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函数不等式恒成立求参数取值范围问题,是近年新课标高考的一类题型,这类题在高考中,常处于后两题的位置,学生解答感觉吃力,失分严重,甚是可惜但其实这类题型难度并不算大,解法有规律可循,经过适当训练完全可以拿到满分
一、控制端点法
若不等式f(x)≥0(或≤0)在x∈[m,n]上恒成立,且f(x)是[m,n]上的单调函数或开口向下(或向上)的抛物线时,则可通过控制端点的函数值,组成不等式组,求出所含参数的范围
即若f(x)≥0(或≤0)在x∈[m,n]上恒成立,则
例1(2008年全国21题)已知函数f(x)=x3+ax2+x+1,a∈R,设函数f(x)在区间
(-23,-13)内是减函数,求
a的取值范围
分析:本题表面上没有“恒成立”字眼,但由题知,f(x)在区间
(-23,-13)内是减函数,等价于
上恒成立,而f ′(x)=3x2+2ax+1,它是开口向上的抛物线,故由
点评:本法适用于:在有限区间内,(1)单调函数恒非正(或负)问题;(2)开口向上(或下)的一元二次不等式恒小于0(或大于0)问题
二、比高法
对于恒成立的不等式,若能将参数分离出来,单独置于不等式一边,其余项放在另一边,形成m≥f(x)(或m≤f(x))结构, 此时m可看成一个人,f(x)视为一群人,而一个人要不小于一群人,只需不小于最大者,故可由m≥f(x)max (或m≤
′(x)分别是f(x)和g(x)的导数,若
f ′(x)g′(x)≥0
在区间Ⅰ上恒成立,则称f(x)和g(x)在Ⅰ上单调性一致(1)设
a>0,若f(x)和g(x)在区间[-1,+∞)上单调性一致,求b的取值范围
中,很容易把b分离出来,故可用比高法,得
点评:本法适用于:参数比较容易分离,且函数能求出最值的问题
三、区间包含法
形如f(x)≥0(或
f(x)≤0)在x∈(a,b)内恒成立,且f(x)为单调函数的问题,可先求出f(x)单调区间
(c,d),再将 (a,b)作为
(c,d)的子集,建立不等式,求出参数的取值范围
例3 (2008年陕西22题) 函数f(x)=
x3+ax2-a2x+1,g(x)=ax2-2x+1,a≠0,若f(x)与g(x)在区间(a,a+2)内均为增函数,求a的取值范围
分析:本题等价转化为:
f ′(x)=3x2+2ax-a2≥0
在(a,a+2)内恒成立,而求a的范围由于f ′(x)图象开口向上,故无法象例1那样采用控制端点法,而只能按对称轴的位置进行分类讨论,这样,问题的求解便陷入复杂化,所以采用区间包含法当a>0时,f(x)增区间为(a/3,+∞),g(x)增区间为(1/a,+∞)因为(a,a+2)为它们的子集,所以
a≥a/3且a≥1/a,得a≥1;当a<0时,f(x)增区间为(-∞,a3),g(x)增区间为(-∞,1a),同理有:
a+2≤a3且a+2≤1a,得
a≤-3故a的取值范围是(-∞,-3]∪[1,+∞)
点评:本法适用于能求出单调区间的函数单调性问题
四、函数最值法
形如f(x)≥0(或f(x)≥0)在x∈D内恒成立问题,可由f(x)min
≥0
(或f(x)max≤0),求出参数的取值范围本法与比高法的不同之处是:比高法要先分离参数再求最值,而本法只需求最值,无需分离参数
例4(2010年全国新课标21题) 函数f(x)=x(ex-1)-ax2,若x≥0时,f(x)≥0,求a的取值范围
分析:从题设看,似乎可用比高法
因为x≥0,所以x(ex -1)-ax2≥0ex-1-ax≥0当x>0时,
g(x)min,比高法受挫其次,本题恒成立的区间不是有限区间,所以也无法用控制端点法另外,因本题无法求出单调区间,故不能采用区间包含法,至此,有山重水复疑无路之感前面比高法之所以失败,是因为在分离参数时,将整式原函数变为了分式函数,而分式函数难求最值所致如果不分离参数,而直接求整式函数的最值,则本题便易于破解,这正是函数最值法的魅力
因为x≥0,所以x(ex – 1)-ax2≥0ex-1-ax≥0设
五、判别式法
对于a>0(或a<0),f(x)=ax2+bx+c,若f(x)≥0(或≤0)在R上恒成立问题,可通过判别式Δ≤0,求出参数的取值范围
例5p: f (x)=x3+2x2+mx+1在R内递增,q:
m≥8xx2+4
对任意x>0恒成立,则p是q的( )
(A) 充分不必要条件
(B) 必要不充分条件
(C) 充要条件
(D) 既不充分也不必要条件
分析:对于p, f ′(x)=3x2+4x+m≥0,在R上恒成立,符合判别式法使用的条件,则通过Δ≤0,得
m≥43对于q,显然用比高法,
因为8xx2+4
点评:对于a≠0,f(x)=ax2+bx+c≥0(≤0)在R上恒成立问题可用此
法
六、综合法
有些恒成立不等问题,情况复杂,无法只用一种方法解决,此时应综合运用上述各种方法,以及分类讨论法,判别式法等共同加以解决,方能奏效
例6(2010年全国卷一21题) 函数f(x)=3ax4-2(3a+1)x2+4x,若f(x)在(-1,1)是增函数,求a的取值范围
分析:依题意f ′(x)≥0在(-1,1)内恒成立
f ′(x)=4(x-1)(3ax2+3ax-1),因为x<1,
所以f ′(x)≥03ax2+3ax-1≤0设
g(x)=3ax2+3ax-1,因为a
值不定,故采用分类讨论法当a=0时,-1≤0成立当a>0时,用控制端点法,由
x=-12∈(-1,1),所以可用判别式法,则Δ=9a2+12a≤0,得
-43
≤a≤0
综上得a的取值范围是
[-43,16]
点评:因例6导函数复杂,故分别运用了分类讨论法、控制端点法、判别式法进行作答本法适用于:导函数对应的类型有多种情况,每种情况需用不同方法来处理的问题
上述几种解法极具征对性,专为高考中的此类恒成立问题量身订做,作用于近几年高考题,无一不有效破解故只要我们在解答此类问题时,认真分析函数所属类型,选用上述相应的实用解法,必轻松应对
广东省恩平市第一中学 (529400 )
一、控制端点法
若不等式f(x)≥0(或≤0)在x∈[m,n]上恒成立,且f(x)是[m,n]上的单调函数或开口向下(或向上)的抛物线时,则可通过控制端点的函数值,组成不等式组,求出所含参数的范围
即若f(x)≥0(或≤0)在x∈[m,n]上恒成立,则
例1(2008年全国21题)已知函数f(x)=x3+ax2+x+1,a∈R,设函数f(x)在区间
(-23,-13)内是减函数,求
a的取值范围
分析:本题表面上没有“恒成立”字眼,但由题知,f(x)在区间
(-23,-13)内是减函数,等价于
上恒成立,而f ′(x)=3x2+2ax+1,它是开口向上的抛物线,故由
点评:本法适用于:在有限区间内,(1)单调函数恒非正(或负)问题;(2)开口向上(或下)的一元二次不等式恒小于0(或大于0)问题
二、比高法
对于恒成立的不等式,若能将参数分离出来,单独置于不等式一边,其余项放在另一边,形成m≥f(x)(或m≤f(x))结构, 此时m可看成一个人,f(x)视为一群人,而一个人要不小于一群人,只需不小于最大者,故可由m≥f(x)max (或m≤
′(x)分别是f(x)和g(x)的导数,若
f ′(x)g′(x)≥0
在区间Ⅰ上恒成立,则称f(x)和g(x)在Ⅰ上单调性一致(1)设
a>0,若f(x)和g(x)在区间[-1,+∞)上单调性一致,求b的取值范围
中,很容易把b分离出来,故可用比高法,得
点评:本法适用于:参数比较容易分离,且函数能求出最值的问题
三、区间包含法
形如f(x)≥0(或
f(x)≤0)在x∈(a,b)内恒成立,且f(x)为单调函数的问题,可先求出f(x)单调区间
(c,d),再将 (a,b)作为
(c,d)的子集,建立不等式,求出参数的取值范围
例3 (2008年陕西22题) 函数f(x)=
x3+ax2-a2x+1,g(x)=ax2-2x+1,a≠0,若f(x)与g(x)在区间(a,a+2)内均为增函数,求a的取值范围
分析:本题等价转化为:
f ′(x)=3x2+2ax-a2≥0
在(a,a+2)内恒成立,而求a的范围由于f ′(x)图象开口向上,故无法象例1那样采用控制端点法,而只能按对称轴的位置进行分类讨论,这样,问题的求解便陷入复杂化,所以采用区间包含法当a>0时,f(x)增区间为(a/3,+∞),g(x)增区间为(1/a,+∞)因为(a,a+2)为它们的子集,所以
a≥a/3且a≥1/a,得a≥1;当a<0时,f(x)增区间为(-∞,a3),g(x)增区间为(-∞,1a),同理有:
a+2≤a3且a+2≤1a,得
a≤-3故a的取值范围是(-∞,-3]∪[1,+∞)
点评:本法适用于能求出单调区间的函数单调性问题
四、函数最值法
形如f(x)≥0(或f(x)≥0)在x∈D内恒成立问题,可由f(x)min
≥0
(或f(x)max≤0),求出参数的取值范围本法与比高法的不同之处是:比高法要先分离参数再求最值,而本法只需求最值,无需分离参数
例4(2010年全国新课标21题) 函数f(x)=x(ex-1)-ax2,若x≥0时,f(x)≥0,求a的取值范围
分析:从题设看,似乎可用比高法
因为x≥0,所以x(ex -1)-ax2≥0ex-1-ax≥0当x>0时,
g(x)min,比高法受挫其次,本题恒成立的区间不是有限区间,所以也无法用控制端点法另外,因本题无法求出单调区间,故不能采用区间包含法,至此,有山重水复疑无路之感前面比高法之所以失败,是因为在分离参数时,将整式原函数变为了分式函数,而分式函数难求最值所致如果不分离参数,而直接求整式函数的最值,则本题便易于破解,这正是函数最值法的魅力
因为x≥0,所以x(ex – 1)-ax2≥0ex-1-ax≥0设
五、判别式法
对于a>0(或a<0),f(x)=ax2+bx+c,若f(x)≥0(或≤0)在R上恒成立问题,可通过判别式Δ≤0,求出参数的取值范围
例5p: f (x)=x3+2x2+mx+1在R内递增,q:
m≥8xx2+4
对任意x>0恒成立,则p是q的( )
(A) 充分不必要条件
(B) 必要不充分条件
(C) 充要条件
(D) 既不充分也不必要条件
分析:对于p, f ′(x)=3x2+4x+m≥0,在R上恒成立,符合判别式法使用的条件,则通过Δ≤0,得
m≥43对于q,显然用比高法,
因为8xx2+4
点评:对于a≠0,f(x)=ax2+bx+c≥0(≤0)在R上恒成立问题可用此
法
六、综合法
有些恒成立不等问题,情况复杂,无法只用一种方法解决,此时应综合运用上述各种方法,以及分类讨论法,判别式法等共同加以解决,方能奏效
例6(2010年全国卷一21题) 函数f(x)=3ax4-2(3a+1)x2+4x,若f(x)在(-1,1)是增函数,求a的取值范围
分析:依题意f ′(x)≥0在(-1,1)内恒成立
f ′(x)=4(x-1)(3ax2+3ax-1),因为x<1,
所以f ′(x)≥03ax2+3ax-1≤0设
g(x)=3ax2+3ax-1,因为a
值不定,故采用分类讨论法当a=0时,-1≤0成立当a>0时,用控制端点法,由
x=-12∈(-1,1),所以可用判别式法,则Δ=9a2+12a≤0,得
-43
≤a≤0
综上得a的取值范围是
[-43,16]
点评:因例6导函数复杂,故分别运用了分类讨论法、控制端点法、判别式法进行作答本法适用于:导函数对应的类型有多种情况,每种情况需用不同方法来处理的问题
上述几种解法极具征对性,专为高考中的此类恒成立问题量身订做,作用于近几年高考题,无一不有效破解故只要我们在解答此类问题时,认真分析函数所属类型,选用上述相应的实用解法,必轻松应对
广东省恩平市第一中学 (529400 )