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例谈“含参数的单变量不等式恒成立问题”的解题策略

2019-08-21安徽省合肥市第一中学孔祥士

中学数学杂志 2019年15期
关键词:解题策略

☉安徽省合肥市第一中学 孔祥士

含有一个参数的单变量不等式恒成立并求参数的取值范围问题,是高考的一个高频考点,同时也是一个难点,通常在高考导数题中出现.如何突破这个难点,找出解决问题的一般规律与方法呢?有很多同学对此感到非常困惑,笔者抛砖引玉,通过几道高考试题来探寻此类问题的解题策略.

一、策略探索

(2)若当x≥0时,f(x)≥0,求a的取值范围.

试题分析:(1)略.

(2)当x≥0时,f(x)≥0,只需要f(x)min≥0,但是直接求导数f′(x)=ex(x+1)-2ax-1,再通过导数判断函数的单调性来求函数的最小值难以做到,这就需要先对不等式f(x)≥0做适当转化,f(x)=x(ex-1)-ax2=x(ex-ax-1)≥0,即ex-ax-1≥0,进而去求解问题.

策略一:将不等式f(a,x)≥g(a,x)适当化简后,所有项都移到不等号的左侧,右侧为0,转化为含参数a的函数h(x)≥0,讨论参数a,只需h(x)min≥0即可.

解法一:当x≥0时,ex-ax-1≥0恒成立.设h(x)=exax-1,则h′(x)=ex-a在[0,+∞)上单调递增,h′(x)min=h′(0)=1-a.

①当a≤1时,h′(x)≥h′(0)=1-a≥0,所以h(x)在[0,+∞)上单调递增.所以只需h(x)min=h(0)≥0.又h(0)=0,所以h(x)≥0恒成立.

②当a>1时,h(x)在(0,lna)上单调递减,在(lna,+∞)上单调递增,所以当x∈(0,lna)时,h(x)<h(0)=0,不符合题意,舍去.

综上所述:a≤1.

策略二:x∈[x0,+∞)时,f(x)≥k恒成立,若f(x0)≡k(与f(x)中的参数a无关),则必有f′(x0)≥0,进而缩小对参数a的讨论范围,通常状况在这个必要条件下a的范围

例1(2010年新课标全国卷第21题)设函数f(x)=x(ex-1)-ax2.也恰好是问题成立的充分条件.

解法二:设h(x)=ex-ax-1,则h′(x)=ex-a,注意到h(0)=0,所以要使x∈[0,+∞)时,h(x)≥0恒成立,必有h′(0)=1-a≥0,所以a≤1.

又当a≤1时,h′(x)≥h′(0)=1-a≥0,所以h(x)在[0,+∞)上单调递增.所以h(x)≥h(0)=0恒成立.

综上所述:a≤1.

策略三:不等式f(a,x)≥g(a,x)恒成立,可以分离参数和变量,转化为a≤h(x)(或a≥h(x))恒成立,则只需a≤h(x)min(或a≥h(x)max).

解法三:当x≥0时,ex-ax-1≥0,即ax≤ex-1恒成立.

①当x=0时,不等式恒成立,a∈R;

②当x∈(0,+∞)时,ax≤ex-1可转化为设,则

设φ(x)=ex(x-1)+1,则φ′(x)=xex>0,所以φ(x)在(0,+∞)上单调递增.所以φ(x)>φ(0)=0.所以>0.所以h(x)在……

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