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不等式是中学数学的重要内容,是学习高等数学的基础,它渗透到中学数学的很多章节,有着十分广泛的应用.不等式部分在江苏高考考试说明中有两个C级考点,占有很大的比重.不等式部分的考查体现了较强的综合性、灵活多样性,对高中数学各章知识的融会贯通,起到了很好的促进作用.笔者拟通过剖析典型题例,凸显考查重点,为高三学子的不等式复习指明方向.
一、“不等式”考查凸显多样性
例1已知函数f(x)=log2x,x>02x,x≤0则满足不等式f(f(x))>1的x的取值范围是___________.
解:由f(x)>1x>0log2x>1或x≤02x>1x>2,所以f(f(x))>1可得f(x)>2
x>0log2x>2或x≤02x>2x>4,从而满足不等式f(f(x))>1的x的取值范围是x>4.
点评:本题为一道解不等式题,解不等式的考查多以分段函数为主,在解题时要将不等式等价转化为不等式组来解,如能在解题时多注意观察,则能化繁为简.此题中当x≤0时2x≤1,从而由f(x)>2可直接转化为x>0log2x>2.
例2各项均为正偶数的数列a1,a2,a3,a4中,前三项依次成公差为d(d>0)的等差数列,后三项依次成公比为q的等比数列,若a4—a1=88,则q的所有可能的值构成的集合为___________.
解:设a1,a1+d,a1+2d,a1+88,其中a1,d均为正偶数,则(a1+2d)2=(a1+d)(a1+88),
整理得a1=4d(22—d)3d—88>0,所以(d—22)(3d—88)<0,即22 当d=28时,a1=168,q=87,所以q的所有可能值构成的集合为{53,87}.
点评:本题通过挖掘隐含条件,建立不等式夹出d的所有可能的取值,一一列举就能得到答案.这种利用隐含条件建立不等式破解问题的题目屡见不鲜.
二、一元二次不等式考查凸显灵活性
一元二次不等式、一元二次方程、二次函数三者之间紧密相连,在解题时要灵活地进行三者之间的相互转化,寻找理解的最佳切入点,寻求解决问题的最佳突破口.
例3已知a1,b1,c1,a2,b2,c2均为非零实数,不等式a1x2+b1x+c1>0和a2x2+b2x+c2>0的解集分别为集合M和P,那么“a1a2=b1b2=c1c2”是“M=P”的___________条件.
分析:当a1a2=b1b2=c1c2时,若a1·a2<0,则M≠P;当M=P时,若M=P=R时,c1和c2在允许的范围内可随意变动,所以a1a2=b1b2=c1c2不一定成立.所以“a1a2=b1b2=c1c2”是“M=P”的既不充分也不必要条件.
点评:此题全方位地考查了一元二次不等式的解法,既包括二次项系数的正负,也包括Δ的正负,既要考虑一般情况,又要注意特殊情况,稍有不慎,极易因考虑不全导致错误.
三、线性规划考查凸显载体性
例4设实数n≤6,若不等式2xm+(2—x)n—8≥0对任意x∈[—4,2]都成立,则m4—n4m3n的最小值为___________.
解:不等式可化为(2m—n)x+2n—8≥0,由题意可得(2m—n)(—4)+2n—8≥0(2m—n)×2+2n—8≥03n—4m—4≥0m≥2n≤6
令n=y,m=x,yx=t,则3y—4x—4≥0x≥2y≤6表示的平面区域如图
yx表示区域内的点与坐标原点连线的斜率,可求yx∈[127,3]即t∈[127,3],m4—n4m3n=mn—(nm)3=1t—t3,因为函数1t—t3在[127,3]上单调递减,所以当t=3时1t—t3取得最小值—803即m4—n4m3n的最小值为—803.
点评:本题通过对m4—n4m3n的化简、换元、求导将问题转化为求区域内的点与坐标原点连线的斜率.此题巧妙的将线性规划问题与函数导数结合起来了.
四、基本不等式考查凸显意识性
例5在某次水下考古活动中,需要潜水员潜入水深为30米的水底进行作业.其用氧量包含3个方面:①下潜时,平均速度为v(米/单位时间),单位时间内用氧量为cv2(c为正常数);②在水底作业需5个单位时间,每个单位时间用氧量为0.4;③返回水面时,平均速度为v2(米/单位时间),单位时间用氧量为02.记该潜水员在此次考古活动中,总用氧量为y.(1)将y表示为v的函数;(2)设0 解:(1)y=30cv+2+12v(v>0)
(2)y=30cv+2+12v≥2+230cv×12v=2+1210c,当且仅当30cv=12v,即v=25c时取等号.
当25c≤5,即c≥2125时,v=25c时,y的最小值为2+1210c.
当25c>5,即0 点评:使用基本不等式求最值时,一定要注意“一正、二定、三相等”,对于“三相等”的理解不能流于形式,要搞懂其真正含义,三相等就是要检查等号能否取到,取等号时字母有没有解,检查取等号时自变量的取值在不在允许的范围内,若在则应用基本不等式解决问题,不在则利用单调性求最值;若可在可不在,必须进行讨论,分别处理.如果使用一次基本不等式不能解决问题,则可以多次使用基本不等式,但必须保证等号能够同时取到.
五、有解、恒成立问题考查凸显方法性
不等式恒成立(有解)问题在近几年高考以及各种调研考试中经常出现.这类问题既含参变量又含自变量,具有形式灵活、思维性强、知识交汇点多等特点,综合性强.同时将抽象的数学语言进行灵活地转化,是学生学习的一个难点,又是高考命题中的一个热点.
例6若不等式|ax3—lnx|≥1对任意x∈(0,1]都成立,则实数a取值范围是 .
解:显然x=1时,有|a|≥1,a≤—1或a≥1.令g(x)=ax3—lnx,g′(x)=3ax2—1x=3ax3—1x
①当a≤—1时,对任意x∈(0,1],g′(x)=3ax3—1x<0,g(x)在(0,1]上递减,g(x)min=g(1)=a≤—1,此时g(x)∈[a,+∞),|g(x)|的最小值为0,不适合题意.
②当a≥1时,对任意x∈(0,1],g′(x)=3ax3—1x=0x=313a
|g(x)|的最小值为g(313a)=13+13ln(3a)≥1,解得:a≥e23.故所求a≥e23.
点评:本题在处理恒成立问题时通过特殊值x=1使不等式成立,缩小了参数a的范围,避免了不必要的讨论.在处理恒成立问题时注意通过一般到特殊,再由特殊到一般的辩证法思想去思考,尽可能地缩小参数的范围,这样在解题时可减少讨论,甚至不用讨论.
六、推理与证明考查凸显思维性
“推理与证明”是数学的基本思维过程,推理与证明贯穿于高中数学的整个体系,它的学习是新课标教材的一个亮点,是对以前所学知识与方法的总结、归纳,并对后继学习起到引领的作用.
例7在直角△ABC中,两直角边的长分别为a,b,斜边上的高位h,则1h2=1a2+1b2;推广到空间,三棱锥PABC中PA、PB、PC两两互相垂直,PA、PB、PC的长分别为a,b,c,P到面ABC的距离为h,则a,b,c,h满足的式子为:___________.
方法一:在直角△ABC中,两直角边的长分别为a,b,斜边上的高位h,则1h2=1a2+1b2;此结论是利用等面积计算得到的结果;在空间可利用等体积得到等式;三棱锥PABC中PA、PB、PC两两互相垂直,PA、PB、PC的长分别为a,b,c,P到面ABC的距离为h,所以AB=a2+b2,BC=b2+c2,AC=a2+c2,利用余弦定理及三角公式可得S△ABC=12a2b2+b2c2+c2a2,由VPABC=VAPBCa2b2+b2c2+c2a2h=abc,可推出(a2b2+b2c2+c2a2)h2=a2b2c21h2=1a2+1b2+1c2
方法二:过P点作PO⊥面ABC,垂足为O,连接CO并延长交AB于D,连接PD,由题意可证PC⊥面PABPC⊥PD,AB⊥PD,设PD=h1,在直角三角形PAB中可得1h21=1a2+1b2;在直角三角形PDC中可得1h2=1h21+1c21h2=1a2+1b2+1c2
点评:方法一是将平面上获得结论的方法类比移用到空间立体图形中,方法二是将空间问题转化为平面问题来解决的.上述两种方法在解决类比推理问题时实用有效.
不等式、推理与证明的考查更多的是与其他章节相结合,进行综合考查,强调知识的综合和内在联系,加大数学思想方法的考查力度.在高三数学复习时应加强这方面训练,提高应用意识,总结应用规律,才能真正提高解决问题的能力.
(作者:孙小龙,如皋市第二中学)
一、“不等式”考查凸显多样性
例1已知函数f(x)=log2x,x>02x,x≤0则满足不等式f(f(x))>1的x的取值范围是___________.
解:由f(x)>1x>0log2x>1或x≤02x>1x>2,所以f(f(x))>1可得f(x)>2
x>0log2x>2或x≤02x>2x>4,从而满足不等式f(f(x))>1的x的取值范围是x>4.
点评:本题为一道解不等式题,解不等式的考查多以分段函数为主,在解题时要将不等式等价转化为不等式组来解,如能在解题时多注意观察,则能化繁为简.此题中当x≤0时2x≤1,从而由f(x)>2可直接转化为x>0log2x>2.
例2各项均为正偶数的数列a1,a2,a3,a4中,前三项依次成公差为d(d>0)的等差数列,后三项依次成公比为q的等比数列,若a4—a1=88,则q的所有可能的值构成的集合为___________.
解:设a1,a1+d,a1+2d,a1+88,其中a1,d均为正偶数,则(a1+2d)2=(a1+d)(a1+88),
整理得a1=4d(22—d)3d—88>0,所以(d—22)(3d—88)<0,即22
点评:本题通过挖掘隐含条件,建立不等式夹出d的所有可能的取值,一一列举就能得到答案.这种利用隐含条件建立不等式破解问题的题目屡见不鲜.
二、一元二次不等式考查凸显灵活性
一元二次不等式、一元二次方程、二次函数三者之间紧密相连,在解题时要灵活地进行三者之间的相互转化,寻找理解的最佳切入点,寻求解决问题的最佳突破口.
例3已知a1,b1,c1,a2,b2,c2均为非零实数,不等式a1x2+b1x+c1>0和a2x2+b2x+c2>0的解集分别为集合M和P,那么“a1a2=b1b2=c1c2”是“M=P”的___________条件.
分析:当a1a2=b1b2=c1c2时,若a1·a2<0,则M≠P;当M=P时,若M=P=R时,c1和c2在允许的范围内可随意变动,所以a1a2=b1b2=c1c2不一定成立.所以“a1a2=b1b2=c1c2”是“M=P”的既不充分也不必要条件.
点评:此题全方位地考查了一元二次不等式的解法,既包括二次项系数的正负,也包括Δ的正负,既要考虑一般情况,又要注意特殊情况,稍有不慎,极易因考虑不全导致错误.
三、线性规划考查凸显载体性
例4设实数n≤6,若不等式2xm+(2—x)n—8≥0对任意x∈[—4,2]都成立,则m4—n4m3n的最小值为___________.
解:不等式可化为(2m—n)x+2n—8≥0,由题意可得(2m—n)(—4)+2n—8≥0(2m—n)×2+2n—8≥03n—4m—4≥0m≥2n≤6
令n=y,m=x,yx=t,则3y—4x—4≥0x≥2y≤6表示的平面区域如图
yx表示区域内的点与坐标原点连线的斜率,可求yx∈[127,3]即t∈[127,3],m4—n4m3n=mn—(nm)3=1t—t3,因为函数1t—t3在[127,3]上单调递减,所以当t=3时1t—t3取得最小值—803即m4—n4m3n的最小值为—803.
点评:本题通过对m4—n4m3n的化简、换元、求导将问题转化为求区域内的点与坐标原点连线的斜率.此题巧妙的将线性规划问题与函数导数结合起来了.
四、基本不等式考查凸显意识性
例5在某次水下考古活动中,需要潜水员潜入水深为30米的水底进行作业.其用氧量包含3个方面:①下潜时,平均速度为v(米/单位时间),单位时间内用氧量为cv2(c为正常数);②在水底作业需5个单位时间,每个单位时间用氧量为0.4;③返回水面时,平均速度为v2(米/单位时间),单位时间用氧量为02.记该潜水员在此次考古活动中,总用氧量为y.(1)将y表示为v的函数;(2)设0
(2)y=30cv+2+12v≥2+230cv×12v=2+1210c,当且仅当30cv=12v,即v=25c时取等号.
当25c≤5,即c≥2125时,v=25c时,y的最小值为2+1210c.
当25c>5,即0
不等式恒成立(有解)问题在近几年高考以及各种调研考试中经常出现.这类问题既含参变量又含自变量,具有形式灵活、思维性强、知识交汇点多等特点,综合性强.同时将抽象的数学语言进行灵活地转化,是学生学习的一个难点,又是高考命题中的一个热点.
例6若不等式|ax3—lnx|≥1对任意x∈(0,1]都成立,则实数a取值范围是 .
解:显然x=1时,有|a|≥1,a≤—1或a≥1.令g(x)=ax3—lnx,g′(x)=3ax2—1x=3ax3—1x
①当a≤—1时,对任意x∈(0,1],g′(x)=3ax3—1x<0,g(x)在(0,1]上递减,g(x)min=g(1)=a≤—1,此时g(x)∈[a,+∞),|g(x)|的最小值为0,不适合题意.
②当a≥1时,对任意x∈(0,1],g′(x)=3ax3—1x=0x=313a
|g(x)|的最小值为g(313a)=13+13ln(3a)≥1,解得:a≥e23.故所求a≥e23.
点评:本题在处理恒成立问题时通过特殊值x=1使不等式成立,缩小了参数a的范围,避免了不必要的讨论.在处理恒成立问题时注意通过一般到特殊,再由特殊到一般的辩证法思想去思考,尽可能地缩小参数的范围,这样在解题时可减少讨论,甚至不用讨论.
六、推理与证明考查凸显思维性
“推理与证明”是数学的基本思维过程,推理与证明贯穿于高中数学的整个体系,它的学习是新课标教材的一个亮点,是对以前所学知识与方法的总结、归纳,并对后继学习起到引领的作用.
例7在直角△ABC中,两直角边的长分别为a,b,斜边上的高位h,则1h2=1a2+1b2;推广到空间,三棱锥PABC中PA、PB、PC两两互相垂直,PA、PB、PC的长分别为a,b,c,P到面ABC的距离为h,则a,b,c,h满足的式子为:___________.
方法一:在直角△ABC中,两直角边的长分别为a,b,斜边上的高位h,则1h2=1a2+1b2;此结论是利用等面积计算得到的结果;在空间可利用等体积得到等式;三棱锥PABC中PA、PB、PC两两互相垂直,PA、PB、PC的长分别为a,b,c,P到面ABC的距离为h,所以AB=a2+b2,BC=b2+c2,AC=a2+c2,利用余弦定理及三角公式可得S△ABC=12a2b2+b2c2+c2a2,由VPABC=VAPBCa2b2+b2c2+c2a2h=abc,可推出(a2b2+b2c2+c2a2)h2=a2b2c21h2=1a2+1b2+1c2
方法二:过P点作PO⊥面ABC,垂足为O,连接CO并延长交AB于D,连接PD,由题意可证PC⊥面PABPC⊥PD,AB⊥PD,设PD=h1,在直角三角形PAB中可得1h21=1a2+1b2;在直角三角形PDC中可得1h2=1h21+1c21h2=1a2+1b2+1c2
点评:方法一是将平面上获得结论的方法类比移用到空间立体图形中,方法二是将空间问题转化为平面问题来解决的.上述两种方法在解决类比推理问题时实用有效.
不等式、推理与证明的考查更多的是与其他章节相结合,进行综合考查,强调知识的综合和内在联系,加大数学思想方法的考查力度.在高三数学复习时应加强这方面训练,提高应用意识,总结应用规律,才能真正提高解决问题的能力.
(作者:孙小龙,如皋市第二中学)