得x =1a .①若a ∈(0,1),则1a ∈(1,+∞),故h (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ,+∞上为减函数,在⎝ ⎛⎭⎪⎫1,1a 上为增函数.∴存在x 0∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1,1a ,使得h (x 0)>h (1)=0,这与h (x )=ln x -ax +a ≤0在(1,+∞)上恒成立矛盾. 因此a ∈(0,1)时不满足题意.②若a ∈[1,+∞),则1a ∈(0,1],故h (x )在(1,+∞)上为减函数, ∴h (x )<h (1)=0,∴h (x )≤0恒成立,故符合题意. 综上所述,实数a 的取值范围是[1,+∞).探究提高 1.对于不等式恒成立问题,若不易分离参数或分离后难以求最值,解题时常用参数表示极值点,进而用参数表示出函数的最值,求解不等式得参数的范围,体现转化思想.2.解题过程中,参数的不同取值对函数的极值、最值有影响,应注意对参数的不同取值范围进行分类讨论.【训练2】已知点P ⎝ ⎛⎭⎪⎫e xx ,1,Q (x ,mx +sin x )(m ∈R ),O 为坐标原点,设函数f (x )=OP→·OQ →.(1)当m =-2时,判断函数f (x )在(-∞,0)上的单调性; (2)当x ≥0时,不等式f (x )≥1恒成立,求实数m 的取值范围.解 (1)f (x )=OP →·OQ →=⎝ ⎛⎭⎪⎫e x x ,1·(x ,mx +sin x )=e x +mx +sin x ,当m =-2时,f (x )=e x -2x +sin x ,f ′(x )=e x -2+cos x , 当x <0时,e x <1,且cos x ≤1,所以f ′(x )=e x -2+cos x <0, 所以函数f (x )在(-∞,0)上单调递减.(2)当x =0时,f (0)=1≥1,对于m ∈R ,f (x )≥1恒成立. 当x >0时,f ′(x )=e x +m +cos x , 设g (x )=e x +m +cos x ,则g ′(x )=e x -sin x ,因为e x >1,sin x ≤1,所以g ′(x )=e x -sin x >0,则g (x )在(0,+∞)上单调递增, 所以g (x )>g (0)=m +2,所以f ′(x )在(0,+∞)上单调递增,且f ′(x )>m +2.①当m ≥-2时,f ′(x )>0,则f (x )在(0,+∞)上单调递增, 所以f (x )>1恒成立.②当m <-2时,f ′(0)=m +2<0,因为f ′(x )在(0,+∞)上单调递增,且当x =ln(2-m )时, f ′(x )=e ln(2-m )+m +cos[ln(2-m )] =2+cos[ln(2-m )]>0,所以存在x 0∈(0,+∞),使得f ′(x 0)=0, 所以当x ∈(0,x 0)时,f ′(x )<0恒成立, 故f (x )在区间(0,x 0)上单调递减.所以当x ∈(0,x 0)时,f (x )<1,不符合题意. 综上,实数m 的取值范围为[-2,+∞). 突破点三 不等式有解求参数的取值范围 【例3】 已知函数f (x )=-a ln x -e xx +ax ,a ∈R . (1)当a <0时,讨论f (x )的单调性;(2)设g (x )=f (x )+xf ′(x ),若关于x 的不等式g (x )≤-e x+x 22+(a -1)x 在[1,2]上有解,求实数a 的取值范围.解 (1)依题设,f ′(x )=-a x -x e x -e xx 2+a =(ax -e x )(x -1)x 2(x >0),当a <0时,ax -e x <0恒成立,所以当x >1时,f ′(x )<0,当0<x <1时,f ′(x )>0,故函数f (x )在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减. (2)因为g (x )=f (x )+xf ′(x ), 所以g (x )=-a ln x -e x +2ax -a ,由题意知,存在x 0∈[1,2],使得g (x 0)≤-e x 0+x 202+(a -1)x 0成立,则存在x 0∈[1,2],使得-a ln x 0+(a +1)x 0-x 202-a ≤0成立,令h (x )=-a ln x +(a +1)x -x 22-a ,x ∈[1,2],则h ′(x )=-a x +a +1-x =-(x -a )(x -1)x,x ∈[1,2].①当a ≤1时,h ′(x )≤0,所以函数h (x )在[1,2]上单调递减,所以h (x )min =h (2)=-a ln 2+a ≤0成立,解得a ≤0,所以a ≤0. ②当1<a <2时,令h ′(x )>0,解得1<x <a ; 令h ′(x )<0,解得a <x <2,所以函数h (x )在[1,a ]上单调递增,在[a ,2]上单调递减.又因为h (1)=12,所以h (2)=-a ln 2+a ≤0,解得a ≤0,与1<a <2矛盾,故舍去. ③当a ≥2时,h ′(x )≥0,所以函数h (x )在[1,2]上单调递增,所以h (x )min =h (1)=12>0,不符合题意.综上所述,实数a 的取值范围为(-∞,0].探究提高 1.本题根据函数h ′(x )的零点a 是否在定义域[1,2]内进行讨论,利用导数的工具性得到函数在给定区间内的单调性,从而可得最值,判断所求最值与已知条件是否相符,从而得到参数的取值范围.2.不等式“存在性”问题与“恒成立”问题的求解是“互补”关系.含参不等式能成立问题可转化为最值问题来解决,注意与恒成立问题的区别. 【训练3】已知函数f (x )=a +1x +a ln x ,其中参数a <0. (1)求函数f (x )的单调区间;(2)设函数g (x )=2x 2f ′(x )-xf (x )-3a (a <0),存在实数x 1,x 2∈[1,e 2],使得不等式2g (x 1)<g (x 2)成立,求a 的取值范围.解 (1)∵f (x )=a +1x +a ln x ,∴定义域为(0,+∞),f ′(x )=-a +1x 2+a x =ax -(a +1)x 2.①当-1<a <0时,a +1a <0,恒有f ′(x )<0, ∴函数f (x )的单调递减区间是(0,+∞), 无单调递增区间.②当a =-1时,f ′(x )=-1x <0,∴f (x )的单调递减区间是(0,+∞),无单调递增区间.③当a <-1时,x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,a +1a ,f ′(x )>0,∴f (x )的单调递增区间是⎝⎛⎭⎪⎫0,a +1a ;x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫a +1a ,+∞,f ′(x )<0, ∴f (x )的单调递减区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫a +1a ,+∞. (2)g (x )=2ax -ax ln x -(6a +3)(a <0),∵存在实数x 1,x 2∈[1,e 2],使得不等式2g (x 1)<g (x 2)成立,∴2g (x )min <g (x )max . 又g ′(x )=a (1-ln x ),且a <0,∴当x ∈[1,e)时,g ′(x )<0,g (x )是减函数; 当x ∈(e ,e 2]时,g ′(x )>0,g (x )是增函数, ∴g (x )min =g (e)=a e -6a -3, g (x )max =max{g (1),g (e 2)}=-6a -3. ∴2a e -12a -6<-6a -3,则a >32e -6.又a <0,从而32e -6<a <0,即a 的取值范围是⎝ ⎛⎭⎪⎫32e -6,0.1.已知函数f (x )=ln x +ax (a ∈R ). (1)讨论f (x )的单调区间;(2)若f (x )≤e x -1+1x -1恒成立,求实数a 的取值范围.解 (1)f (x )的定义域为(0,+∞),且f ′(x )=1-a -ln xx 2.令f ′(x )>0,得1-a -ln x >0,解得0<x <e 1-a . 令f ′(x )<0,得1-a -ln x <0,解得x >e 1-a .故f (x )的单调递增区间为(0,e 1-a ),单调递减区间为(e 1-a ,+∞). (2)因为f (x )≤e x -1+1x -1恒成立,即ln x +a x ≤e x -1+1x -1对(0,+∞)恒成立, 所以a ≤x e x -1-x -ln x +1对(0,+∞)恒成立. 令g (x )=x e x -1-x -ln x +1,则g ′(x )=e x -1+x e x -1-1-1x =(x +1)⎝ ⎛⎭⎪⎫e x -1-1x .当x ∈(0,1)时,g ′(x )<0,所以g (x )在(0,1)上单调递减. 当x ∈(1,+∞)时,g ′(x )>0,所以g (x )在(1,+∞)上单调递增. 故当x =1时,g (x )取到最小值g (1)=1,所以a ≤1. 故实数a 的取值范围是(-∞,1]. 2.已知函数f (x )=x ln x -ax +1(a ∈R ). (1)讨论f (x )在(1,+∞)上的零点个数;(2)当a >1时,若存在x ∈(1,+∞),使得f (x )<(e -1)·(a -3),求实数a 的取值范围.解 (1)由f (x )=x ln x -ax +1=0可得a =ln x +1x , 令g (x )=ln x +1x ,易知g ′(x )=1x -1x 2=x -1x 2,所以g ′(x )>0在(1,+∞)上恒成立,故g (x )在(1,+∞)上单调递增. 又g (1)=1,所以当x ∈(1,+∞)时,g (x )>1. 故当a ≤1时,f (x )在(1,+∞)上无零点; 当a >1时,f (x )在(1,+∞)上存在一个零点.(2)当a >1时,由(1)得f (x )在(1,+∞)上存在一个零点. 由f ′(x )=ln x +1-a =0得x =e a -1,所以f (x )在(1,e a -1)上单调递减,在(e a -1,+∞)上单调递增, 所以f (x )min =f (e a -1)=1-e a -1.若存在x ∈(1,+∞),使得f (x )<(e -1)(a -3)成立, 只需1-e a -1<(e -1)(a -3)成立, 即不等式e a -1+(e -1)(a -3)-1>0成立. 令h (a )=e a -1+(e -1)(a -3)-1,a >1, 则h ′(a )=e a -1+e -1,易知h ′(a )=e a -1+e -1>0在(1,+∞)上恒成立, 故h (a )=e a -1+(e -1)(a -3)-1在(1,+∞)上单调递增. 又h (2)=0,所以a >2,故实数a 的取值范围为(2,+∞).3.已知函数f (x )=x -a ln x +bx 在x =1处取得极值. (1)若a >1,求函数f (x )的单调区间;(2)若a >3,函数g (x )=a 2x 2+3,若存在m 1,m 2∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,2,使得|f (m 1)-g (m 2)|<9成立,求a 的取值范围.解 (1)f (x )的定义域为(0,+∞), 且f ′(x )=1-a x -bx 2. 由f ′(1)=0,得b =1-a ,则f ′(x )=1-a x -1-a x 2=x 2-ax -(1-a )x 2=(x -1)[x -(a -1)]x 2,令f ′(x )=0,得x 1=1,x 2=a -1.若1<a <2,则函数f (x )的单调递增区间为(0,a -1),(1,+∞),单调递减区间为(a -1,1);若a =2,则函数f (x )无单调递减区间,单调递增区间为(0,+∞);若a >2,则函数f (x )的单调递减区间为(1,a -1),单调递增区间为(0,1),(a -1,+∞).(2)当a >3时,f (x )在⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,1上单调递增,在(1,2]上单调递减,所以f (x )的最大值为f (1)=2-a <0.易知函数g (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,2上单调递增,所以g (x )的最小值为g ⎝ ⎛⎭⎪⎫12.又g ⎝ ⎛⎭⎪⎫12=14a 2+3>0,所以g (x )>f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,2上恒成立.若存在m 1,m 2∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤12,2,使得|f (m 1)-g (m 2)|<9成立,只需要g ⎝ ⎛⎭⎪⎫12-f (1)<9,即14a 2+3-(2-a )<9,解得-8<a <4,又a >3,所以a 的取值范围是(3,4).。
恒成立问题中含参范围的求解策略数学中含参数的恒成立问题,几乎覆盖了函数,不等式、三角,数列、几何等高中数学的所有知识点,涉及到一些重要的数学思想方法,归纳总结这类问题的求解策略,不但可以让学生形成良好的数学思想,而且对提高学生分析问题和解决问题的能力是很有帮助的,下面就几种常见的求解策略总结如下,供大家参考。
一、分离参数——最值化1 在给出的不等式中,如果能通过恒等变形分离出参数,即:a ≥f(x)恒成立,只须求出 ,则a ≥ ;若a ≤f(x)恒成立, 只须求出 ,则a ≤转化为函数求最值.例1 已知函数f(x)= ,若任意x ∈[2 ,+∞)恒有f(x)>0,试确定a 的取值范围. 解:根据题意得,x+−2>1在x ∈[2 ,+∞)上恒成立,即a>−+3x 在x ∈[2 ,+∞)上恒成立.设f(x)=-+3x .则f(x)=−+ ,当x=2时,=2 ,所以a>22在给出的不等式中,如果通过恒等变形不能直接解出参数,则可将两变量分别置于不等式的两边,即:若f(a)≥g(x)恒成立,只须求出g(x)最大值 ,则f(a)≥ .然后解不等式求出参数a 的取值范围; :若f(a)≤g(x)恒成立,只须求出g(x)最小值 ,则f(a)≤ .然后解不等式求出参数a 的取值范围.问题还是转化为函数求最值.例2 已知x ∈(−∞ ,1]时,不等式1++(a −)>0恒成立,求a 的取值范围.解 令=t ,∵x ∈(−∞ ,1] ∴t ∈(0 ,2].所以原不等式可化为<,要使上式在t ∈(0 ,2]上恒成立,只须求出f(t)=在t ∈(0 ,2]上的最小值即可. ∵f(t)==+=− 又t ∈(0 ,2] ∴∈[) ∴=f(2)=∴< , ∴−<a<例3 设c b a >>且ca mc b 1b a 1-≥-+-恒成立,求实数m 的取值范围。
解析:由于c a >,所以0c a >-,于是⎪⎭⎫ ⎝⎛-+--≤c b 1b a 1)c a (m 恒成立,因+≥⎪⎭⎫⎝⎛--+--++=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+--+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+--2c b b a b a c b 11c b 1b a 1)]c b ()b a [(c b 1b a 1)c a (.4cb b a b ac b 2=--⋅-- (当且仅当b a c b -=-时取等号),故4m ≤。
含参不等式恒成立问题中,求参数取值范围一般方法温州中学 叶昭蓉恒成立问题是数学中常见问题,也是历年高考的一个热点。
大多是在不等式中,一个变量的取值范围,求另一个变量的取值范围的形式出现。
下面介绍几种常用的处理方法。
一、别离参数在给出的不等式中,如果能通过恒等变形别离出参数,即:假设()a f x ≥恒成立,只须求出()max f x ,那么()max a f x ≥;假设()a f x ≤恒成立,只须求出()min f x ,那么()min a f x ≤,转化为函数求最值。
例1、函数()lg 2a f x x x ⎛⎫=+- ⎪⎝⎭,假设对任意[)2,x ∈+∞恒有()0f x >,试确定a 的取值范围。
解:根据题意得:21ax x+->在[)2,x ∈+∞上恒成立, 即:23a x x >-+在[)2,x ∈+∞上恒成立,设()23f x x x =-+,那么()23924f x x ⎛⎫=--+ ⎪⎝⎭当2x =时,()max 2f x = 所以2a >在给出的不等式中,如果通过恒等变形不能直接解出参数,那么可将两变量分别置于不等式的两边,即:假设()()f a g x ≥恒成立,只须求出()max g x ,那么()()max f a g x ≥,然后解不等式求出参数a 的取值范围;假设()()f a g x ≤恒成立,只须求出()min g x ,那么()()min f a g x ≤,然后解不等式求出参数a 的取值范围,问题还是转化为函数求最值。
例2、(],1x ∈-∞时,不等式()21240x x a a ++-⋅>恒成立,求a 的取值范围。
解:令2xt =,(],1x ∈-∞ (]0,2t ∴∈ 所以原不等式可化为:221t a a t +-<, 要使上式在(]0,2t ∈上恒成立,只须求出()21t f t t+=在(]0,2t ∈上的最小值即可。
思路探寻思路探寻式恒成立问题中参数的取值范围时,可将“数”与“形”结合起来,根据代数式的几何意义画出几何图形,借助图形来讨论不等式成立的条件,从而达到解题的目的.在研究图形时,要关注一些极端情形,以及临界的情形,如相交、相切等.例4.设x ∈[-4,0],若不等式x (-4-x )<43x +1-a 恒成立,求a 的取值范围.解:设y 1=x (-4-x ),则(x +2)2+y 21=4(y 1≥0),该式可表示是如图所示的上半圆.设y 2=43x +1-a ,其图象为直线.由图可知,要使不等式恒成立,需使半圆始终在直线的下方,即使圆心(-2,0)到直线4x -3y +3-3a =0的距离d =|-8+3-3a|5>2,且1-a >0,可得a <-5,即a 的取值范围为()-∞,-5.我们将y 1=x (-4-x )看作上半圆,将y 2=43x +1-a 看作一条直线,将问题转化为求使半圆恒在直线下方时的a 的取值范围.根据图形找出临界情形:圆与直线相切,求得此时a 的取值范围,即可解题.借助图象分析问题,不仅可以使解题变得更加简单,还会使解题思路更加明朗.四、分类讨论在求不等式恒成立问题中参数的取值范围时,经常要用到分类讨论法对参数进行分类讨论.在解题时,要首先明确参数对不等式的影响,确定分类的标准;然后分几类情况对问题进行讨论,求得每种情况下的结果;最后汇总所得的结果.例5.当x ∈[2,8]时,不等式log 2a -1x >-1恒成立,求a 的取值范围.解:(1)当2a 2-1>1时,由题意知12a 2-1<x 恒成立,即12a 2-1<x min ;因为x ∈[2,8],所以12a 2-1<2,解得a ∈(-∞,-1)⋃(1,+∞);(2)当0<2a 2-1<1时,由题意知12a 2-1>x 恒成立,即12a 2-1>x max ;因为x ∈[2,8],所以12a 2-1>8,解得a ∈(-34,-)⋃(34);故a∈(-∞,-1)⋃(-34,-)⋃(34)⋃(1,+∞).根据对数函数的性质,可知需分2a 2-1>1和0<2a 2-1<1两种情况进行讨论,才能求得参数a 的取值范围.在进行分类讨论时,要有明确的讨论思路,逐层逐级进行讨论,避免出现遗漏或重复讨论某种情况.五、利用判别式在求二次不等式恒成立问题中参数的取值范围时,可把问题化为一元二次不等式在实数集上恒成立的问题,用判别式法求解.一般地,二次函数f (x )=ax 2+bx +c 恒大于0⇔ìíîa >0,Δ<0,f (x )=ax 2+bx +c 恒小于0⇔{a <0,Δ<0.据此建立关于参数的不等式,解该不等式即可求得参数的取值范围.例6.若不等式2x 2+2mx +m4x 2+6x +3<1对一切x ∈R 恒成立,求实数m 的取值范围.解:因为4x 2+6x +3=(2x +32)2+34>0在R 上恒成立,所以2x 2+2mx +m4x 2+6x +3<1⇔2x 2+2mx +m <4x 2+6x +3⇔f (x )=2x 2+(6-2m )x +3-m >0;要使得f (x )恒大于0,需使Δ=(6-2m )2-8(3-m )<0,解得1<m <3,故实数m 的取值范围为m ∈(1,3).由于4x 2+6x +3>0在R 上恒成立,于是原问题可转化为一元二次函数f (x )=2x 2+(6-2m )x +3-m 在R 恒大于0的问题,由二次函数的图象可知当a >0时,Δ<0,用判别式法即可解题.虽然由恒成立的不等式求参数的取值范围问题较为复杂,但是同学们只要熟练掌握上述五种求解思路,明确其适用条件,根据解题需求选用合适的方法、思路进行求解,就能有效地提升解题的效率.本文系2021年度云南省教育科学规划单位资助课题“基于深度学习的高中数学课堂教学策略研究”(课题批准号:BE21028)阶段性研究成果.(作者单位:云南省曲靖市民族中学)53。
思路探寻∵sin C =sin ()A +B =sin A cos B +sin B cos A =2sin C cos A ,∴cos A =12,∵a sin A =b sin B =c sin C,∴bc =B C =163sin B sin æèöø2π3-B =83sin æèöø2B -π6+43,∵0<B <2π3,∴-π6<2B -π6<7π6,当2B -π6=π2,即B =π3时,bc 取最大值4,∵S △ABC =12bc sin A ≤3,∴△ABC 面积的最大值为3.解答本题,需先运用正弦定理进行边角互化,将a cos B =()2c -b cos A 等价转化为sin A cos B =(2sin C -)sin B cos A ,求得角A ,再根据正弦定理求得bc ,便可根据公式S =12ab sin C 求得三角形面积的表达式,最后根据三角函数的有界性求得最值.可见,求解与三角形有关的最值问题,关键要运用正余弦定理进行边角互化,求得角、周长、面积的表达式,然后运用基本不等式、三角函数的有界性来求得最值.一般地,可运用正弦定理来将角化为边,运用余弦定理来将边化为角.在解题的过程中,要注意挖掘一下隐含条件:(1)三角形的内角和为180o ;(2)三角形的两边之和大于第三边;(3)三角形的三边、三角均为正数.这些条件都是隐含在题目当中,若没有挖掘出来,便会缺少解题的条件,得出错误的答案.(作者单位:安徽省蚌埠第二中学)在学习中,我们经常会遇到求不等式恒成立问题中参数的取值范围.此类问题一般较为复杂,通常要求根据含有参数的不等式、方程、函数求使不等式恒成立时参数的取值范围.由于这类问题涉及的知识点较多,所以其求解途径多种多样.本文结合例题,谈一谈求参数的取值范围的两种常用途径:分离参数、数形结合.一、分离参数分离参数法是求不等式恒成立问题中参数的取值范围的重要方法.其大致的解题步骤为:①对含有参数的不等式、方程、函数进行变形,使参数单独置于一侧,变量置于另一侧,如a ≥f ()x 、a ≤f ()x ;②将问题转化为函数的最值问题,如a ≥f ()x 等价于a ≥f ()x max ,a ≤f ()x 等价于a ≤f ()x min ;③根据函数的单调性求得其最值;④建立新不等式,求出参数的取值范围.例1.已知f ()x =x ln x +a x,g ()x =x -e x -1+1.若∀x 1∈éëùû12,3,x 2∈()-∞,+∞,f ()x 1≥g ()x 2恒成立,则实数a 的取值范围为______.解:由题意可知,∀x 1∈éëùû12,3,x 2∈()-∞,+∞,f ()x 1≥g ()x 2等价于f ()x 1min ≥g ()x 2max ,∵g '()x =1-ex -1,当g '()x =0时,x =1,当x 2∈()-∞,1时,g '()x >0,g ()x 单调递增;当x 2∈()1,+∞时,g '()x <0,g ()x 单调递减,∴g ()x 2max =g ()1=1,∴f ()x =x ln x +a x ≥1在x ∈éëùû12,3上恒成立,即a ≥x -x 2ln x 在x ∈éëùû12,3上恒成立,令h ()x =x -x 2ln x ,x ∈éëùû12,3,朱红玉48思路探寻∴实数a 的取值范围为a >1.在解答该题时,需首先对函数f ()x =x 3+2判断出函数的单调性,求得其最值,这样便可将问题转化为在x ∈()0,+∞上ax >e x -1恒成立.然后构造-1,画出其图象,O。
含参数不等式恒成立问题中参数范围的确定确定恒成立不等式中参数的取值范围需灵活应用函数与不等式的基础知识,并时常要在两者间实行合理的交汇,所以此类问题属学习的重点;不过,怎样确定其取值范围呢?课本中却从未论及,但它已成为近年来命题测试中的常见题型,所以此类问题又属学习的热点;在确定恒成立不等式中参数的取值范围时,需要在函数思想的指引下,灵活地实行代数变形、综合地使用多科知识,方可取得较好的效益,所以此类问题的求解当属学习过程中的难点.基于此,下文试对此类问题的求解策略与方法作一提炼总结. 1 分离参数法例 1:设()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+++=n an n x f x x x 121lg ,其中a 是实数,n 是任意给定的自然数且n ≥2,若()x f 当(]1,∞-∈x 时有意义, 求a 的取值范围。
该题题型新颖,很多学生对函参数的不等式如何确定参数取值范围茫然不知所措。
因为这类问题涉及到高中数学的各个分支,在代数,三角,几何,解析几何等的知识,而且这类问题思维要求高,解法也较灵活,故学生难以掌握。
但若我们能认真观察分析一下这类问题的特征,其实这类题目的规律性是较强的。
下面就结合例子给出解决此类问题的几种方法:例如上面的这道高考题,我们根据其特征能够用分离参数法来解决。
所谓分离参数法也就是将参数与未知量分离于表达式的两边,然后根据未知量的取值范围情况决定参数的范围。
这种方法可避免分类讨论的麻烦,使问题得到简单明快的解决。
我们来分析一下这道题的特征:因为分母n 是正数,要使得()x f 当(]1,∞-∈x 有意义,分子()()a n n x xx+-+++121 就必须也是正数。
并容易看出,能够将a 分离出来。
分析: 当(]1,∞-∈x 时,()x f 有意义,故有()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛->⇔>+-+++xx x xxx n n n a a n n 11210121令()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=xx x n n n x 1121 ϑ,只要对()x ϑ在(]1,∞-上的最大值,此不等式成立即可。
故我们能够利用函数的最值分离出参数a 。
解: 由(]1,∞-∈x 时,()x f 有意义得:()0121>+-+++a n n xxx⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛->⇔xx x n n n a 1121 ,由指数函数单调性知上式右边的函数()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=xx x n n n x 1121 ϑ的最大值是()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=n n n n 1211 ϑ=()n -121故 a>()n -121一般地,利用最值分离参数法来确定不等式 ()0,≥λx f , ( D x ∈λ为实参数)恒成立中参数取值范围的基本步骤:(1) 将参数与变量分离,即化为()()()()()x f f x f f 2221≤≥λλ或的形式; (2) 求()x f 2在∈x D 时的最大(或最小)值;(3) 解不等式()()()()x f x f f min 2max 21≤≥或λ 得λ的取值范围。
思想方法: 把不等式中恒成立问题转化为求函数最值问题。
适用题型:(1) 参数与变量能分离;(2) 函数的最值易求出。
利用这种方法能够顺利解决很多含参数不等式中的取值问题,还能够用来证明一些不等式。
例 2: 已知定义在R 上函数f(x)为奇函数,且在[)+∞,0上是增函数,对于任意R x ∈求实数m 范围,使()()0cos 2432cos >-+-θθm m f f 恒成立。
解: ∵ f(x)在R 上为奇函数,且在[)+∞,0上是增函数,∴ f(x)在()+∞∞-,上为增函数又 ∵ ()()0cos 2432cos >-+-θθm m f f∴ ()32cos -θf >-()θcos 24m m f -=()m m f 4cos 2-θ ∴ m m 4cos 232cos ->-θθ 即()θθ2cos 3cos 22->-m ∵2-cos θ[]3,1∈,∴ 2θθθθcos 2cos 24cos 22cos 32--=-->m∴ m>θθθθcos 22cos 2cos 2cos 22--+=--]cos 22cos 2[4θθ-+--=令2-[]3,1,cos ∈=t t θ∴ m>4-⎪⎭⎫ ⎝⎛+t t 2 即4-m<t t 2+在[]3,1∈t 上恒成立 即求()t t t g 2+=在[]3,1∈t 上的最小值∵ ()t t t g 2+=≥22等号成立条件t=t2,即[]3,12∈=t 成立∴ ()22min =t g∴ 4-m<22即m>4-22∴ m 的取值范围为(4-22,+∞)例 3: 设0<a 45≤,若满足不等式b a x <-的 一切实数x ,亦满足不等式 212<-a x 求正实数b 的取值范围。
简析略解:此例看不出明显的恒成立问题,我们能够设法转化:设集合A =}(){b a b a b a x x +-=<-,|,B=⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎭⎬⎫<-21,2121|222a a a x x 由题设知A ⊆B ,则: 212-≥-a b a212+≤+a b a 于是得不等式组: 212++-≤a a b212+-≤a a b又 =-+-212a a 43212+⎪⎭⎫ ⎝⎛--a ,最小值为163;,41212122+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+-a a a 最小值为41;∴ 163≤b , 即 :b 的取值范围是⎥⎦⎤⎝⎛163,0 2 主参换位法某些含参不等式恒成立问题,在分离参数会遇到讨论的麻烦或者即使能容易分离出参数与变量,但函数的最值却难以求出时,可考虑变换思维角度。
即把变元与参数换个位置,再结合其它知识,往往会取得出奇制胜的效果。
例4:若对于任意a (]1,1-∈,函数()()a x a x x f 2442-+-=的值恒大于0,求x 的取值范围。
分析:此题若把它看成x 的二次函数,因为a, x 都要变,则函数的最小值很难求出,思路受阻。
若视a 为主元,则给解题带来转机。
解: 设 ()()4422+-+-=x x a x a g ,把它看成关于a 的直线,由题意知,直线恒在横轴下方。
所以 ()01≥-g()01>g解得: 1<x 或2=x 或3≥x例 5: 对于(0,3)上的一切实数x,不等式()122-<-x m x 恒成立,求实数m 的取值范围。
分析: 一般的思路是求x 的表达式,利用条件求m 的取值范围。
但求x 的表达式时,两边必须除以相关m 的式子,涉及对m 讨论,显得麻烦。
解: 若设()()()()()m x m x m x x f 212122-+-=---=,把它看成是关于x 的直线,由题意知直线恒在x 的轴的下方。
所以 ()00≤f ()03≤f 解得:521≤≤m 3 构建函数法当参数难以分离而不等式是相关某个变量的一次或二次函数时,能够通过构建函数来解决。
我们知道,函数概念是高中数学的一个很重要的概念,其思想和方法已渗透到数学的各个分支。
在某些数学问题中,通过数式类比,构造适当的函数模型,然后利用函数的相关性质结论解题,往往收到意想不到的效果。
这里,我们主要介绍如何通过构造一次函数,二次函数模型,并利用它们的性质来确定参数的取值范围。
(1) 构造一次函数例6: 若对一切2≤p ,不等式()p x x p x +>++2222log 21log log 恒成立,求实数x 的取值范围。
解: 原不等式变形为()()01log 2log 1log 2222>+-+-x x x p ,现在考虑p 的一次函数:()()()1log 2log 1log 2222+-+-=x x x p p f∴ ()0>p f 在(]2,2-∈p 上恒成立()()()01log 2log 1log 222222>+-+--=-x x x f()()()01log 2log 1log 222222>+-+-=x x x f解得: 8>x 或210<<x ∴ x 的取值范围为()+∞⋃⎪⎭⎫ ⎝⎛,821,0注: 本题对于一切2≤p 不等式恒成立,所以应视p 为主元,视x 为参数,把不等式左边变成关于p 的一次函数型。
(2) 造二次函数例7: 对于⎥⎦⎤⎢⎣⎡∈2,0πθ,022sin 2cos 2<--+m m θθ恒成立,求实数m 的范围。
解: 原不等式变形为: 012sin 2sin2<--+-m m θθ即 012sin 2sin2>++-m m θθ令 t =θsin ,[]1,0∈t∴ 01222>++-m mt t 令()t f =1222++-m mt t∴ 题意为()t f >0在[]1,0∈t 上恒成立。
0122<⨯--m∴()0120>+=m f11220≤⨯--≤m∆=()22m --4×1×(12+m )<01122>⨯--m()12211++-=m m g >0解得 : 021<<-m 或10≤≤m 或1>m ∴ 21->m ,即 m 的取值范围为:⎪⎭⎫⎝⎛+∞-,21 4 数形结合法某些含参不等式恒成立问题,既不能分离参数求解,又不能转化为某个变量的一次或二次函数时,则可采用数形结合法。
因为辨正唯物主义认为:万物皆有形。
所以从宏观上讲,抽象的数学问题必存有着形象的直观模型,这是因为数学问题本身就是客观世界事物的抽象。
我们在解题时,能够有意识地去理解,挖掘和创造抽象的直观形象,变抽象为直观,充分使用直感,由数思形,以形辅数。
数形结合往往能迅速而简捷地找到解题途径。
对于解含参不等式恒成立问题,我们能够先把不等式(或经过变形后的不等式)两端的式子分别看成两个函数,且画出两函数的图象,然后通过观察两图象(特别是交点时)的位置关系,从而列出关于含参数的不等式。
例8、已知对于一切x ,y ∈R ,不等式0218281222≥--+-+a y x xy xx 恒成立,求实数a 的取值范围。
解:2222222182810218281y x xy x x a a y x xy x x -+-+≤⇒≥--+-+要使原不等式恒成立min 222}218281{y x xy xx a -+-+≤⇔,又2]22)9(2)9[(2222222--+-+++-y y xx y xy x=2)29()(222--++-y x y x ,考虑到点M (x,x9), N (y,-22y -)则点M 在曲线C 1:xy=9上,点N 在曲线C 2:x 2+y 2=2(y ≤0)上。