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数学是思维艺术的体操,在数学中有很多“美”。在研究的时候我们会发现有许多不同题型的方法最后是统一的,同一题型的不同方法本质是统一的,这就是数学中的“统一之美”。本文对不等式的恒成立问题的研究中就发现了这种“统一之美”。
一、用一元二次方程根的判别法
【例1】对于x∈R,不等式x2-2x+3-m≥0恒成立,求实数m的取值范围。
解析:不妨设f(x)=x2-2x+3-m≥0,其函数图象是开口向上的抛物线,为了使f(x)≥0(x∈R),只需△≤0,即(-2)2-4(3-m)≤0,解得m≤2?圯m∈(-∞,2]。
评注:有关含有参数的一元二次不等式问题,若能把不等式转化成二次函数或二次方程,其中△≤0?圳f(x)min≥0体现了方法的“统一之美”
二、分离变量法
【例2】(2007年山东卷文15)当x∈(1,2)时,不等式x2+mx+4<0恒成立,则m的取值范围是 。
解析:当x∈(1,2)时,由x2+mx+4<0得m<-.令f(x)==x+,则易知f(x)在(1,2)上是减函数,所以x∈[1,2]时f(x)max=f(1)=5,则(-)min>-5 ∴ m≤-5
评注:利用分离变量法来确定不等式f(x,?姿)≥0,(x∈D,?姿为实参数)恒成立中参数?姿的取值范围的基本步骤:①将参数与变量分离,即化为g(?姿)≥f(x)(或)g(?姿)≤f(x)恒成立的形式;②解不等式g(?姿)≥f(x)max(或)g(?姿)≤f(x)min,得?姿的取值范围。最终转化为函数最值体现了方法的“统一之美”
三、数形结合法
f(x)≥2x-m恒成立,则实数m的取值范围 .
解析:在同一个平面直角坐标系中分别作出函数y=2x-m及y=f(x)的图象,由于不等式f(x)≥2x-m恒成立,所以函数y=2x-m的图象应总在函数y=f(x)的图象下方,因此,当x=-2时,y=-4-m≤0,所以m≥-4,故m的取值范围是[-4+∞)。
评注:解决不等式问题经常要结合函数的图象,根据不等式中量的特点,选择适当的两个函数,利用函数图像的上、下位置关系来确定参数的范围.利用数形结合解决不等式问题关键是构造函数,准确做出函数的图象。如:不等式x2-logax<0,在x∈(0,)时恒成立,求a的取值范围。此不等式为超越不等式,求解时一般使用数形结合法,设f(x)=x2,g(x)=logax然后在同一坐标系下准确做出这两个函数的图象,借助图象观察便可求解。其中本质是构造函数利用函数图像解决不等式恒成立,又与恒成立问题基本方法构造函数有“统一之美”。
四、主参换位法
【例4】(2007辽宁卷文科22)已知函数f(x)=x3-9x2cos?琢+48xcos?茁+18sin2?琢,g(x)=f′(x),且对任意的实数t均有g(1+cost)≥0,g(3+sint)≤0.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)若对任意的m∈[-26,6],恒有f(x)≥x2-mx-11,求x的取值范围.
解析:(Ⅰ)g(x)=f′(x)=3x2-18xcos?琢+48xcos?茁,?坌t∈R,0≤1+cost≤2,2≤3+sint≤4,而g(1+cost)≥0,g(3+sint)≤0
cos?=,sin?琢=0 ∴ f(x)=x3-9x2+24x。
(Ⅱ)f(x)≥x2-mx-11?圳mx-9x2+24x-11≥0.令h(m)=mx-9x2+24x-11,则f(x)≥x2-mx-11,即h(m)≥0.由于
-≤x≤1.所以x的取值范围为[-,1]。
评注:某些含参不等式恒成立问题,在分离参数会遇到讨论的麻烦或者即使能容易分离出参数与变量,但函数的最值却难以求出时,可考虑变换思维角度。即把主元与参数换个位置,再构造新的函数利用函数的最值求解,往往会取得出奇制胜的效果,达到一种“统一之美”。?笸(作者单位:江西省上饶市德兴第一中学)
一、用一元二次方程根的判别法
【例1】对于x∈R,不等式x2-2x+3-m≥0恒成立,求实数m的取值范围。
解析:不妨设f(x)=x2-2x+3-m≥0,其函数图象是开口向上的抛物线,为了使f(x)≥0(x∈R),只需△≤0,即(-2)2-4(3-m)≤0,解得m≤2?圯m∈(-∞,2]。
评注:有关含有参数的一元二次不等式问题,若能把不等式转化成二次函数或二次方程,其中△≤0?圳f(x)min≥0体现了方法的“统一之美”
二、分离变量法
【例2】(2007年山东卷文15)当x∈(1,2)时,不等式x2+mx+4<0恒成立,则m的取值范围是 。
解析:当x∈(1,2)时,由x2+mx+4<0得m<-.令f(x)==x+,则易知f(x)在(1,2)上是减函数,所以x∈[1,2]时f(x)max=f(1)=5,则(-)min>-5 ∴ m≤-5
评注:利用分离变量法来确定不等式f(x,?姿)≥0,(x∈D,?姿为实参数)恒成立中参数?姿的取值范围的基本步骤:①将参数与变量分离,即化为g(?姿)≥f(x)(或)g(?姿)≤f(x)恒成立的形式;②解不等式g(?姿)≥f(x)max(或)g(?姿)≤f(x)min,得?姿的取值范围。最终转化为函数最值体现了方法的“统一之美”
三、数形结合法
f(x)≥2x-m恒成立,则实数m的取值范围 .
解析:在同一个平面直角坐标系中分别作出函数y=2x-m及y=f(x)的图象,由于不等式f(x)≥2x-m恒成立,所以函数y=2x-m的图象应总在函数y=f(x)的图象下方,因此,当x=-2时,y=-4-m≤0,所以m≥-4,故m的取值范围是[-4+∞)。
评注:解决不等式问题经常要结合函数的图象,根据不等式中量的特点,选择适当的两个函数,利用函数图像的上、下位置关系来确定参数的范围.利用数形结合解决不等式问题关键是构造函数,准确做出函数的图象。如:不等式x2-logax<0,在x∈(0,)时恒成立,求a的取值范围。此不等式为超越不等式,求解时一般使用数形结合法,设f(x)=x2,g(x)=logax然后在同一坐标系下准确做出这两个函数的图象,借助图象观察便可求解。其中本质是构造函数利用函数图像解决不等式恒成立,又与恒成立问题基本方法构造函数有“统一之美”。
四、主参换位法
【例4】(2007辽宁卷文科22)已知函数f(x)=x3-9x2cos?琢+48xcos?茁+18sin2?琢,g(x)=f′(x),且对任意的实数t均有g(1+cost)≥0,g(3+sint)≤0.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)若对任意的m∈[-26,6],恒有f(x)≥x2-mx-11,求x的取值范围.
解析:(Ⅰ)g(x)=f′(x)=3x2-18xcos?琢+48xcos?茁,?坌t∈R,0≤1+cost≤2,2≤3+sint≤4,而g(1+cost)≥0,g(3+sint)≤0
cos?=,sin?琢=0 ∴ f(x)=x3-9x2+24x。
(Ⅱ)f(x)≥x2-mx-11?圳mx-9x2+24x-11≥0.令h(m)=mx-9x2+24x-11,则f(x)≥x2-mx-11,即h(m)≥0.由于
-≤x≤1.所以x的取值范围为[-,1]。
评注:某些含参不等式恒成立问题,在分离参数会遇到讨论的麻烦或者即使能容易分离出参数与变量,但函数的最值却难以求出时,可考虑变换思维角度。即把主元与参数换个位置,再构造新的函数利用函数的最值求解,往往会取得出奇制胜的效果,达到一种“统一之美”。?笸(作者单位:江西省上饶市德兴第一中学)