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我们在解数学题时经常用到“充要条件”(即等价转化)与“充分条件”(即由条件得结论),但却很少注重“必要条件”的应用,本文旨在通过几例说明“必要条件”在解题中的应用. 一、先求出使得命题成立的“必要条件”,再由题设进一步求出使得命题成立的“充要条件”,从而解决问题
例1 已知f(x) = -■x2 + x,是否存在实数p,q,使得f(x)的定义域为[p,q],值域为[2p,2q]?若存在,求出p,q的值.若不存在,说明理由.
分析 按常规解法,要分如下四种情况进行讨论:①区间[p,q]在对称轴x = 1的左边;②区间在对称轴[p,q]的对称轴x = 1的右边;③对称轴x = 1在区间[p,q]内,而且1 - p < q - 1;④对称轴x = 1在区间[p,q]内,而且1 - p > q - 1. 此解法繁索,详解略.
解 下面先求出使命题成立的必要条件:因为在实数范围内,f(x) = -■x2 + x的最大值为■,由题意,2q ≤ ■,∴ q ≤ ■(此为命题成立的必要条件),
又 ∵ f(x) = -■x2 + x的图像的对称轴为x = 1,
∴ q ≤ ■ < 1.
∵ f(x) = -■x2 + x在区间[p,q]上递增,
∴ f(p) = 2p,f(q) = 2q,即-■p2 + p = 2p,-■q2 + q = 2q.
∵ p < q,∴解得p = -2,q = 0(此为充要条件),
∴存在p = -2,q = 0满足题意.
评注 本题巧解的关键是先求出使命题成立的必要条件q ≤ ■,从而避免了繁琐的讨论.
例2 解不等式:■ < ■.
解析 乍一看来,解这个不等式似乎很难下手,但若先求出使得这个不等式成立的“必要条件”,即使得不等式中的式子都有意义的x的取值范围:x - 1 > 0且x - 1 ≠ 1,■ > 0且■ ≠ 1, 即x > 1且x ≠ 2(此为不等式成立的必要条件),问题就好解决了. 以下分两种情况讨论:
①当1 < x < 2时,log2(x - 1) < 0,log2■ > 0,
∴ 原不等式成立.
②当x > 2时,log2(x - 1) > 0,log2■ > 0,∴原不等式?圳log2■ < log2(x - 1)?圳 0 < ■ < x - 1 ?圳 x2 - 3x > 0 ?圳 x > 3或x < 0,∴ x > 3.
综 上,原不等式的解集为{x|1 < x < 2或x > 3}(充要条件).
二、直接应用“必要条件”解决问题
例3 函数f(x) = ■是 ( ).
A. 偶函数 B. 奇函数
C. 非奇非偶函数 D. 既是奇函数又是偶函数
解析 首先考虑函数既是奇函数又是偶函数的定义域是否关于原点对称,而原函数的定义域须满足cos x + sin x + 1 ≠ 0,解得定义域为{x|x ≠ 2kπ + ■且x ≠ 2kπ +π,k∈Z},而此定义域不关于原点对称,∴ 选C.
例4 设θ∈(0,■),则二次曲线x2cos θ - y2 tan θ = 1的离心率的取值范围是 ( ).
A. (0,■) B. (■,■)
C. (■,■) D. (■,+∞)
解析 ∵此二次曲线为双曲线,其离心率的范围须先满足必要条件:离心率e > 1,结合被选答案的范围以及数学选择题只有唯一答案,应选D.
例1 已知f(x) = -■x2 + x,是否存在实数p,q,使得f(x)的定义域为[p,q],值域为[2p,2q]?若存在,求出p,q的值.若不存在,说明理由.
分析 按常规解法,要分如下四种情况进行讨论:①区间[p,q]在对称轴x = 1的左边;②区间在对称轴[p,q]的对称轴x = 1的右边;③对称轴x = 1在区间[p,q]内,而且1 - p < q - 1;④对称轴x = 1在区间[p,q]内,而且1 - p > q - 1. 此解法繁索,详解略.
解 下面先求出使命题成立的必要条件:因为在实数范围内,f(x) = -■x2 + x的最大值为■,由题意,2q ≤ ■,∴ q ≤ ■(此为命题成立的必要条件),
又 ∵ f(x) = -■x2 + x的图像的对称轴为x = 1,
∴ q ≤ ■ < 1.
∵ f(x) = -■x2 + x在区间[p,q]上递增,
∴ f(p) = 2p,f(q) = 2q,即-■p2 + p = 2p,-■q2 + q = 2q.
∵ p < q,∴解得p = -2,q = 0(此为充要条件),
∴存在p = -2,q = 0满足题意.
评注 本题巧解的关键是先求出使命题成立的必要条件q ≤ ■,从而避免了繁琐的讨论.
例2 解不等式:■ < ■.
解析 乍一看来,解这个不等式似乎很难下手,但若先求出使得这个不等式成立的“必要条件”,即使得不等式中的式子都有意义的x的取值范围:x - 1 > 0且x - 1 ≠ 1,■ > 0且■ ≠ 1, 即x > 1且x ≠ 2(此为不等式成立的必要条件),问题就好解决了. 以下分两种情况讨论:
①当1 < x < 2时,log2(x - 1) < 0,log2■ > 0,
∴ 原不等式成立.
②当x > 2时,log2(x - 1) > 0,log2■ > 0,∴原不等式?圳log2■ < log2(x - 1)?圳 0 < ■ < x - 1 ?圳 x2 - 3x > 0 ?圳 x > 3或x < 0,∴ x > 3.
综 上,原不等式的解集为{x|1 < x < 2或x > 3}(充要条件).
二、直接应用“必要条件”解决问题
例3 函数f(x) = ■是 ( ).
A. 偶函数 B. 奇函数
C. 非奇非偶函数 D. 既是奇函数又是偶函数
解析 首先考虑函数既是奇函数又是偶函数的定义域是否关于原点对称,而原函数的定义域须满足cos x + sin x + 1 ≠ 0,解得定义域为{x|x ≠ 2kπ + ■且x ≠ 2kπ +π,k∈Z},而此定义域不关于原点对称,∴ 选C.
例4 设θ∈(0,■),则二次曲线x2cos θ - y2 tan θ = 1的离心率的取值范围是 ( ).
A. (0,■) B. (■,■)
C. (■,■) D. (■,+∞)
解析 ∵此二次曲线为双曲线,其离心率的范围须先满足必要条件:离心率e > 1,结合被选答案的范围以及数学选择题只有唯一答案,应选D.