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考查不等式问题一直被各地模考和高考所青睐,很多试卷就是以不等式问题作为填空题的压轴题来区分学生.解决不等问题、最值问题方法有很多,通解通法也很多,如基本不等式法、导数法、线性规划法、参数法、构造法等.本文试着通过“几何”法这根主线来解决一类在填空题当中的不等问题,以供大家讨论、交流.
一、题型再现
例1 (2014年南师附中)设正数a,b,c满足3a+c≤2b≤4ac,则a+b+ca-b的取值范围为.
解析:本题题目条件较多,涉及变量也较多,如何降元,又要与要求的问题统一起来,我们可以想到“变二为一”的做法,即在不等式的两边同除以一个数b.于是可得
3ab+cb≤2≤4acb2,a+b+ca-b=ab+cb+1ab-1.
如果令x=ab,y=cb,
则有3x+y≤2,
y≥14x,所以a+b+ca-b=ab+cb+1ab-1=x+y+1x-1=1+y+2x-1,
这样就转化成了线性规划问题,即(x,y)与(1,-2)两点连线的斜率再加上1.
记k=y+2x-1,所以kAB≤k≤kAC,kAB为曲线y=14x在第一象限切线的斜率,如图1.
图1
所以-5≤k≤-4,-4≤a+b+ca-b≤-3.
感悟反思:当要求的结论与题目的条件没有必然联系时,就要“挖掘”隐含条件,去剖析它们深层次的联系点.通过ab,cb整体代换之后,线性规划问题立刻浮现出来了,题目的意思也就变得明朗了,所以解题时要学会变通,找到条件与结论的“纽带”.
例2 (2014年泰州期末)已知函数f(x)=3x+a与函数g(x)=3x+2a在区间(b,c)上都有零点,则a2+2ab+2ac+4bcb2-2bc+c2的最小值为.
解析:本题解法很多,一般是采用降元,构造基本不等式解决的.如果我们再细细分析该式,则可以把a看作主元,实际上就是关于a的一元二次函数,即g(a)=a2+(2b+2c)a+4bc(b-c)2,由函数f(x)=3x+a与函数g(x)=3x+2a在区间(b,c)上都有零点,可得-2c≤a≤-2b,结合一元二次函数的图像可得,对称轴为a=-(b+c),且-(b+c)∈(-2c,-2b),所以在图像的顶点处取得最小值,即g(a)min=g(-b-c)=-1.
感悟反思:本题是转化为一元二次函数及其图像来解决的,很多情况下,它又是隐含的.所以分析问题时,要把握住“题脉”,然后运用已有的知识去“把脉”.分清主元、构造函数、合理降元等都是求解最值的常用之法.数学的内在规律之美值得我们不断去探索、去挖掘.
二、链接高考
例3 (2012年江苏高考)已知正数a,b,c满足:5c-3a≤b≤4c-a,clnb≥a+clnc,则ba的取值范围是.
解析:条件5c-3a≤b≤4c-a,clnb≥a+clnc可化为3·ac+bc≥5,
ac+bc≤4,
bc≥eac.
设ac=x,y=bc,则题目转化为:已知x,y满足3x+y≥5,
x+y≤4,
y≥ex,
x>0,y>0,求yx的取值范围.
图2
作出(x,y)所在平面区域(如图2),求出y=ex的切
线的斜率e,设过切点P(x0,y0)的切线为y=ex+m(m≥0),
则y0x0=ex0+mx0=e+mx0,要使它最小,须m=0.
所以yx的最小值在P(x0,y0)处,为e.此时,点P(x0,y0)在y=ex上A,B之间.
当(x,y)对应点C时,y=4-x,
y=5-3x5y=20-5x,
4y=20-12xy=7xyx=7.
所以yx的最大值在C处,为7.所以yx的取值范围为e,7,即ba的取值范围是e,7.
张景中先生一直认为:一种方法解很多题,要好过很多方法解一个题.这“一种方法”绝不是技巧性强、灵机一动的妙法,定是最基本、最重要、最自然的通法.因此,数学解题,特别是在解题教学中,应该首选学生能够想到的通性通法和好使的常规方法,并充分暴露思考的整个思维过程,这是我们一直需要去努力研究的,也是解题教学的核心价值所在.
作者单位:湖南省道县第一中学
一、题型再现
例1 (2014年南师附中)设正数a,b,c满足3a+c≤2b≤4ac,则a+b+ca-b的取值范围为.
解析:本题题目条件较多,涉及变量也较多,如何降元,又要与要求的问题统一起来,我们可以想到“变二为一”的做法,即在不等式的两边同除以一个数b.于是可得
3ab+cb≤2≤4acb2,a+b+ca-b=ab+cb+1ab-1.
如果令x=ab,y=cb,
则有3x+y≤2,
y≥14x,所以a+b+ca-b=ab+cb+1ab-1=x+y+1x-1=1+y+2x-1,
这样就转化成了线性规划问题,即(x,y)与(1,-2)两点连线的斜率再加上1.
记k=y+2x-1,所以kAB≤k≤kAC,kAB为曲线y=14x在第一象限切线的斜率,如图1.
图1
所以-5≤k≤-4,-4≤a+b+ca-b≤-3.
感悟反思:当要求的结论与题目的条件没有必然联系时,就要“挖掘”隐含条件,去剖析它们深层次的联系点.通过ab,cb整体代换之后,线性规划问题立刻浮现出来了,题目的意思也就变得明朗了,所以解题时要学会变通,找到条件与结论的“纽带”.
例2 (2014年泰州期末)已知函数f(x)=3x+a与函数g(x)=3x+2a在区间(b,c)上都有零点,则a2+2ab+2ac+4bcb2-2bc+c2的最小值为.
解析:本题解法很多,一般是采用降元,构造基本不等式解决的.如果我们再细细分析该式,则可以把a看作主元,实际上就是关于a的一元二次函数,即g(a)=a2+(2b+2c)a+4bc(b-c)2,由函数f(x)=3x+a与函数g(x)=3x+2a在区间(b,c)上都有零点,可得-2c≤a≤-2b,结合一元二次函数的图像可得,对称轴为a=-(b+c),且-(b+c)∈(-2c,-2b),所以在图像的顶点处取得最小值,即g(a)min=g(-b-c)=-1.
感悟反思:本题是转化为一元二次函数及其图像来解决的,很多情况下,它又是隐含的.所以分析问题时,要把握住“题脉”,然后运用已有的知识去“把脉”.分清主元、构造函数、合理降元等都是求解最值的常用之法.数学的内在规律之美值得我们不断去探索、去挖掘.
二、链接高考
例3 (2012年江苏高考)已知正数a,b,c满足:5c-3a≤b≤4c-a,clnb≥a+clnc,则ba的取值范围是.
解析:条件5c-3a≤b≤4c-a,clnb≥a+clnc可化为3·ac+bc≥5,
ac+bc≤4,
bc≥eac.
设ac=x,y=bc,则题目转化为:已知x,y满足3x+y≥5,
x+y≤4,
y≥ex,
x>0,y>0,求yx的取值范围.
图2
作出(x,y)所在平面区域(如图2),求出y=ex的切
线的斜率e,设过切点P(x0,y0)的切线为y=ex+m(m≥0),
则y0x0=ex0+mx0=e+mx0,要使它最小,须m=0.
所以yx的最小值在P(x0,y0)处,为e.此时,点P(x0,y0)在y=ex上A,B之间.
当(x,y)对应点C时,y=4-x,
y=5-3x5y=20-5x,
4y=20-12xy=7xyx=7.
所以yx的最大值在C处,为7.所以yx的取值范围为e,7,即ba的取值范围是e,7.
张景中先生一直认为:一种方法解很多题,要好过很多方法解一个题.这“一种方法”绝不是技巧性强、灵机一动的妙法,定是最基本、最重要、最自然的通法.因此,数学解题,特别是在解题教学中,应该首选学生能够想到的通性通法和好使的常规方法,并充分暴露思考的整个思维过程,这是我们一直需要去努力研究的,也是解题教学的核心价值所在.
作者单位:湖南省道县第一中学