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【摘要】解抽象不等式利用函数的单调性脱去对应法则“f”;解具体不等式灵活利用函数的单调性简化计算、避开复杂的分类讨论;利用函数的单调性证明不等式。
【关键词】函数 单调性 不等式 抽象 具体 赋值
函数的单调性是高考的重点和热点内容之一,特别是单调性质的应用更加突出。而函数的单调性、不等式都是高中生的难点。在不等式中合理且灵活利用函数的单调性,会给解决问题带来许多方便,从而避开复杂的计算和繁琐的分类讨论。下面就以下几种题型,谈谈函数单调性在不等式中的应用。
1.利用函数的单调性解抽象不等式
例1:已知奇函数f(x)是定义在(-3,3)上的减函数,且满足不等式f(x-3)+f(x2-3)<0,求x的范围。
解:∵f(x)是奇函数,∴f(x-3)<-f(x2-3)=f(3-x2),又f(x)在(-3,3)上是减函数,
〖JB({〗-33-x2〖JB)〗 ,解得2 所以 的范围是{x|2 评析:解抽象不等式通性通法是:利用用函数的单调性定义的逆用脱去对应法则“f”,解此类问题时,千万不能忽视函数的定义域。
例题2:已知函数f(x) 的定义域为 (-∞, 0)∪(0, +∞), 且满足条件:
①f(xy)=f(x)+f(y), ② f(2)=1, ③ 当x>1时, f(x)>0.
(1)求证:f(x)为偶函数;(2)讨论函数的单调性;(3)求不等式f(x)+f(x-3)≤2的解集.
解:(1) (2) 解题过程略:f(x)在 (0, +∞) 上是增函数,f(x)在(-∞, 0) 上是减函数
(3)解: ∵f[x(x-3)]=f(x)+f(x-3)≤2 ,
由 ①、② 得2=1+1=f(2) +f(2)=f(4)=f(-4)
1)当时x(x-3)>0 ,即x>3或x<0, ∵f(x) 在 (0, +∞) 上为增函数,
∴由f[x(x-3)]≤f(4) 得:x(x-3)≤4 ,解得3 2) 当时x(x-3)<0 ,即0 ∴由f[x(x-3)] ≤f(-4) 得x(x-3)≥-4 ,解得0 综上所述:原不等式的解集为:[-1,00∪(0,3)∪(3,4]
法二 :原不等式等价于f[|x(x-3)|]≤f(4)(x≠0,x≠3)), 由f(x) 在 (0, +∞) 上为增函数得:|x(x-3)|≤4 , 解得原不等式的解集为:[-1,0)∪(0,3)∪(3,4]
评析: 抽象函数问题是函数学习中一类比较特殊的问题, 其基本方法是赋值法, 应熟练掌握;此题利用若f(x)为偶函数,则f(|x|)=f(x) 的性质简便的多。
2.在具体不等式中,灵活利用函数的单调性会收到预想不到的效果
例3:函数f(x)=1-〖SX(〗2〖〗2x+1〖SX)〗 (x∈R)
(1)判断函数的奇偶性;
(2)用定义证明: 在 上是单调递增函数;
(3)若f(k·3x)+f(3x-9x-2)<0 对任意x∈R恒成立,求实数k的取值范围.
解:第(1)(2)问略
(3)原不等式可化为:f(k·3x) <-f(3x-9x-2)=f(9x-33+2)
由(2)得f(x) 在R 上是单调递增函数,所以
〖JP3〗k·3x<-3x+9x+2 ,即k<3x+〖SX(〗2〖〗3x〖SX)〗 -1,u=3x+〖SX(〗2〖〗3x〖SX)〗-1≥2〖KF(〗2〖KF)〗-1,
要使得对x∈R 不等式k<3x+〖SX(〗2〖〗3x〖SX)〗-1恒成立,只要 k<2〖KF(〗2〖KF)〗-1
所以,实数 的取值范围为:k<2〖KF(〗2〖KF)〗-1
评析:此题虽然函数是具体函数,但如果将k·3x与3x-9x代入f(x)去掉对应法则“f”计算量很大,而利用函数的单调性去掉对应法则,从而简化了运算。
例4:已知函数f(x)=〖JB({〗x2+1,x≥01,x<0〖JB)〗,满足不等式f(1-x2) >f(2x)的x的取值范围。
解法一:当x=-1 时,1-x2=0 ,则f(0)=1 ,f(-2)=1无解;
当-10,f(1-x2)>f(2x) 化为(1-x2)2+1>1 ,恒成立,
当00原不等式化为 (1-x2)2+1>(2x)2+1,
∴0 当1-x2<0时,无解.
综上知: x∈(-1,〖KF(〗2〖KF)〗-1)
解法二:画出函数f(x)〖JB({〗x2+1,x≥01,x<0〖JB)〗 图象
〖TP11.TIF;%40%40,Y〗由图象可知,若f(1-x2)>f(2x) ,
则〖JB({〗1-x2>01-x2>2x〖JB)〗 ,
即〖JB({〗-1 得x∈(-1,〖KF(〗2〖KF)〗-1)
评析:两种方法对比,第二种方法利用函数图象,探究函数的单调性,很巧妙的回避了学生的难点即分类讨论,更简单,更方便。此题方法上较为隐蔽,不是一下子就会想到用单调性去解,要具备这样的能力,平常时要注意一题多解及方法的积累。
3.利用函数的单调性,证明不等式
例5:证明:Inx 解:设f(x)=Inx-x,∴f'(x)=〖SX(〗1〖〗x〖SX)〗 -1
由f'(x)=0,得x=1
所以,当x∈(0,1),f'(x)>0,函数f(x)单调递增;
当x∈(1,+∞),f'(x)<0, 函数f(x)单调递减。
∴f(x)max=f(1)=-1<0,∴f(x)=Inx-x<0
即Inx 评析:利用函数的单调性证明不等式,解决函数恒成立问题也是常见的题型。此类问题通常是利用导数研究函数的单调性,从而问题得以解决。
总之:利用函数的单调性解决不等式的有关问题时,不仅要掌握常见题的通性通法,而且要灵活运用。解决一些具体函数或者具体不等式时,当计算量大或者过程较复杂时,可以换一种思路,考虑利用函数的单调性会取得预想不到的效果。
【关键词】函数 单调性 不等式 抽象 具体 赋值
函数的单调性是高考的重点和热点内容之一,特别是单调性质的应用更加突出。而函数的单调性、不等式都是高中生的难点。在不等式中合理且灵活利用函数的单调性,会给解决问题带来许多方便,从而避开复杂的计算和繁琐的分类讨论。下面就以下几种题型,谈谈函数单调性在不等式中的应用。
1.利用函数的单调性解抽象不等式
例1:已知奇函数f(x)是定义在(-3,3)上的减函数,且满足不等式f(x-3)+f(x2-3)<0,求x的范围。
解:∵f(x)是奇函数,∴f(x-3)<-f(x2-3)=f(3-x2),又f(x)在(-3,3)上是减函数,
〖JB({〗-3
例题2:已知函数f(x) 的定义域为 (-∞, 0)∪(0, +∞), 且满足条件:
①f(xy)=f(x)+f(y), ② f(2)=1, ③ 当x>1时, f(x)>0.
(1)求证:f(x)为偶函数;(2)讨论函数的单调性;(3)求不等式f(x)+f(x-3)≤2的解集.
解:(1) (2) 解题过程略:f(x)在 (0, +∞) 上是增函数,f(x)在(-∞, 0) 上是减函数
(3)解: ∵f[x(x-3)]=f(x)+f(x-3)≤2 ,
由 ①、② 得2=1+1=f(2) +f(2)=f(4)=f(-4)
1)当时x(x-3)>0 ,即x>3或x<0, ∵f(x) 在 (0, +∞) 上为增函数,
∴由f[x(x-3)]≤f(4) 得:x(x-3)≤4 ,解得3
法二 :原不等式等价于f[|x(x-3)|]≤f(4)(x≠0,x≠3)), 由f(x) 在 (0, +∞) 上为增函数得:|x(x-3)|≤4 , 解得原不等式的解集为:[-1,0)∪(0,3)∪(3,4]
评析: 抽象函数问题是函数学习中一类比较特殊的问题, 其基本方法是赋值法, 应熟练掌握;此题利用若f(x)为偶函数,则f(|x|)=f(x) 的性质简便的多。
2.在具体不等式中,灵活利用函数的单调性会收到预想不到的效果
例3:函数f(x)=1-〖SX(〗2〖〗2x+1〖SX)〗 (x∈R)
(1)判断函数的奇偶性;
(2)用定义证明: 在 上是单调递增函数;
(3)若f(k·3x)+f(3x-9x-2)<0 对任意x∈R恒成立,求实数k的取值范围.
解:第(1)(2)问略
(3)原不等式可化为:f(k·3x) <-f(3x-9x-2)=f(9x-33+2)
由(2)得f(x) 在R 上是单调递增函数,所以
〖JP3〗k·3x<-3x+9x+2 ,即k<3x+〖SX(〗2〖〗3x〖SX)〗 -1,u=3x+〖SX(〗2〖〗3x〖SX)〗-1≥2〖KF(〗2〖KF)〗-1,
要使得对x∈R 不等式k<3x+〖SX(〗2〖〗3x〖SX)〗-1恒成立,只要 k<2〖KF(〗2〖KF)〗-1
所以,实数 的取值范围为:k<2〖KF(〗2〖KF)〗-1
评析:此题虽然函数是具体函数,但如果将k·3x与3x-9x代入f(x)去掉对应法则“f”计算量很大,而利用函数的单调性去掉对应法则,从而简化了运算。
例4:已知函数f(x)=〖JB({〗x2+1,x≥01,x<0〖JB)〗,满足不等式f(1-x2) >f(2x)的x的取值范围。
解法一:当x=-1 时,1-x2=0 ,则f(0)=1 ,f(-2)=1无解;
当-1
当0
∴0
综上知: x∈(-1,〖KF(〗2〖KF)〗-1)
解法二:画出函数f(x)〖JB({〗x2+1,x≥01,x<0〖JB)〗 图象
〖TP11.TIF;%40%40,Y〗由图象可知,若f(1-x2)>f(2x) ,
则〖JB({〗1-x2>01-x2>2x〖JB)〗 ,
即〖JB({〗-1
评析:两种方法对比,第二种方法利用函数图象,探究函数的单调性,很巧妙的回避了学生的难点即分类讨论,更简单,更方便。此题方法上较为隐蔽,不是一下子就会想到用单调性去解,要具备这样的能力,平常时要注意一题多解及方法的积累。
3.利用函数的单调性,证明不等式
例5:证明:Inx
由f'(x)=0,得x=1
所以,当x∈(0,1),f'(x)>0,函数f(x)单调递增;
当x∈(1,+∞),f'(x)<0, 函数f(x)单调递减。
∴f(x)max=f(1)=-1<0,∴f(x)=Inx-x<0
即Inx
总之:利用函数的单调性解决不等式的有关问题时,不仅要掌握常见题的通性通法,而且要灵活运用。解决一些具体函数或者具体不等式时,当计算量大或者过程较复杂时,可以换一种思路,考虑利用函数的单调性会取得预想不到的效果。