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專題17 恒成立問題——數(shù)形結(jié)合法
【熱點聚焦與擴展】
不等式恒成立問題常見處理方法:① 分離參數(shù)恒成立(可)或恒成立(即可);② 數(shù)形結(jié)合(圖象在 上方即可);③ 討論最值或恒成立;④ 討論參數(shù).
1、函數(shù)的不等關(guān)系與圖象特征:
(1)若,均有的圖象始終在的下方
(2)若,均有的圖象始終在的上方
2、在作圖前,可利用不等式的性質(zhì)對恒成立不等式進行變形,轉(zhuǎn)化為兩個可作圖的函數(shù)
3、要了解所求參數(shù)在圖象中扮演的角色,如斜率,截距等
4、作圖時可“先靜再動”,先作常系數(shù)的函數(shù)的圖象,再做含參數(shù)函數(shù)的圖象(往往隨參數(shù)的不同取值而發(fā)生變化)
5、在作圖時,要注意草圖的信息點盡量完備
6、什么情況下會考慮到數(shù)形結(jié)合?利用數(shù)形結(jié)合解決恒成立問題,往往具備以下幾個特點:
(1)所給的不等式運用代數(shù)手段變形比較復(fù)雜,比如分段函數(shù),或者定義域含參等,而涉及的函數(shù)便于直接作圖或是利用圖象變換作圖
(2)所求的參數(shù)在圖象中具備一定的幾何含義
(3)題目中所給的條件大都能翻譯成圖象上的特征
【經(jīng)典例題】
例1.【2018屆浙江省金華十校4月模擬】若對任意的,存在實數(shù),使 恒成立,則實數(shù)的最大值為__________.
【答案】9
【解析】若對任意的, 恒成立,可得:
恒成立,
令,,
原問題等價于:,結(jié)合對勾函數(shù)的性質(zhì)分類討論:
(1)當(dāng)時,,,
原問題等價于存在實數(shù)滿足:,
故,解得:,則此時;
(2)當(dāng)時,,,
原問題等價于存在實數(shù)滿足:,
原問題等價于存在實數(shù)滿足:,
故,解得:,則此時;
當(dāng)時,,
原問題等價于存在實數(shù)滿足:,
故,解得:,則此時;
綜上可得:實數(shù)的最大值為.
點睛:對于恒成立問題,常用到以下兩個結(jié)論:
(1)a≥f(x)恒成立?a≥f(x)max;
(2)a≤f(x)恒成立?a≤f(x)min.
例2.【2018屆一輪訓(xùn)練】已知log (x+y+4)
4x+m-3恒成立,則x的取值范圍是________________.
【答案】(-∞,-1)∪(3,+∞)
【解析】不等式可化為m(x-1)+x2-4x+3>0在0≤m≤4時恒成立.
令f(m)=m(x-1)+x2-4x+3.結(jié)合二次函數(shù)的圖象得
?
?
即x<-1或x>3.
故答案為:(-∞,-1)∪(3,+∞)
例5.已知不等式在上恒成立,則實數(shù)的取值范圍是_________
【答案】
可得:,綜上可得:.
【名師點睛】(1)通過常系數(shù)函數(shù)圖象和恒成立不等式判斷出對數(shù)函數(shù)的單調(diào)性,進而縮小了參數(shù)討論的取值范圍.
(2)學(xué)會觀察圖象時要抓住圖象特征并抓住符合條件的關(guān)鍵點(例如本題中的).
(3)處理好邊界值是否能夠取到的問題.
例6.若不等式對于任意的都成立,則實數(shù)的取值范圍是___________
【答案】
【解析】本題選擇數(shù)形結(jié)合,可先作出在的圖象,扮演的角色為對數(shù)的底數(shù),決定函數(shù)的增減,根據(jù)不等關(guān)系可得,觀察圖象進一步可得只需時,,即,所以
例7. 已知函數(shù),若對任意的,都有成立,則實數(shù)的取值范圍是_____________
【答案】
m+1
m
【名師點睛】本題也可以用最值法求解:若,則,而是開口向上的拋物線,最大值只能在邊界處產(chǎn)生,所以,再解出的范圍即可.
例8.已知函數(shù)若直線與函數(shù)的圖象只有一個交點,則實數(shù)的取值范圍是________.
【答案】或
【解析】作出函數(shù)f(x)的圖象如圖,
例9.已知函數(shù)是定義在上的奇函數(shù),當(dāng)時, ,若,則實數(shù)的取值范圍是_____________
【答案】
【解析】是奇函數(shù)且在時是分段函數(shù)(以為界),且形式比較復(fù)雜,恒成立的不等式較難轉(zhuǎn)化為具體的不等式,所以不優(yōu)先考慮參變分離或是最值法.從數(shù)形結(jié)合的角度來看,一方面的圖象比較容易作出,另一方面可看作是的圖象向右平移一個單位所得,相當(dāng)于也有具體的圖象.所以考慮利用圖象尋找滿足的條件.先將寫為分段函數(shù)形式:,作出正半軸圖象后再根據(jù)奇函數(shù)特點,關(guān)于原點對稱作出負半軸圖象.恒成立,意味著的圖象向右平移一個單位后,其圖象恒在的下方.通過觀察可得在平移一個單位至少要平移個長度,所以可得:
答案:.
例10【2018屆河南省高三4月考試】已知函數(shù).
(1)若在處取得極值,求的值;
(2)若在上恒成立,求的取值范圍.
【答案】(1);(2)
上恒成立,時再分兩種情況討論可得時,在上恒成立,當(dāng)時,根據(jù)二次函數(shù)的性質(zhì)可得不滿足題意,進而可得結(jié)果.
試題解析:(1),
∵在處取到極值,
∴,即,∴.
經(jīng)檢驗,時,在處取到極小值.
(2),令,
①當(dāng)時,,在上單調(diào)遞減.
又∵,∴時,,不滿足在上恒成立.
時,,單調(diào)遞增,∴.
又∵,∴,故不滿足題意.
③當(dāng)時,二次函數(shù)開口向下,對稱軸為,在上單調(diào)遞減,
,∴,在上單調(diào)遞減.
又∵,∴時,,故不滿足題意.
綜上所述,.
【精選精練】
1.【2018屆東莞市高三畢業(yè)班第二次綜合考試】已知函數(shù)若不等式恒成立,則實數(shù)的取值范圍為( )
A. B.
C. D.
【答案】C
2.若函數(shù)有極大值點和極小值點,則導(dǎo)函數(shù)的大致圖象可能為( )
A. B.
C. D.
【答案】C
則導(dǎo)函數(shù)在區(qū)間上為正數(shù),在區(qū)間上為負數(shù),在區(qū)間上為正數(shù);
觀察所給的函數(shù)圖象可知,只有C選項符合題意.
本題選擇C選項.
3.已知函數(shù)在區(qū)間上是增函數(shù),則實數(shù)的取值范圍是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】二次函數(shù)的對稱軸為;∵該函數(shù)在上是增函數(shù);∴,∴,∴實數(shù)的取值范圍是,故選B.
4. 若,不等式恒成立,則的取值范圍是______
【答案】或
【解析】思路:本題中已知的范圍求的范圍,故構(gòu)造函數(shù)時可看作關(guān)于的函數(shù),恒成立不等式變形為 ,設(shè),即關(guān)于的一次函數(shù),由圖象可得:無論直線方向如何,若要,只需在端點處函數(shù)值均大于0即可,即,解得:或
答案:或
【名師點睛】(1)對于不等式,每個字母的地位平等,在構(gòu)造函數(shù)時哪個字母的范圍已知,則以該字母作為自變量構(gòu)造函數(shù).
(2)線段的圖象特征:若兩個端點均在坐標(biāo)軸的一側(cè),則線段上的點與端點同側(cè).
(3)對點評(2)的推廣:已知一個函數(shù)連續(xù)且單調(diào),若兩個端點在坐標(biāo)軸的一側(cè),則曲線上所有點均與端點同側(cè).
5.設(shè),若時均有,則_________
【答案】
答案:
6.【2018屆二輪訓(xùn)練】當(dāng)實數(shù)x,y滿足時,ax+y≤4恒成立,則實數(shù)a的取值范圍是________.
【答案】
【解析】
要使平面區(qū)域在直線的下方,則只要在直線上或直線下方即可,即,得,綜上,所以實數(shù)的取值范圍是,故答案為.
7.【2018屆二輪訓(xùn)練】已知函數(shù)f1(x)=|x-1|,f2(x)=x+1,g(x)=+,若a,b∈[-1,5],且當(dāng)x1,x2∈[a,b]時, >0恒成立,則b-a的最大值為________.
【答案】5
【解析】 且 恒成立, 在區(qū)間上單調(diào)第增,
∵函數(shù)
當(dāng) 時, ,單調(diào)減;
當(dāng) 單調(diào)增;
當(dāng)時, ,單調(diào)遞增. 的最大值為.
故答案為5.
8.【2018屆吉林省長春市高三監(jiān)測(三)】已知函數(shù),若,則實數(shù)的取值范圍是___________.
【答案】
9.【2018屆吉林省長春市高三監(jiān)測(三)】已知函數(shù),若,則實數(shù)的取值范圍是___________.
【答案】
【解析】當(dāng),
當(dāng),
故.
故答案為:
10.當(dāng)時,不等式恒成立,則實數(shù)的最大值是__________.
【答案】3
【解析】令,則由題意可知,
∵,
∴,
當(dāng)且僅當(dāng),即時,等號成立,
∴,從而.
故實數(shù)的最大值是.
故答案為:3.
另法:的圖象即函數(shù)的圖象向右、向上均平移1單位得到,結(jié)合圖象可得解.
11.【2018屆寧夏銀川高三4月模擬】已知函數(shù)是定義在上的奇函數(shù),當(dāng)時,,給出以下命題:
①當(dāng)時,;
②函數(shù)有個零點;
③若關(guān)于的方程有解,則實數(shù)的取值范圍是;
④對恒成立,
其中,正確命題的序號是__________.
【答案】①④
若方程有解,則,且對恒成立,故③錯誤,④正確.
故答案為①④.
12.函數(shù)的定義域為(為實數(shù)).
(1)若函數(shù)在定義域上是減函數(shù),求的取值范圍;
(2)若在定義域上恒成立,求的取值范圍.
【答案】(1);(2)
【解析】試題分析:(1)利用單調(diào)性的定義,根據(jù)函數(shù)在定義域上是減函數(shù),可得不等式恒成立,從而可求的取值范圍;(2)利用分離參數(shù)思想原題意等價于恒成立,
∵,∴函數(shù)在上單調(diào)減,
∴時,函數(shù)取得最小值,即.
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