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【摘要】在教学当中,通过对学生的考查,发现在解不等式、利用基本不等式求最值时易出现错误,现整理归类分析
【关键词】不等式性质,解不等式,等价变形,基本不等式,等号成立条件
《普通高中数学课程标准》把不等式作为刻画现实世界中不等关系的教学工具,刻画不等关系的一种数学模型,而不是从数学到数学的纯理论探讨。笔者在教学当中发现,学生在利用不等式的性质、基本不等式求最值解题时,会出现很多类似的错误,现给予归纳分析。
1.取倒数时,忽视左右的符号
例1:解不等式〖SX(〗1〖〗x-1〖SX)〗<1.
错解:原不等式等价于x-1>0.
方法1:由于可能为正,也可能为负,故原不等式同解于0<〖SX(〗1〖〗x-1〖SX)〗<1或〖SX(〗1〖〗x-1〖SX)〗<0,再同时取倒数(改变方向),即x-1>1或x-1<0,即x>2或x<1.
方法2:原不等式等价于〖SX(〗1〖〗x-1〖SX)〗-1<0,整理得〖SX(〗2-x〖〗x-1〖SX)〗<0,等价于(x-1)(2-x)<0,解得x>2或x<1.
2.认为同向不等式可加,放宽了不等式中变量的约束条件
例2:设f(x)=ax2+bx,且-1≤f(-1)≤2,2≤f(1)≤4,求f(-2)的取值范围.(高中数学必修5北师大版)
错解:依题意得〖JB({〗1≤a-b≤2,(1)2≤a+b≤4,(2)〖JB)〗 ∴〖JB({〗〖SX(〗3〖〗2〖SX)〗≤a≤3,(3)0≤b≤〖SX(〗3〖〗2〖SX)〗,(4)〖JB)〗
又f(-2)=4a-2b,∴3≤f(-2)≤12 .
分析:由(1),(2)加减消元得(3),(4)时,不是等价变形,致使f(-2) 范围扩大.
方法1:由f(-1)=a-b,f(1)=a+b得
从而〖JB({〗a=〖SX(〗f(1)+f(-1)〖〗2〖SX)〗b=〖SX(〗f(1)-f(-1)〖〗2〖SX)〗〖JB)〗 从而f(-2)=4a-2b=f(1)+3f(-1)
又-1≤f(-1)≤2,2≤f(1)≤4
∴f≤f(-2)≤10.
方法2:(待定系数法)
令f(-2)=4a-2b=mf(-1)+nf(1)=(m+n)a+(m-n)b
∴〖JB({〗m+n=4m-n=2〖JB)〗 即 ∴〖JB({〗m=3n=1〖JB)〗
则f(-2)=3f(-1)+f(1),下同正解1.
方法3:(利用简单线性规划)
〖TP000.TIF;%40%40,Y〗由题意得〖JB({〗1≤a-b≤22≤a+b≤4〖JB)〗 ,
令z=f(-2)=4a-2b,求f(-2)的取值范围转化为
求目标函数z=4a-2b在约束条件〖JB({〗1≤a-b≤22≤a+b≤4〖JB)〗 下的最值.
∴5≤z≤10,即5≤f(-2)≤10 .
已知f(x)=ax2-c,且-4≤a-c≤-1,-2≤f(2)≤5,求f(x)的取值范围.
3.利用平均不等式时忽视等号成立的条件
例3:某工厂拟造一座平面为长方形,且面积为200m2的三级污水处理池,由于地形限制,长、宽都不能超过16m,处理池的高度一定,如果四周为池造价为400/m ,两道隔墙造价为248/m,池底造价为80/m,那么如何设计污水池的长和宽,才能使总造价最低?(高中数学必修5北师大版)
错解:设长、宽分别为a/m,b/m,总造价为y元,则ab=200,0 y=400(2a+2b)+248×2b+80×200
=800a+1296b+1600
=800a+1296·〖SX(〗200〖〗a〖SX)〗+16000(0 ∴y≥16000+2〖KF(〗800a·(1296·〖SX(〗200〖〗a〖SX)〗)〖KF)〗=30400
当且仅当800a=1296·〖SX(〗200〖〗a〖SX)〗,即a=324时,总造价最低.
正解:由错解中得到
y=400(2a+2b)+248×2b+80×200
=800a+1296b+1600
=800a+1296·〖SX(〗200〖〗a〖SX)〗+16000(0 由于函数是减函数,所以当a=16m,b=〖SX(〗200〖〗16〖SX)〗=12.5m时,总造价最低.
4.解不等式忽视等价变形
例4:求不等式〖SX(〗x-2〖〗x-1〖SX)〗≥0的解集.
错解:原不等式等价于(x-2)(x-1)≥0.
正解:原不等式等价于(x-2)(x-1)≥0且x-1≠0
原不等式的解集为{x|1 例5:解关于x的不等式xlogax>〖SX(〗x〖SX(〗9〖〗2〖SX)〗〖〗a2〖SX)〗(a>0,a≠0).
错解:对已知不等式两边同时取以a为底的对数,得(logax)2>〖SX(〗9〖〗2〖SX)〗logax-2,整理,得 ,解得2(logax)2-9logax+4>0,解得logax<〖SX(〗1〖〗2〖SX)〗 或logax>4.
(1)当a>1时,x>a4或0 (2)当0〖KF(〗a〖KF)〗 .
分析:由于对数函数是单调函数,当底大于1或底大于0小于1时,对数函数的单调性不同。因此,对数函数的底固定,不等号方向才固定,底不定,不等号方向不定。此类问题“应该先固定底,后取对数”。
正解:(1)当a>1时,对已知不等式两边同取以a为底的对数,得(logax)2>〖SX(〗9〖〗2〖SX)〗logax-2,由此解得x>a4 或0 (2)当0 5.恒成立的参数讨论特别是特殊值
例6:不等式(a-2)x2+2(a-2)x-4<0对于x∈R 恒成立,则a 的取值范围是( )
A.(-∞,2] B.(-2,2] C.(-2,2) D.(-∞,2)
分析:在本题当中最易出现错误的是忽视对a-2的讨论,误认为原不等式是一元二次不等式。
解:当a-2=0时,原不等式变为0·x2+0·x-4<0 ,对于x∈R 恒成立,故a=2 符合题意;当 a-2≠0时,知a-2<0 ,且[2(a-2)]2-4·(-4)·(a-2)<0 满足题设条件,解得-2 参考文献
[1] 蒋明权,马成铭. 高中数学知识问答词典. 湖南大学出版社,2010.
[2] 王尚志,戴佳珉. 普通高中课程标准实验教科书5. 北京师范大学出版社,2011.
[3] 汪香志,戴佳珉. 普通高中课程标准实验教科书5教师用书. 北京师范大学出版社,2011.
【关键词】不等式性质,解不等式,等价变形,基本不等式,等号成立条件
《普通高中数学课程标准》把不等式作为刻画现实世界中不等关系的教学工具,刻画不等关系的一种数学模型,而不是从数学到数学的纯理论探讨。笔者在教学当中发现,学生在利用不等式的性质、基本不等式求最值解题时,会出现很多类似的错误,现给予归纳分析。
1.取倒数时,忽视左右的符号
例1:解不等式〖SX(〗1〖〗x-1〖SX)〗<1.
错解:原不等式等价于x-1>0.
方法1:由于可能为正,也可能为负,故原不等式同解于0<〖SX(〗1〖〗x-1〖SX)〗<1或〖SX(〗1〖〗x-1〖SX)〗<0,再同时取倒数(改变方向),即x-1>1或x-1<0,即x>2或x<1.
方法2:原不等式等价于〖SX(〗1〖〗x-1〖SX)〗-1<0,整理得〖SX(〗2-x〖〗x-1〖SX)〗<0,等价于(x-1)(2-x)<0,解得x>2或x<1.
2.认为同向不等式可加,放宽了不等式中变量的约束条件
例2:设f(x)=ax2+bx,且-1≤f(-1)≤2,2≤f(1)≤4,求f(-2)的取值范围.(高中数学必修5北师大版)
错解:依题意得〖JB({〗1≤a-b≤2,(1)2≤a+b≤4,(2)〖JB)〗 ∴〖JB({〗〖SX(〗3〖〗2〖SX)〗≤a≤3,(3)0≤b≤〖SX(〗3〖〗2〖SX)〗,(4)〖JB)〗
又f(-2)=4a-2b,∴3≤f(-2)≤12 .
分析:由(1),(2)加减消元得(3),(4)时,不是等价变形,致使f(-2) 范围扩大.
方法1:由f(-1)=a-b,f(1)=a+b得
从而〖JB({〗a=〖SX(〗f(1)+f(-1)〖〗2〖SX)〗b=〖SX(〗f(1)-f(-1)〖〗2〖SX)〗〖JB)〗 从而f(-2)=4a-2b=f(1)+3f(-1)
又-1≤f(-1)≤2,2≤f(1)≤4
∴f≤f(-2)≤10.
方法2:(待定系数法)
令f(-2)=4a-2b=mf(-1)+nf(1)=(m+n)a+(m-n)b
∴〖JB({〗m+n=4m-n=2〖JB)〗 即 ∴〖JB({〗m=3n=1〖JB)〗
则f(-2)=3f(-1)+f(1),下同正解1.
方法3:(利用简单线性规划)
〖TP000.TIF;%40%40,Y〗由题意得〖JB({〗1≤a-b≤22≤a+b≤4〖JB)〗 ,
令z=f(-2)=4a-2b,求f(-2)的取值范围转化为
求目标函数z=4a-2b在约束条件〖JB({〗1≤a-b≤22≤a+b≤4〖JB)〗 下的最值.
∴5≤z≤10,即5≤f(-2)≤10 .
已知f(x)=ax2-c,且-4≤a-c≤-1,-2≤f(2)≤5,求f(x)的取值范围.
3.利用平均不等式时忽视等号成立的条件
例3:某工厂拟造一座平面为长方形,且面积为200m2的三级污水处理池,由于地形限制,长、宽都不能超过16m,处理池的高度一定,如果四周为池造价为400/m ,两道隔墙造价为248/m,池底造价为80/m,那么如何设计污水池的长和宽,才能使总造价最低?(高中数学必修5北师大版)
错解:设长、宽分别为a/m,b/m,总造价为y元,则ab=200,0 y=400(2a+2b)+248×2b+80×200
=800a+1296b+1600
=800a+1296·〖SX(〗200〖〗a〖SX)〗+16000(0 ∴y≥16000+2〖KF(〗800a·(1296·〖SX(〗200〖〗a〖SX)〗)〖KF)〗=30400
当且仅当800a=1296·〖SX(〗200〖〗a〖SX)〗,即a=324时,总造价最低.
正解:由错解中得到
y=400(2a+2b)+248×2b+80×200
=800a+1296b+1600
=800a+1296·〖SX(〗200〖〗a〖SX)〗+16000(0 由于函数是减函数,所以当a=16m,b=〖SX(〗200〖〗16〖SX)〗=12.5m时,总造价最低.
4.解不等式忽视等价变形
例4:求不等式〖SX(〗x-2〖〗x-1〖SX)〗≥0的解集.
错解:原不等式等价于(x-2)(x-1)≥0.
正解:原不等式等价于(x-2)(x-1)≥0且x-1≠0
原不等式的解集为{x|1
错解:对已知不等式两边同时取以a为底的对数,得(logax)2>〖SX(〗9〖〗2〖SX)〗logax-2,整理,得 ,解得2(logax)2-9logax+4>0,解得logax<〖SX(〗1〖〗2〖SX)〗 或logax>4.
(1)当a>1时,x>a4或0
分析:由于对数函数是单调函数,当底大于1或底大于0小于1时,对数函数的单调性不同。因此,对数函数的底固定,不等号方向才固定,底不定,不等号方向不定。此类问题“应该先固定底,后取对数”。
正解:(1)当a>1时,对已知不等式两边同取以a为底的对数,得(logax)2>〖SX(〗9〖〗2〖SX)〗logax-2,由此解得x>a4 或0
例6:不等式(a-2)x2+2(a-2)x-4<0对于x∈R 恒成立,则a 的取值范围是( )
A.(-∞,2] B.(-2,2] C.(-2,2) D.(-∞,2)
分析:在本题当中最易出现错误的是忽视对a-2的讨论,误认为原不等式是一元二次不等式。
解:当a-2=0时,原不等式变为0·x2+0·x-4<0 ,对于x∈R 恒成立,故a=2 符合题意;当 a-2≠0时,知a-2<0 ,且[2(a-2)]2-4·(-4)·(a-2)<0 满足题设条件,解得-2 参考文献
[1] 蒋明权,马成铭. 高中数学知识问答词典. 湖南大学出版社,2010.
[2] 王尚志,戴佳珉. 普通高中课程标准实验教科书5. 北京师范大学出版社,2011.
[3] 汪香志,戴佳珉. 普通高中课程标准实验教科书5教师用书. 北京师范大学出版社,2011.