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(2010年山东卷)已知函数f(x)=lnx-ax+1-ax-1,a∈R.(Ⅰ)当a≤12时讨论f(x)的单调性;(Ⅱ)设g(x)=x2-2bx+4,当a=14时,若对任意x1∈(0,2),存在x2∈,使f(x1)≥g(x2),求实数b的取值范围.
解:(Ⅰ) 略.
(Ⅱ) f(x)=lnx-ax+1-ax-1的定义域(0,+∞),
f′(x)=1x-a-1-ax2=-ax2+x+a-1x2,当a=14时,
f′(x)=-14x2+x-34x2=-(x-1)(x-3)4x2
显然f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,2)单调递增,f(x)min=f(1)=-12,
对任意x1∈(0,2),存在x2∈,使f(x1)≥g(x2),
即f(x)min≥g(x)min,∴g(x)min≤-12,x2-2bx+4≤-12,2bx≥x2+92,即2b≥x+92x,令h(x)=x+92x,对勾函数h(x)在单调递减,h(x)max=h(1)=112,∴2b≥112,即b≥114∴b的取值范围是114,+∞).
单变量与双变量的不等式恒成立与能成立、存在与任意,一直是学生学习的困惑,是教师教学的盲点,也是历年高考的亮点,下面就此问题总结如下.
1.单变量的恒成立、有解、无解.
(1)对任意的x∈,a>f(x)恒成立a≥f(x)max;
若存在x∈,a>f(x)有解a>f(x)min;
若对任意x∈,a>f(x)无解a≤f(x)min.
(2)对任意的x∈,a 若存在x∈,a 若对任意x∈,a 2.双变量的恒成立、有解、无解.
(1)对任意的x∈,不等式f(x)>g(x)恒成立,只须min>0;
(2)存在x0∈,不等式f(x0)>g(x0)成立,只须max>0;
(3)对任意x1∈、x2∈,不等式f(x1)>g(x2)恒成立,只须f(x)min>g(x)max;
(4)存在x1∈、x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,即f(x)max>g(x)min;
(5)对任意x1∈,存在x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,即f(x)min>g(x)min;
练习:设函数f(x)=p(x-1x)-2lnx,g(x)=2px(p是实数,e是自然对数的底数).
(1)若对任意x∈,不等式f(x)>g(x)恒成立,求p的取值范围;
(2)若存在x0∈,不等式f(x0)>g(x0)成立,求p的取值范围;
(3)若p>1,且对任意x1∈,x2∈,不等式f(x1)>g(x2)恒成立,求p的取值范围;
(4)若p>1,且存在x1∈,x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,求p的取值范围;
(5)若p>1,且对任意x1∈,存在x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,求p的取值范围;
解:(1)由已知不等式f(x)-g(x)=p(x-1x)-2lnx-2ex>0对x∈恒成立,即p>2xlnx+2ex2-1对x∈恒成立,构造函数h(x)=2xlnx+2ex2-1,当x∈,求h(x)的最大值,
∵h′(x)=-2(1+x2)lnx-2x(2e-x)-2(x2-1)2<0,∴h(x)在x∈上是减函数,h(x)max=h(2)=4ln2+2e3,∴p>4ln2+2e3.
(2)若存在x0∈,不等式f(x0)>g(x0)成立,即p>2xlnx+2ex2-1在x∈有解,令h(x)=2xlnx+2ex2-1,∴p>h(x)min,由(1)知h(x)在x∈上是减函数,
∴h(x)min=h(e)=4ee2-1,∴p>4ee2-1.
(3)若p>1,且对任意x1∈,x2∈,不等式f(x1)>g(x2)恒成立,只须f(x)min>g(x)max,f′(x)=p+px2-2x>0,f(x)在上单调递增,g′(x)=-2ex2<0,
g(x)在上单调递减,∴f(2)>g(2),解得p>4ln2+2e3 .
(4)若p>1,且存在x1∈,x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,即f(x)max>g(x)min,由(3)知f(e)>g(e), ∴p>4ee2-1.
(5)若p>1,且对任意x1∈,存在x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,即f(x)min>g(x)min,由(3)知f(2)>g(e),∴p>4ln2+43.
解:(Ⅰ) 略.
(Ⅱ) f(x)=lnx-ax+1-ax-1的定义域(0,+∞),
f′(x)=1x-a-1-ax2=-ax2+x+a-1x2,当a=14时,
f′(x)=-14x2+x-34x2=-(x-1)(x-3)4x2
显然f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,2)单调递增,f(x)min=f(1)=-12,
对任意x1∈(0,2),存在x2∈,使f(x1)≥g(x2),
即f(x)min≥g(x)min,∴g(x)min≤-12,x2-2bx+4≤-12,2bx≥x2+92,即2b≥x+92x,令h(x)=x+92x,对勾函数h(x)在单调递减,h(x)max=h(1)=112,∴2b≥112,即b≥114∴b的取值范围是114,+∞).
单变量与双变量的不等式恒成立与能成立、存在与任意,一直是学生学习的困惑,是教师教学的盲点,也是历年高考的亮点,下面就此问题总结如下.
1.单变量的恒成立、有解、无解.
(1)对任意的x∈,a>f(x)恒成立a≥f(x)max;
若存在x∈,a>f(x)有解a>f(x)min;
若对任意x∈,a>f(x)无解a≤f(x)min.
(2)对任意的x∈,a
(1)对任意的x∈,不等式f(x)>g(x)恒成立,只须min>0;
(2)存在x0∈,不等式f(x0)>g(x0)成立,只须max>0;
(3)对任意x1∈、x2∈,不等式f(x1)>g(x2)恒成立,只须f(x)min>g(x)max;
(4)存在x1∈、x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,即f(x)max>g(x)min;
(5)对任意x1∈,存在x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,即f(x)min>g(x)min;
练习:设函数f(x)=p(x-1x)-2lnx,g(x)=2px(p是实数,e是自然对数的底数).
(1)若对任意x∈,不等式f(x)>g(x)恒成立,求p的取值范围;
(2)若存在x0∈,不等式f(x0)>g(x0)成立,求p的取值范围;
(3)若p>1,且对任意x1∈,x2∈,不等式f(x1)>g(x2)恒成立,求p的取值范围;
(4)若p>1,且存在x1∈,x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,求p的取值范围;
(5)若p>1,且对任意x1∈,存在x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,求p的取值范围;
解:(1)由已知不等式f(x)-g(x)=p(x-1x)-2lnx-2ex>0对x∈恒成立,即p>2xlnx+2ex2-1对x∈恒成立,构造函数h(x)=2xlnx+2ex2-1,当x∈,求h(x)的最大值,
∵h′(x)=-2(1+x2)lnx-2x(2e-x)-2(x2-1)2<0,∴h(x)在x∈上是减函数,h(x)max=h(2)=4ln2+2e3,∴p>4ln2+2e3.
(2)若存在x0∈,不等式f(x0)>g(x0)成立,即p>2xlnx+2ex2-1在x∈有解,令h(x)=2xlnx+2ex2-1,∴p>h(x)min,由(1)知h(x)在x∈上是减函数,
∴h(x)min=h(e)=4ee2-1,∴p>4ee2-1.
(3)若p>1,且对任意x1∈,x2∈,不等式f(x1)>g(x2)恒成立,只须f(x)min>g(x)max,f′(x)=p+px2-2x>0,f(x)在上单调递增,g′(x)=-2ex2<0,
g(x)在上单调递减,∴f(2)>g(2),解得p>4ln2+2e3 .
(4)若p>1,且存在x1∈,x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,即f(x)max>g(x)min,由(3)知f(e)>g(e), ∴p>4ee2-1.
(5)若p>1,且对任意x1∈,存在x2∈,不等式f(x1)>g(x2)成立,即f(x)min>g(x)min,由(3)知f(2)>g(e),∴p>4ln2+43.