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1、第二節(jié) 解不等式
不等式是高中數(shù)學(xué)的傳統(tǒng)內(nèi)容,對不等式的性質(zhì)、一元二次不等式、簡單的線性規(guī)劃、均值不等式的考查多以選擇、填空題的形式出現(xiàn),這類試題雖然難度不大,但往往有一定的靈活性.若是解答題,也是中等難度的題目;高考中涉及不等式的,更多的情況是以函數(shù)與導(dǎo)數(shù)、方程、三角、數(shù)列、解析幾何等知識為載體,綜合考查不等式的解法和證明.
不等式因它的基礎(chǔ)性(是研究函數(shù)、方程、極限等必不可少的工具)、滲透性(容易與其它各部分知識結(jié)合在一起)、應(yīng)用性(實(shí)際應(yīng)用廣泛),很自然地成為每年高考的熱點(diǎn).近幾年,高考關(guān)于不等式的命題趨勢是:
(1)單純不等式的題目多以選擇填空題的形式出現(xiàn),若是解答
2、題也是中等難度的題目;
(2)高考中涉及不等式的,更多的情況是以函數(shù)、方程、三角、數(shù)列、解析幾何等知識為載體,綜合考查不等式的解法和證明,突出不等式的工具性.在高考試卷中,有關(guān)解不等式的試題一般有一到兩道.
考試要求
(1)不等關(guān)系:了解現(xiàn)實(shí)世界和日常生活中的不等關(guān)系,了解不等式(組)的實(shí)際背景.
(2)一元二次不等式
① 會從實(shí)際情境中抽象出一元二次不等式模型.
② 通過函數(shù)圖像了解一元二次不等式與相應(yīng)的二次函數(shù)、一元二次方程的聯(lián)系.
③ 會解一元二次不等式,對給定的一元二次不等式,會設(shè)計(jì)求解的程序框圖.
(3)二元一次不等式組與簡單線性規(guī)劃問題
① 會從實(shí)際情境中抽象出二
3、元一次不等式組.
② 了解二元一次不等式的幾何意義,能用平面區(qū)域表示二元一次不等式組.
③ 會從實(shí)際情境中抽象出一些簡單的二元線性規(guī)劃問題,并能加以解決.
題型一: 不等式的解法
例1(2020上海理科20)已知函數(shù),其中常數(shù)滿足。
⑴ 若,判斷函數(shù)的單調(diào)性;
⑵ 若,求時的取值范圍。
點(diǎn)撥;解不等式的基本思想方法是轉(zhuǎn)化:一元二次不等式轉(zhuǎn)化為一元一次不等式,分式不等式轉(zhuǎn)化為整式不等式,指數(shù)與對數(shù)不等式(通過化“同底”)轉(zhuǎn)化為代數(shù)不等式,抽象函數(shù)不等式(通過單調(diào)性)轉(zhuǎn)化為具體不等式等.本題是指數(shù)不等式,可通過化“同底”求解.
解:⑴ 當(dāng)時,任意,則
∵ ,,
∴ ,函數(shù)在上是
4、增函數(shù)。
當(dāng)時,同理,函數(shù)在上是減函數(shù)。
⑵
當(dāng)時,,則;
當(dāng)時,,則.
易錯點(diǎn):對符號的討論.
變式與引申1:(1)不等式的解集是 .
(2) (2020年天津卷第8題) 設(shè)函數(shù)則不等式的解集是( )
A B C D
題型二:含參數(shù)不等式的解法
例2 解關(guān)于的不等式.
如果,不等式可化為,
解得或.
綜上,當(dāng)時,不等式的解集為;當(dāng)時,不等式的解集為;
當(dāng)時,不等式的解集為; 當(dāng)時,不等式的解集為;
當(dāng)時,不等式的解集為.
易錯點(diǎn):在規(guī)范化的過程中,
5、對可能為零視而不見;在已經(jīng)規(guī)范化了之后,對不確定的根的大小關(guān)系不加區(qū)分.整體表現(xiàn)為不能有序地進(jìn)行分類討論.
變式引申2:(1)解關(guān)于的不等式.
(2)已知函數(shù)(a,b為常數(shù))且方程f(x)-x+12=0有兩個實(shí)根為x1=3, x2=4.
(1)求函數(shù)f(x)的解析式;
(2)設(shè)k>1,解關(guān)于x的不等式;
題型三:不等式的恒成立問題
例3已知函數(shù).
(1)若,求的值;
(2)若對于恒成立,求實(shí)數(shù)m的取值范圍
點(diǎn)撥:不等式恒成立問題通常有以下處理方法:(1)分離參數(shù)法,將參數(shù)與變量進(jìn)行分離,再轉(zhuǎn)化為最值問題解決;(2)變換主元法,有些題分離參數(shù)后很難求最值,可考慮變換
6、思維角度,即主元與參數(shù)互換位置(3)數(shù)形結(jié)合法。本題分離參數(shù)后可求最值.
解(1). 由已知,
解得 ∵ .
(2)當(dāng)即∵,
∴在上恒成立,∴.又時,,
故的取值范圍是.
易錯點(diǎn):(1)絕對值的處理方法不明確,找不到解題的突破口(2)指數(shù)運(yùn)算不熟悉,不能正確地將參數(shù)與變量進(jìn)行分離(3)能否取等號也是常見的錯誤.
變式與引申3:(1)已知,當(dāng)時,恒成立,求a的取值范圍.
(2)奇函數(shù)上是增函數(shù),當(dāng)時,是否存在實(shí)數(shù)m,使對所有的均成立?若存在,求出適合條件的所有實(shí)數(shù)m;若不存在,說明理由.
題型四:線性規(guī)劃問題與基本不等式
例4 (1) 設(shè)滿足則(
7、).
圖
(A)有最小值2,最大值3 (B)有最小值2,無最大值
(C)有最大值3,無最小值 (D)既無最小值,也無最大值
(2)函數(shù)的圖象恒過定點(diǎn),
若點(diǎn)在直線上,其中,則的最小值
為 .
點(diǎn)撥:(1)首先準(zhǔn)確地作出線性約束條件下的可行域,再由y=-x
經(jīng)過平移得到結(jié)論,這里關(guān)鍵就在于轉(zhuǎn)化與化歸.(2)找出定點(diǎn)的坐標(biāo),
代入直線方程,得,由均值不等式得結(jié)果.
解(1)畫出不等式表示的平面區(qū)域,如右圖,由z=x+y,得y=-x+z,令z=0,畫出y=-x的圖象,當(dāng)它的平行線經(jīng)過A(2,0)時,z取得最小值,最小值為:
8、z=2,無最大值,故選.B
(2)函數(shù)的圖象恒過定點(diǎn),,,,∴.
易錯點(diǎn): 可行域畫不準(zhǔn)確,將y=-x經(jīng)過平移后得到的最優(yōu)解不正確,
變式與引申4:(1)
(2020安徽文科數(shù))設(shè)變量x,y滿足,則的最大值和最小值分別為
說明:若對數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理,可避免對大數(shù)字進(jìn)行運(yùn)算.
(A) 1,1 (B) 2,2 (C ) 1,2 (D)2,1[
(2)已知,則的最小值是( )
A.2 B. C.4 D.5
本節(jié)主要考查:(1)一元一次不等式、一元二次不等式的性質(zhì)及能轉(zhuǎn)化為它們的分式不等式、絕對值不等式、指數(shù)與對數(shù)不等式的解法以
9、及含字母系數(shù)不等式的解法;(2)基本不等式及其應(yīng)用,簡單的線性規(guī)劃等問題(3)圖解法、換元法、分析法、綜合法等方法(4)數(shù)形結(jié)合思想、函數(shù)與方程思想、分類討論思想、等價轉(zhuǎn)化思想的應(yīng)用以及邏輯推理能力、運(yùn)算求解能力等基本數(shù)學(xué)能力.
點(diǎn)評:
(1)解不等式的關(guān)鍵是等價轉(zhuǎn)化.分式不等式轉(zhuǎn)化為整式不等式;指數(shù)與對數(shù)不等式轉(zhuǎn)化為代數(shù)不等式;抽象函數(shù)的不等式在確定其單調(diào)性的前提下去掉函數(shù)符號轉(zhuǎn)化為代數(shù)不等式.
(2)在不等式的求解中,換元法和圖解法是常用的技巧之一.通過換元,可將較復(fù)雜的不等式化歸為較簡單的或基本不等式;通過構(gòu)造函數(shù),將不等式的解化歸為直觀、形象的圖象關(guān)系.對含有參數(shù)的不等式,
10、運(yùn)用圖解法,有時可以使分類標(biāo)準(zhǔn)更加明晰.
(3)等價轉(zhuǎn)化.具體地說,分式化為整式,高次化為低次,絕對值化為非絕對值,指數(shù)與對數(shù)化為代數(shù)式等.分類討論.分類討論的目的是處理解決問題過程中遇到的障礙,在無障礙時不要提前進(jìn)行分類討論.?dāng)?shù)形結(jié)合.有些不等式的解決可化為兩個函數(shù)圖像間的位置關(guān)系的討論等幾何問題.
(4)函數(shù)方程思想.解不等式可化為解方程或求函數(shù)圖像與軸交點(diǎn)的問題,根據(jù)題意判斷所求解的區(qū)間.如“穿根法”實(shí)際上就是一種函數(shù)方程思想.
(5)線性規(guī)劃問題的解題步驟:①根據(jù)線性約束條件畫出可行域;②利用線性目標(biāo)函數(shù)求出最優(yōu)解。最優(yōu)“整點(diǎn)”不一定在可行區(qū)域內(nèi),這時需要將相近的點(diǎn)一一列出,再代
11、入約束條件和目標(biāo)函數(shù)逐一檢驗(yàn),得出正確答案.
(6)在利用基本不等式解決有關(guān)問題時,特別注意不等式成立的條件,即“一正,二定值,三相等”在使用基本不等式時,要掌握常見的恒等變形技巧。
(7)不等式滲透在中學(xué)數(shù)學(xué)各個分支中,有著十分廣泛的應(yīng)用.如集合問題,方程(組)的解的討論,函數(shù)單調(diào)性的研究,函數(shù)定義域的確定,三角、數(shù)列、復(fù)數(shù)、立體幾何、解析幾何中的最大值、最小值問題等,無一不與不等式有著密切的聯(lián)系.因此不等式應(yīng)用問題體現(xiàn)了一定的靈活性、綜合性.在解決問題時,要依據(jù)題設(shè)、題斷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及內(nèi)在聯(lián)系,選擇適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案,最終歸結(jié)為不等式的求解.
習(xí)題3-2
12、1.(2020山東文科7)設(shè)變量x,y滿足約束條件,則目標(biāo)函數(shù)的最大值為
(A)11 (B)10 (C)9 (D)8.5
3.已知函數(shù)f(x)=log2(x+-a)的定義域?yàn)锳,值域?yàn)锽.(1)當(dāng)a=4時,求集合A;(2)設(shè)I=R為全集,集合M={x|y=},若(CIM)∪(CIB)=,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
4.解關(guān)于x的不等式>1(a≠1) .
5.設(shè)不等式的解集為,如果,求實(shí)數(shù)的取值范圍.
【答案】
變式與引申1 (1)
【解析】: ,數(shù)軸標(biāo)根得:
(2)解析:由已知,∴當(dāng)時,由得,,解得或.
當(dāng),由得,,解得.
綜上所述:不等式的解集是
13、.選A.
變式與引申2 (1)解:本題與例2解法類似,請自行設(shè)計(jì)算法框圖,再求解.這里僅提供答案:當(dāng)時, 解集為;當(dāng)時,解集為;當(dāng)時, 解集為;當(dāng)時,解集為;當(dāng)時,解集為.
(2)解(1)將得
(2)不等式即為,即
①當(dāng)
②當(dāng)
③.
變式與引申3 (1)解:設(shè),則問題的條件變?yōu)楫?dāng)時,恒成立.∵當(dāng),即時,恒成立.
又當(dāng)時,在上恒成立的充要條件是
x
y
O
答圖
,
故a的取值范圍是.
本題實(shí)際上也是一道恒成立的問題,此類問題還可運(yùn)用分離參數(shù)法求解,請自行嘗試解答.
(2)解:易知奇函數(shù)在上遞增,且,則
.令,則.由題意,在上不等式恒成立,從而
14、或或,解得.
因此,滿足條件的實(shí)數(shù)存在,它可取內(nèi)的一切值.
變式與引申4:
【答案】B
【解析】三條直線的交點(diǎn)分別為(0,1),(0,-1),(1,0),分別代入,得最大值為2,最小值為-2.故選B.
(2)因?yàn)楫?dāng)且僅當(dāng),且,
即時,取“=”號,選C.
【解析】,
又,由題意對一切則xR恒成立,則對一切則xR恒成立,即,恒成立,而,所以,此時.所以.
①,故①正確;
②,
,
所以<,②錯誤;
③,所以③正確;
④由①知,,
由知,所以③不正確;
⑤由①知,要經(jīng)過點(diǎn)(a,b)的直線與函數(shù)的圖像不相交,則此直線與橫軸平行,又的振幅為,所以直線必與圖像有交點(diǎn)
15、.⑤不正確.
3.
解:(1)當(dāng)a=4時,由x+-4==>0, 解得0<x<1或x>3,
故A={x|0<x<1或x>3}
(2)由(CIM)∪(CIB)=,得CIM=,且CIB=,即M=B=R,
若B=R,只要u=x+-a可取到一切正實(shí)數(shù),則x>0及umin≤0,
∴umin=2-a≤0,解得a≥2……①
若M=R,則a=5或 解得1<a≤5
由①②得實(shí)數(shù)a的取值范圍為[2,5]
4.【解析】原不等式可化為 >0,
①當(dāng)時,原不等式與同解.
由于∴原不等式的解為.
②當(dāng)時,原不等式與.由于,
當(dāng)時,,解集為;
當(dāng)時,,解集為;
當(dāng)時,,解集為.
綜上所述 當(dāng)時解集為;
當(dāng)時,解集為;
當(dāng)時,解集為;當(dāng)時,解集為
5.【解析】解:有兩種情況其一是,此時;其二是,此時或.以下分三種情況求的取值范圍.
設(shè),有.
(1)當(dāng)時,,.
(2)當(dāng)時,或.當(dāng)時 ;當(dāng)時,
(3)當(dāng)時,或.設(shè)方程的兩根,且,那么,
答圖3—2-3
即解得.
∴的取值范圍是.