多元问题中的主元与次元

来源 :数理化学习·高三版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gegengwang
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  数学中常有涉及多个变元的问题,字母多,又都可变化,不知从何处入手.本文结合实例介绍几种处理方法.
  一、突显主元
  如果题目中出现了“关于x的方程(不等式)有解”,“对于一切实数m恒成立”等字眼,不妨就以这个字母为主元进行求解.这是最基本的方法.
  例1 设函数f(x)=x2+bx-1,若当
  x∈[1,2]时,不等式f (x)<1有解,求实数b的取值范围.
  解:以x为主元,分离出所求次元(参数)b,那么f (x)<1可化为
  b<2-x2x=2x-x在区间
  [1,2]上有解,因此b只要小于
  2-x2x的最大值.
  令g(x)=2-x2x=
  2x-x,易知g(x)在区间
  [1,2]上递减,则g(x)的最大值是
  g(1)=2-1=1,所以b的取值范围是(-∞,1)
  二、确定主元
  对于某些多元问题,可以恰当地确定主元,特别是对多元地位均等的情况,认定其中一元为主元,往往能打开解题途径.
  例2 设a,b,c∈[0,2],求证4a+b2+c2+abc≥
  2ab+2bc+2ac.
  证明:以a为主元,原不等式等价于
  f (a)=(4+bc-2b-2c)a+b2+c2-2bc≥0.
  ,由条件0≤a≤2,知
  f (a)的图象是定义在区间[0,2]上的一条线段.
  又由b,c∈[0,2],可得
  f (0)=b2+c2-2bc=(b-c)2≥0,
  f (2)=8+2bc-4b-4c+b2+c2-2bc=(b-2)2+(c-2)2≥0,可知
  f (a)表示的线段总在横轴及其上方,因此恒有f (a)≥0,从而原不等式得证.
  点评:本例也可以b或c为主元构造二次函数型,但证明要复杂一些.
  三、逐元求解
  面对多个变元,可先将其中一个元看作主元,其余元看作次元,进行处理.减元后再同样处理,对各元逐一突破,使问题获解.
  例3 设
  a>b>c>0,则
  2a2+1ab
  +1a(a-b)-10ac+25c2
  的最小值是( )
  (A) 2 (B) 4 (C) 25 (D) 5
  分析:依次以c,b,a为主元,变形后入手求解.
  解:原式整理成f (c)=(5c-a)2+a2+
  1ab+1a(a-b),可见当
  c=a5时,f (c)取最小值
  a2+1ab
  +1a(a-b)=a2+
  1(a-b)b.
  又记g(b)=a2+1(a-b)b
  =1-(b-a2)2+a24+a2,可见当
  b=a2时,g(b)取得最小值为
  4a2+a2.
  再记h(a)=4a2+a2,则由
  4a2+a2≥4,当且仅当
  4a2=a2,即
  a=2时取等号,从而
  h(a)的最小值是4
  综上,当c=25,b=22,
  a=2时,原式取得最小值4,故选(B).
  四、变更主元
  以某个变元为主元的多元问题中,从主元入手分析求解比较困难,此时不妨转换思维方向,以某个次元为主元重新思考,往往会获得意想不到的效果.
  例4 当1≤m≤2时,解不等式
  (log2m-1)log23x-6log2m·log3x+log2m+1>0.
  解:若解关于log3x的二次不等式,十分困难.改变视角,整理成关于
  log2m的不等式
  (log23x-6log3x+1)log2m+1-log23x>0.由题设
  1≤m≤2,知
  0≤log2m≤1,记
  log2m=u,构造相应函数
  f (u)=(log23x-6log3x+1)u+1-lg23x(0≤u≤1).
  当0≤u≤1时,f (u)>0恒成立,则有
  f (0)>0,
  f (1)>0,
  即
  1-log23x>0,
  log23x-6log3x+1+1-log23x>0,
  化为
  (log3x+1)(log3x-1)<0,
  log3x<13,
  解之得
  13  0  从而不等式的解为
  13  转化是数学解题中最重要的思想方法.面对多元问题,应观察式子的结构特点,参考本文提供的某种方法,回避次要方面,抓住主要矛盾,使问题迎刃而解.
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