求解有关恒成立、存在性问题的四种策略论文_黎建国

求解有关恒成立、存在性问题的四种策略论文_黎建国

黎建国 江西省抚州市南城县第二中学 344700

对于有关恒成立、存在性问题,一直是高考命题的热点,往往以全称命题或特称命题的形式出现,同时结合函数的单调性、极值、最值等知识进行考查,在高考中多以压轴题或压轴题中的压轴问的形式出现。如何突破这一难关呢?关键是细心审题及恰当地转化。现就如何求解恒成立、存在性问题中的参数问题加以分析。

方法1:分离参数法

例1.设函数f(x)=lnx-ax,g(x)=ex-ax,其中a为实数。若f(x)在(1,+∞)上是单调减函数,且g(x)在(1,+∞)上有最小值,求a的取值范围。

解:因为f`(x)= -a,g`(x)=ex-a,由题意得f`(x)≤0对x∈(1,+∞)恒成立,即a≥ 对x∈(1,+∞)恒成立,所以a≥1。因为g`(x)=ex-a在x∈(1,+∞)上是单调增函数,所以g`(x)>g`(1)=e-a。又g(x)在(1,+∞)上有最小值,则必有e-a<0,即a>e。综上,可知a的取值范围是(e,+∞)。

点评:求解问题的切入点不同,求解的难度就有差异。在恒成立问题中有时需要取交集,有时需要取并集,本题解法需要取交集。一般而言:在同一问题中,若是对自变量作分类讨论,其结果要取交集;若是对参数作分类讨论,其结果要取并集。

方法2:构造函数法

例2.已知函数f(x)=,若|f(x)|≥ax,则a的取值范围是( )。

A.(-∞,0]B.(-∞,1]C.[-2,1]D.[-2,0]

解:当x≤0时,|f(x)|≥axx2-(2+a)x≥0,对x≤0恒成立。

记g(x)=x2-(2+a)x=(x-)2- 。

当<0即a<-2时,g(x)的最小值为- ,不可能满足条件。

当≥0即a≥-2时,g(x)的最小值为0,满足题意。

当x>0时,|f(x)|≥axln(1+x)-ax≥0a≤,对x>0恒成立。

令θ(x)=  ,则θ`(x)= 。设t=x+1,则t>1。

记L(t)=-lnt,则L`(t)=<0,所以L(t)在t∈(1,+∞)上为减函数。

故L(t)<L(1)=0,从而θ`(x)<0,所以θ(x)在x∈(0,+∞)上为减函数。

故当x∈(0,+∞)时,θ(x)恒大于0,所以a≤0。

综上,可知a的取值范围是[-2,0],故选D。

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点评:本题虽然是选择题,但是对运算能力的要求较高,要想顺利完成也不容易。问题的切入点不同,构造的函数也不相同。在问题的求解过程中,如果可以分离出参数,尽量用分离参数的方法去求解,多数问题采用分离参数的方法求解会相对容易一点。

方法3:图像法

例3.若存在正数x使2x(x-a)<1成立,则a的取值范围是( )。

A.(-∞,+∞)B.(-2,+∞)

C.(0,+∞)  D.(-1,+∞)

解:不等式2x(x-a)<1可变形为x-a<( )x。在同一平面直角坐标系内作出直线y=x-a与y=( )x的图像,如图。由题意,知在(0,+∞) 上,直线y=x-a有一部分在曲线y=( )x的下方。观察可知,有-a<1,所以a>-1,D正确。

点评:结合函数图象来求解比起用常规方法求解更为直观、简单。

方法4:等价转化法

例4.设f(x)= +xlnx,g(x)=x3-x2-3。

(1)如果存在x1、x2∈[0,2],g(x1)-g(x2)≥M成立,求满足上述条件的最大整数M。

(2)如果对于任意的s、t∈[ ,2]都有f(s)≥g(t)成立,求实数a的取值范围。

解:(1)存在x1、x2∈[0,2]使得g(x1)-g(x2)≥M成立,等价于[g(x1)-g(x2)]max≥M。因为g(x)=x3-x2-3,所以g`(x)=3x2-2x=3x(x- )。由g`(x)>0得x<0或x> ,由g`(x)<0得0<x< 。又x∈[0,2],所以g(x)在区间[0, ]上是单调减函数,在区间[ ,2]上是单调增函数。所以g(0)=-3,g( )=- ,g(2)=1,所以g(x)min=g( )=- ,g(x)max=g(2)=1,故[g(x1)-g(x2)]max=g(x)max-g(x)min=  ≥M。

所以满足条件的最大整数M=4。

(2)对于任意的s、t∈[ ,2],都有f(s)≥g(t)成立,等价于在区间[ ,2]上函数f(x)min≥g(x)max。由(1)可知在区间[ ,2]上,g(x)max=g(2)=1,区间[ ,2]上f(x)= +xlnx≥1恒成立,等价于a≥x-x2lnx恒成立。设h(x)=x-x2lnx,则h`(x)=1-2xlnx-x,可知h`(x)在区间[ ,2]上是单调减函数。又h`(1)=0,所以当1<x<2时h`(x)<0;当 <x<1时,h`(x)>0,所以函数h(x)=x-x2lnx在区间[ ,1]上单调递增,在区间[1,2]上单调递减。

所以h(x)max=h(1)=1,即实数a的取值范围是[1,+∞]。

点评:如果一个问题的求解中既有存在性问题又有恒成立问题,这时需要深刻理解题意,对问题作等价转化。这里一定要注意转化的等价性、巧妙性。

在具体问题中究竟是求最大值还是最小值,可以先联想恒成立问题是求最大值还是最小值,这样就可以把相应的存在性问题转化为求最值问题。

论文作者:黎建国

论文发表刊物:《中小学教育》2014年7月总第175期供稿

论文发表时间:2014-5-4

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