函数恒成立问题参变分离法.doc

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1、学 科数学课题名称函数恒成立问题参变分离法周次教学目标教学重难点函数恒成立问题参变分离法一、基础知识：1、参变分离：顾名思义，就是在不等式中含有两个字母时（一个视为变量，另一个视为参数） ，可利用不等式的等价变形让两个字母分居不等号的两侧，即不等号的每一侧都是只含有一个字母的表达式。然后可利用其中一个变量的范围求出另一变量的范围2、如何确定变量与参数：一般情况下，那个字母的范围已知，就将其视为变量，构造关于它的函数，另一个字母（一般为所求）视为参数。3、参变分离法的适用范围：判断恒成立问题是否可以采用参变分离法，可遵循以下两点原则：（1）已知不等式中两个字母是否便于进行分离，如果仅通过几步简单

2、变换即可达到分离目的，则参变分离法可行。但有些不等式中由于两个字母的关系过于“紧密” ，会出现无法分离的情形，此时要考虑其他方法。例如：，等21logaxx111axxex（2）要看参变分离后，已知变量的函数解析式是否便于求出最值（或临界值） ，若解析式过于复杂而无法求出最值（或临界值） ，则也无法用参变分离法解决问题。 （可参见”恒成立问题最值分析法“中的相关题目）4、参变分离后会出现的情况及处理方法：（假设为自变量，其范围设为，为函数；xD f x为参数，为其表达式）a g a（1）若的值域为 f x,m M，则只需要 ,xD g af x ming af xm，则只需要 ,xD g xf

3、 x ming af xm，则只需要 ,xD g af x max=g af xM，则只需要 ,xD g af x max=g af xM，则只需要 ,xD g af x maxg af xM，则只需要 ,xD g af x maxg af xM，则只需要 ,xD g af x ming af xm，则只需要 ,xD g af x ming af xm（2）若的值域为 f x,m M ，则只需要 ,xD g af x g am，则只需要（注意与（1）中对应情况进行对比） ,xD g af x g am ，则只需要 ,xD g af x g aM，则只需要（注意与（1）中对应情况进行对比） ,x

4、D g af x g aM ，则只需要（注意与（1）中对应情况进行对比） ,xD g af x g aM，则只需要 ,xD g af x g aM ，则只需要（注意与（1）中对应情况进行对比） ,xD g af x g am，则只需要 ,xD g af x g am5、多变量恒成立问题：对于含两个以上字母（通常为 3 个）的恒成立不等式，先观察好哪些字母的范围已知（作为变量） ，那个是所求的参数，然后通常有两种方式处理（1）选择一个已知变量，与所求参数放在一起与另一变量进行分离。则不含参数的一侧可以解出最值（同时消去一元） ，进而多变量恒成立问题就转化为传统的恒成立问题了。（2）将参数与变量进

5、行分离，即不等号一侧只含有参数，另一侧是双变量的表达式，然后按所需求得双变量表达式的最值即可。二、典型例题：例 1：已知函数，若恒成立，则实数的取值范围是_ xxf xeae( )2 3fx a思路：首先转化不等式，即恒成立，观察不等式与便( )xxfxeae2 3x xaeeaxe于分离，考虑利用参变分离法，使分居不等式两侧，若不等式恒成, a x 22 3xxaee 立，只需，令（解析式可（解析式可 2max2 3xxaee 222 333xxxg xeee 看做关于看做关于的二次函数，故配方求最值）的二次函数，故配方求最值），所以xe max3g x3a 答案：3a 例 2：已知函数，若

6、在上恒成立，则的取值范围是 lnaf xxx 2f xx1,a_思路：恒成立的不等式为，便于参数分离，所以考虑尝试参变分离法2lnaxxx解：，其中233lnlnlnaxxxxaxaxxxx1,x只需要，令3maxlnaxxx 3lng xxxx（导函数无法直接确定单调区间，但再求一次导即可将变为，所以二阶导2( )1ln3g xxx ln x1 x函数的单调性可分析，为了便于确定的符号，不妨先验边界值） gx，（判断单调性时一定要先看定义域，有可能会简 12g 2 11660xgxxxx化判断的过程）在单调递减，在单调递减 gx1, 10( )gxgg x1, 11g xg 1a 答案：1a

7、 注意：求导数的目的是利用导函数的符号得到原函数的单调性，当导函数无法直接判断符号时，可根据导函数解析式的特点以及定义域尝试在求一次导数，进而通过单调性和关键点（边界点，零点）等确定符号。例 3：若对任意，不等式恒成立，则实数的范围是 xR23324xaxxa思路：在本题中关于的项仅有一项，便于进行参变分离，但由于,则分离参数, a x2axxR时要对的符号进行讨论，并且利用的符号的讨论也可把绝对值去掉，进而得到的范围，xxa，当时，而2233322344xaxxaxxx0x min32314axx ；当时，不等式恒成33331312 312444xxxxxx 221aa0x 立；当时，而0x

8、 max32314axx 333113244xxxx 综上所述：221aa 11a 答案：11a 注意：（1）不等式含有绝对值时，可对绝对值内部的符号进行分类讨论，进而去掉绝对值，在本题中对进行符号讨论一举两得：一是去掉了绝对值，二是参变分离时确定不等号的是否x变号。（2）在求解析式最值时根据式子特点巧妙使用均值不等式，替代了原有的构造函数求导出x最值的方法，简化了运算。（3）注意最后确定的范围时是三部分取交集，因为是对的取值范围进行的讨论，而无论ax取何值，的值都要保证不等式恒成立，即要保证三段范围下不等式同时成立，所以取交xaa集。例 4：设函数，对任意的恒2( )1f xx23,4( )

9、(1)4 ( )2xxfm f xf xf mm成立，则实数的取值范围是_m思路：先将不等式进行化简可得：，即2 22221411141xmxxmm ，便于进行分离，考虑不等式两边同时除以，可得：222 21423mxxxm2x，2 2 22 min1234xxmmx 2222311321xxg xxxx 120,3x最小值，即解25 33g 242 2154125303mmmm 2231430mm得：33,22m 答案：33,22m 注意：本题不等式看似复杂，化简后参变分离还是比较容易的，从另一个角度看本题所用不等式为二次不等式，那么能否用二次函数图像来解决呢？并不是一个很好的办法，因为二次

10、项系数为关于的表达式且过于复杂，而对称轴的形式也不利于下一步的计算。所以在解题时要m注意观察式子的结构，能够预想到某种方法所带来的运算量，进而做出选择例 5：若不等式对恒成立，则实数的取值范围是 2322xxxax0,4xa思路：，令，23 23min2222xxxxxxaxax 2322xxxfxx对绝对值内部进行符号讨论，即，而 22222, 242222,02xxxxfxxxxxxxx 在单调递增，在单调递减，可求出222yxxx2,4222yxxx0, 2 min22 2fxf2 2a答案：2 2a 例 6：设正数，对任意，不等式 2221,xe xe xf xg xxe12,0,x

11、x 恒成立，则正数的取值范围是（ ） 12 1g xf xkkk思路：先将放置不等号一侧，可得，所以，先求出k 2 11kf xg xk 2 1max1kf xg xk 的最大值，可得在单调递增，在单调递减。 g x 21xgxex e g x0,11,故，所以若原不等式恒成立，只需，不等式中只含，可 max1g xge 2 1kf xek1, k x以考虑再进行一次参变分离，则只需 2 21 1kf xkeef xkk， 2min1kef xk 22 2211122e xf xe xe xexxx 2min2f xe所以解得： 12keek1k 答案： 1k 例 7：已知函数，若对于任意的

12、221ln ,1xf xaxaxx aR g xex，不等式恒成立，求实数的取值范围120,xxR 12f xg xa思路：含有参数，而为常系数函数，且能求出最值，所以以为入手点：若 f xa g x g x恒成立，则只需。可求出，进而问题转化为 12f xg x 1minf xg x min0g x，恒成立，此不等式不便于利用参变分离求解，考10,x2 11121ln0axaxx虑利用最值法分类讨论解决解：恒成立 只需 12f xg x 1minf xg x由得：，令解得： 1xg xex 1xgxe 0gx 0x 在单调递减，在单调递增 g x,00, min00g xg，恒成立10,x2

13、 11121ln0axaxx即只需 max0f x 2 22112111221axaxaxxfxaxaxxx 当时，令0a 21axa则，与矛盾21211lnln 20aafaaa 0f x 当时， 解得 0a 210ax 0fx1x 在单调递增，在单调递减 f x0,11, max1211f xfaaa 101aa 综上所述： 1,0a 注意：（1）在例 6，例 7 中对于多变量恒成立不等式，都是以其中一个函数作为突破口求得最值，进而消元变成而二元不等式，再用处理恒成立的解决方法解决。（2）在本题处理恒成立的过程中，对令这个反例，是通过以下两点确定 0f x 21axa的： 时估计函数值的变

14、化，可发现当时，（平方0a f xx 2210axax比一次函数增长的快） 在选取特殊值时，因为发现时，已然为正数，所以只需前1x lnx面两项相消即可，所以解方程，刚好符合反例221121020aaxaxxaa的要求。例 8：若不等式对任意正数恒成立，则正数的最小值是（ ）2 2xxya xy, x yaA. B. C. D. 121222 21思路：本题无论分离还是分离都相对困难，所以考虑将归至不等号的一侧，致力于去xy, x y求表达式的最值：，从入手考虑, x ymax2 22 2xxyxxya xyaxy2 2xy使用均值不等式：，所以2 2222xyxyxy22 22xxyxxyx

15、yxy2a 答案：B注意：（1）在多变量不等式恒成立问题上处理方式要根据不等式特点灵活选择合适的方法，本题分离与很方便，只是在求二元表达式最值上需要一定的技巧。a, x y（2）本题在求的最大值时，还可以从表达式分子分母齐次的特点入手，同时除以2 2xxy xy （或）：，在通过换元转化为一元表达式，再求最值即xy2122 21y xxyx yxy xytx可。例 9：已知函数 ，如果当时，不等式恒成立，求实数的 1ln xf xx1x 1kf xxk取值范围.思路：恒成立不等式为,只需不等号两侧同时乘以即可进行参变分离，且1ln 1xk xx1x 由于,，也不存在不等号变号问题。则可得：,只

16、需1x 10x 1 1lnxxkx即可，设，尝试利用导数求得最小值， min1 1lnxxkx 1 1lnxxg xx解： 1x 1 1ln1ln 1xxxkkxxx即只需要min1 1lnxxkx设 1 1lnxxg xx 221 1ln1 1lnlnxxxxxxxgxxx令 (分子的符号无法直接判断，所以考虑再构造函数进行分析） lnh xxx 111xhxxx 1x 0hx在单调递增 h x1,+ 110h xh 在单调递增 0gx g x1,+ min12g xg2k答案：2k 例 10：已知函数,若,且 对任意恒成立,则的最大 lnfxxxxkZ 1fxkx1x k值为_.思路：恒成

17、立不等式，令， ln 11fxxxxkxxminln 1xxxkx ln 1xxxg xx则，考虑分子，在 2ln21xxgxx ln2h xxx 1110xhxxx h x单调递增。尽管不能够确定零点，但可以通过零点存在性定理大致的确定零点所在的1,位置。 ，使得。 31ln30,42ln20hh 3,4b 0h b ，同理，时，所以在 1,00xbh xgx ,xb 0gx g x单调递减，在单调递增。，因为即1,b, b minln 1bbbg xg bb 0h b ， ln20ln2bbbb 23,41bb bg bbbkbmax3k答案：3注意：（1）本题的一个重要技巧在于对零点的“

18、设而不求” ，在求得单调增的前提 h x h x下，判断的符号零点必不可少，但方程无法求出解。那么卡在这一步是 h xln20xx否要放弃重来？不然。可暂用一个变量来表示零点，再用特殊点的函数值将零点控制在一个小的范围内。在本题中这种方法带来方法上的两个突破：第一，能够判断的符号进而得到 h x的符号，确定了的单调性，找到最小值。第二，尽管不可求，但是本身自带一 gx g xb个方程，从而达到了一个对数与一次函数的转换。对后面的化ln20ln2bbbb简有极大帮助（2）若所求变量在整数集中取值，则求变量的值时不仅可利用等量关系，也可考虑求关于该变量的不等关系，再由其整数性选取符合条件的整数即可。