高考数学一轮复习第6章不等式及其证明重点强化课3不等式及其应用教师用书

重点强化课(三) 不等式及其应用
[复习导读] 本章的主要内容是不等式的性质，一元二次不等式及其解法，简单的线性规划问题，基本不等式绝对值不等式及其应用，针对不等式具有很强的工具性，应用广泛，解法灵活的特点，应加强不等式基础知识的复习，要弄清不等式性质的条件与结论；一元二次不等式是解决问题的重要工具，如利用导数研究函数的单调性，往往归结为解一元二次不等式问题；函数、方程、不等式三者密不可分，相互转化，因此应加强函数与方程思想在不等式中应用的训练．
重点1 一元二次不等式的综合应用
(1)(2017·舟山市一模)函数y ＝1－x
2
2x 2－3x －2的定义域为( )
A ．(－∞，1]
B ．[－1,1]
C ．[1,2)∪(2，＋∞)
D.⎣
⎢⎡⎭⎪⎫－1，－12∪⎝ ⎛⎦⎥⎤－12，1
(2)已知函数f (x )＝⎩
⎪⎨
⎪⎧
x 2
＋1，x ≥0，
1，x <0，则满足不等式f (1－x 2
)>f (2x )的x 的取值范围是
__________. 【导学号：51062198】
(1)D (2)(－1，2－1)
[(1)由题意得⎩⎪⎨⎪
⎧
1－x 2
≥0，2x 2
－3x －2≠0，
解得
⎩
⎪⎨⎪
⎧
－1≤x ≤1，x ≠2且x ≠－12，即－1≤x ≤1且x ≠－
1
2
，所以函数的定义域为
－1，－12∪－1
2
，1
，故选D.
(2)由题意得⎩⎪⎨
⎪⎧
1－x 2
>0，2x <0
或⎩⎪⎨⎪⎧
1－x 2
>2x ，
2x ≥0，
解得－1<x <0或0≤x <2－1. 所以x 的取值范围为(－1，2－1)．] [规律方法]
一元二次不等式综合应用问题的常见类型及求解方法
(1)与函数的定义域、集合的综合，此类问题的本质就是求一元二次不等式的解集． (2)与分段函数问题的综合．解决此类问题的关键是根据分段函数解析式，将问题转化为不同区间上的不等式，然后根据一元二次不等式或其他不等式的解法求解．
(3)与函数的奇偶性等的综合．解决此类问题可先根据函数的奇偶性确定函数的解析式，然后求解，也可直接根据函数的性质求解．
[对点训练1] 已知f (x )是定义在R 上的奇函数．当x >0时，f (x )＝x 2
－4x ，则不等式
f (x )>x 的解集用区间表示为__________．
(－5,0)∪(5，＋∞) [由于f (x )为R 上的奇函数， 所以当x ＝0时，f (0)＝0；当x <0时，－x >0， 所以f (－x )＝x 2
＋4x ＝－f (x )， 即f (x )＝－x 2
－4x ，
所以f (x )＝⎩⎪⎨⎪
⎧
x 2
－4x ，x >0，0，x ＝0，
－x 2－4x ，x <0.
由f (x )>x ，可得
⎩⎪⎨⎪
⎧
x 2
－4x >x ，x >0
或⎩⎪⎨⎪
⎧
－x 2
－4x >x ，x <0，
解得x >5或－5<x <0，
所以原不等式的解集为(－5,0)∪(5，＋∞)．]
重点2 线性规划问题
(1)(2017·杭州市二次调研)若实数x ，y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧
x ＋y －1≥0，x －1≤0，
4x －y ＋1≥0，
则
目标函数z ＝
y ＋1
x ＋3
的最大值为( ) A.1
4 B.23 C.32
D ．2
(2)当实数x ，y 满足⎩⎪⎨⎪
⎧
x ＋2y －4≤0，x －y －1≤0，
x ≥1
时，1≤ax ＋y ≤4恒成立，则实数a 的取值
范围是__________. 【导学号：51062199】
(1)C (2)⎣⎢⎡⎦
⎥⎤1，32 [(1)画出不等式组满足的平面区域为以点A (1,5)，B (1,0)，C (0,1)
为顶点的三角形区域(包含边界)，目标函数z ＝
y ＋1
x ＋3
表示为可行域内的点(x ，y )和点(－3，－1)连线的斜率，由图可知点A (1,5)与点(－3，－1)的连线的斜率最大，即z max ＝y ＋1x ＋3＝5＋1
1＋3
＝3
2
，故选C.]
(2)作出题中线性规划条件满足的可行域如图阴影部分所示，
令z ＝ax ＋y ，即y ＝－ax ＋z .作直线l 0：y ＝－ax ，平移l 0，
最优解可在A (1,0)，B (2,1)，C ⎝ ⎛⎭
⎪⎫1，32处取得． 故由1≤z ≤4恒成立，可得⎩⎪⎨
⎪⎧
1≤a ≤4，
1≤2a ＋1≤4，
1≤a ＋3
2
≤4，
解得1≤a ≤3
2
.]
[规律方法] 本题(2)是线性规划的逆问题，这类问题的特点是在目标函数或约束条件中含有参数，当在约束条件中含有参数时，那么随着参数的变化，可行域的形状可能就要发生变化，因此在求解时也要根据参数的取值对可行域的各种情况进行分类讨论，以免出现漏解．
[对点训练2] 已知a >0，x ，y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧
x ≥1，x ＋y ≤3，
y ≥a x －
若z ＝2x ＋y 的最小
值为1，则a ＝( )
A.1
4 B.12 C ．1
D ．2
B [作出不等式组表示的可行域，如图(阴影部分)．
易知直线z ＝2x ＋y 过交点A 时，z 取最小值， 由⎩⎪⎨
⎪⎧
x ＝1，y ＝a
x －，
得⎩⎪⎨
⎪
⎧
x ＝1，y ＝－2a ，
∴z min ＝2－2a ＝1，解得a ＝12
.]
重点3 基本不等式的综合应用
已知函数f (x )＝a x ＋b x
(a >0，b >0，a ≠1，b ≠1)．设a ＝2，b ＝12.
(1)求方程f (x )＝2的根；
(2)若对于任意x ∈R ，不等式f (2x )≥mf (x )－6恒成立，求实数m 的最大值． [解] 因为a ＝2，b ＝12
，所以f (x )＝2x ＋2－x
.2分
(1)方程f (x )＝2，即2x ＋2－x ＝2，亦即(2x )2－2×2x ＋1＝0，所以(2x －1)2＝0，即2x
＝1，解得x ＝0.6分
(2)由条件知f (2x )＝22x
＋2
－2x
＝(2x ＋2－x )2－2＝(f (x ))2
－2.
因为f (2x )≥mf (x )－6对于x ∈R 恒成立，且f (x )>0，
所以m ≤
f x 2
＋4
f x 对于x ∈R 恒成立.10分
而
f x 2
＋4
f x
＝f (x )＋
4
f x
≥2
f x
4
f x
＝4，且
f 2
＋4
f
＝4，
所以m ≤4，故实数m 的最大值为4.14分 [规律方法]
基本不等式综合应用中的常见类型及求解方法
(1)应用基本不等式判断不等式是否成立或比较大小．解决此类问题通常将所给不等式(或式子)变形，然后利用基本不等式求解．
(2)条件不等式问题．通过条件转化成能利用基本不等式的形式求解．
(3)求参数的值或范围．观察题目特点，利用基本不等式确定相关成立条件，从而得到参数的值或范围．
[对点训练3] (1)设a ，b ，c ∈(0，＋∞)，则“abc ＝1”是“1
a
＋
1
b
＋
1
c
≤a ＋b ＋c ”
的( )
A ．充分不必要条件
B ．必要不充分条件
C ．充要条件
D ．既不充分也不必要条件
(2)已知正数x ，y 满足x ＋2y ＝2，则
x ＋8y
xy
的最小值为__________. 【导学号：51062200】
(1)A (2)9 [(1)当a ＝b ＝c ＝2时，有1
a
＋
1
b
＋
1
c
≤a ＋b ＋c ，
但abc ≠1，所以必要性不成立． 当abc ＝1时，
1a ＋1b ＋1c
＝
bc ＋ac ＋ab
abc
＝bc ＋ac ＋ab ，
a ＋
b ＋
c ＝
a ＋
b ＋b ＋
c ＋a ＋c
2
≥ab ＋bc ＋ac ，所以充分性成立．
故“abc ＝1”是“
1
a
＋
1
b
＋
1
c
≤a ＋b ＋c ”的充分不必要条件．
(2)由已知得x ＋2y
2
＝1.
则
x ＋8y xy ＝1y ＋8x ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1y ＋8x ⎝ ⎛⎭
⎪⎫
x ＋2y 2 ＝12⎝
⎛
⎭⎪⎫10＋x y ＋16y x ≥12(10＋2 16)＝9，
当且仅当x ＝4
3，y ＝1
3
时取等号．]
重点4 绝对值不等式
(2017·浙江高考冲刺卷)已知函数f (x )＝|2x －1|＋|2x ＋a |，g (x )＝x ＋3. (1)当a ＝－2时，求不等式f (x )<g (x )的解集；
(2)设a >－1，且当x ∈⎣⎢⎡⎭
⎪⎫－a 2，12时，f (x )≤g (x )，求a 的取值范围．
[解] (1)当a ＝－2时，不等式f (x )<g (x )可化为|2x －1|＋|2x －2|－x －3<0.2分 设函数y ＝|2x －1|＋|2x －2|－x －3，
则y ＝⎩⎪⎨⎪⎧
－5x ，x <12
，
－x －2，12
≤x ≤1，
3x －6，x >1.
4分
其图象如图所示，由图象可知，当且仅当x ∈(0,2)时，y <0，所以原不等式的解集是
{x |0<x <2}.6分
(2)当x ∈⎣⎢⎡⎭
⎪⎫－a 2，12时，f (x )＝1＋a ， 不等式f (x )≤g (x )化为1＋a ≤x ＋3，所以x ≥a －2对x ∈⎣⎢⎡⎭
⎪⎫－a 2，12都成立，故－a 2≥a －2，即a ≤4
3
.
从而a 的取值范围是⎝
⎛⎦⎥⎤－1，43.14分 [规律方法] 利用数形结合法解形如|f (x ，a )|＋|g (x ，a )|≤h (x )的不等式(其中x 是主变元，a 是参数)的具体思路如下：
(1)设F (x )＝|f (x ，a )|＋|g (x ，a )|－h (x )．
(2)确定关于x 的函数f (x ，a )，g (x ，a )的零点是否存在．
(3)若不存在，根据函数值的符号去掉绝对值；若存在，用参数a 表示出来． [变式训练4] 设函数f (x )＝x 2
－2x －|x －1－a |－|x －2|＋4. (1)当a ＝1时，求f (x )的最小值；
(2)对∀x ∈R ，若f (x )≥0恒成立，求a 的取值范围．
[解] (1)当a ＝1时，f (x )＝x 2
－2x －2|x －2|＋4＝⎩
⎪⎨⎪⎧
x 2
－4x ＋8，x ≥2，
x 2
，x <2.4分
当x ≥2时，f (x )＝x 2－4x ＋8＝(x －2)2
＋4≥4； 当x <2时，f (x )＝x 2
≥0.
故当x ＝0时f (x )取得最小值，最小值为0.6分 (2)由f (0)≥0，f (1)≥0，即|1＋a |≤2， |a |≤2，得－2≤a ≤1. 当－2≤a ≤1时，8分
①若x ≥2，则f (x )＝x 2
－4x ＋a ＋7＝(x －2)2
＋3＋a ≥3＋a >0； ②若1＋a ≤x <2，则f (x )＝x 2
－2x ＋a ＋3＝(x －1)2
＋2＋a ≥2＋a ≥0； ③若x <1＋a ，则f (x )＝x 2
－a ＋1≥1－a ≥0.13分
综上可知，当－2≤a ≤1时，对∀x ∈R ，f (x )≥0恒成立，故a ∈[－2,1].
14分
重点强化训练(三) 不等式及其应用
A 组 基础达标
(建议用时：30分钟)
一、选择题
1．下列不等式一定成立的是( )
A ．lg ⎝
⎛⎭⎪⎫x 2＋14>lg x (x >0)
B ．sin x ＋
1
sin x
≥2(x ≠k π，k ∈Z ) C ．x 2
＋1≥2|x |(x ∈R ) D.
1
x 2
＋1
>1(x ∈R ) C [取x ＝12，则lg ⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2＋14＝lg x ，故排除A ；取x ＝32π，则sin x ＝－1，故排除B ；
取x ＝0，则
1
x 2
＋1
＝1，排除D.] 2．设变量x ，y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧
x －y ＋2≥0，2x ＋3y －6≥0，
3x ＋2y －9≤0，
则目标函数z ＝2x ＋5y 的最小值为
( )
A ．－4
B ．6
C ．10
D ．17
B [由约束条件作出可行域如图所示，目标函数可化为y ＝－25x ＋1
5
z ，在图中画出直线
y ＝－25
x ，
平移该直线，易知经过点A 时z 最小． 又知点A 的坐标为(3,0)， ∴z min ＝2×3＋5×0＝6.故选B.]
3．(2016·浙江高考)在平面上，过点P 作直线l 的垂线所得的垂足称为点P 在直线l
上的投影．由区域⎩⎪⎨⎪
⎧
x －2≤0，x ＋y ≥0，
x －3y ＋4≥0
中的点在直线x ＋y －2＝0上的投影构成的线段记为
AB ，则|AB |＝( ) 【导学号：51062201】
A ．2 2
B ．4
C ．3 2
D ．6
C [由不等式组画出可行域，如图中的阴影部分所示．
因为直线x ＋y －2＝0与直线x ＋y ＝0平行，所以可行域内的点在直线x ＋y －2＝0上的投影构成的线段的长|AB |即为|CD |.易得C (2，－2)，D (－1,1)，所以|AB |＝|CD |＝
＋
2
＋－2－
2
＝3 2.故选C.]
4．不等式
4
x －2
≤x －2的解集是( ) A ．[－∞，0)∪(2,4] B ．[0,2)∪[4，＋∞) C ．[2,4)
D ．(－∞，2]∪(4，＋∞)
B [①当x －2>0，即x >2时，不等式可化为(x －2)2
≥4，解得x ≥4； ②当x －2<0，即x <2时，不等式可化为(x －2)2
≤4， 解得0≤x <2.
综上，解集为[0,2)∪[4，＋∞)．]
5．若函数f (x )＝2x
＋1
2x －a 是奇函数，则使f (x )>3成立的x 的取值范围为( )
A ．(－∞，－1)
B ．(－1,0)
C ．(0,1)
D ．(1，＋∞)
C [因为函数y ＝f (x )为奇函数，所以f (－x )＝－f (x )，即2－x
＋12－x －a ＝－2x
＋1
2x －a .化简可得
a ＝1，则2x
＋12x －1＞3，即2x
＋12x －1－3＞0，即2x
＋1－x
－
2x
－1>0，故不等式可化为2x
－2
2x －1
＜0，即
1＜2x
＜2，解得0＜x ＜1，故选C.]
二、填空题
6．设x ，y 满足约束条件⎩⎪⎨⎪
⎧
2x －y ＋1≥0，x －2y －1≤0，
x ≤1，
则z ＝2x ＋3y －5的最小值为________．
－10 [画出不等式组表示的平面区域如图中阴影部分所示．由题意可知，当直线y ＝
－23x ＋53＋z
3
过点A (－1，－1)时，z 取得最小值，即z min ＝2×(－1)＋3×(－1)－5＝－10.] 7．若关于实数x 的不等式|x －5|＋|x ＋3|<a 无解，则实数a 的取值范围是________． (－∞，8] [法一：令f (x )＝|x －5|＋|x ＋3|，则去掉绝对值符号后可得f (x )＝|x －5|＋|x ＋3|＝⎩⎪⎨⎪
⎧
2x －2，x ≥5，8，－3<x <5，
2－2x ，x ≤－3.
当x ≥5时，可得f (x )≥8； 当－3<x <5时，可得f (x )＝8； 当x ≤－3时，可得f (x )≥8. 综上可知f (x )min ＝8.
欲使|x －5|＋|x ＋3|<a 无解，只需使(|x －5|＋|x ＋3|)min ≥a 即可，由此可得a ≤8. 法二：∵|x －5|＋|x ＋3|＝|5－x |＋|x ＋3|≥|5－x ＋x ＋3|＝8， ∴(|x －5|＋|x ＋3|)min ＝8.
要使|x －5|＋|x ＋3|<a 无解，只需a ≤8.]
8．设0≤α≤π，不等式8x 2
－(8sin α)x ＋cos 2α≥0对x ∈R 恒成立，则α的取值范围为__________．
⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，π6∪⎣⎢⎡⎦
⎥⎤5π6，π [由题意，要使8x 2－(8sin α)x ＋cos 2α≥0对x ∈R 恒成立，
需Δ＝64sin 2
α－32cos 2α≤0，
化简得cos 2α≥12.
又0≤α≤π，∴0≤2α≤
π3或5π
3
≤2α≤2π， 解得0≤α≤π6或5π
6≤α≤π.]
三、解答题 9．已知不等式
ax －1
x ＋1
>0(a ∈R )． (1)解这个关于x 的不等式；
(2)若x ＝－a 时不等式成立，求a 的取值范围． [解] (1)原不等式等价于(ax －1)(x ＋1)>0.1分 ①当a ＝0时，由－(x ＋1)>0，得x <－1；
②当a >0时，不等式化为⎝
⎛⎭
⎪⎫x －1a (x ＋1)>0.
解得x <－1或x >1
a
；3分
③当a <0时，不等式化为⎝
⎛⎭
⎪⎫x －1a (x ＋1)<0；
若1a <－1，即－1<a <0，则1
a
<x <－1；
若1
a ＝－1，即a ＝－1，则不等式解集为空集； 若1a
>－1，即a <－1，则 －1<x <1
a
.6分
综上所述，当a <－1时，解集为⎩
⎨⎧⎭
⎬⎫
x | －1<x <1a ；
当a ＝－1时，原不等式无解；
当－1<a <0时，解集为⎩
⎨⎧⎭
⎬⎫x | 1
a
<x <－1；
当a ＝0时，解集为{x |x <－1}；
当a >0时，解集为⎩
⎪⎨⎪⎧⎭
⎪⎬⎪
⎫x ⎪⎪⎪
x <－1或x >
1a .9分 (2)∵x ＝－a 时不等式成立， ∴－a 2
－1
－a ＋1
>0，即－a ＋1<0，12分 ∴a >1，即a 的取值范围为(1，＋∞).15分 10．已知函数f (x )＝|x ＋1|－2|x －a |，a ＞0. (1)当a ＝1时，求不等式f (x )＞1的解集；
(2)若f (x )的图象与x 轴围成的三角形面积大于6，求a 的取值范围.
【导学号：51062202】
[解] (1)当a ＝1时，f (x )>1化为|x ＋1|－2|x －1|－1>0. 当x ≤－1时，不等式化为x －4>0，无解； 当－1<x <1时，不等式化为3x －2>0，解得2
3<x <1；
当x ≥1时，不等式化为－x ＋2>0，解得1≤x ＜2.
所以f (x )>1的解集为⎩⎪⎨⎪⎧⎭
⎪⎬⎪
⎫x ⎪⎪⎪
2
3
<x <2
.7分 (2)由题设可得f (x )＝⎩⎪⎨⎪
⎧
x －1－2a ，x <－1，3x ＋1－2a ，－1≤x ≤a ，
－x ＋1＋2a ，x >a .
所以函数f (x )的图象与x 轴围成的三角形的三个顶点分别为A ⎝
⎛⎭⎪⎫2a －13，0，B (2a ＋1,0)，C (a ，a ＋1)．因此△ABC 的面积S ＝12|AB |·(a ＋1)＝23(a ＋1)2.12分
由23
(a ＋1)2>6，故a >2. 故a 的取值范围为(2，＋∞).15分
B 组 能力提升
(建议用时：15分钟)
1．已知a ，b 为正实数，且ab ＝1，若不等式(x ＋y )·⎝ ⎛⎭
⎪⎫a x ＋b y >m 对任意正实数x ，y 恒成立，则实数m 的取值范围是( )
A ．[4，＋∞)
B ．(－∞，1]
C ．(－∞，4]
D ．(－∞，4)
D [因为a ，b ，x ，y 为正实数，所以(x ＋y )⎝ ⎛⎭⎪⎫a x ＋b y ＝a ＋b ＋ay x ＋bx y
≥a ＋b ＋2≥2ab ＋2＝4，当且仅当a ＝b ，ay x ＝bx y
，即a ＝b ，x ＝y 时等号成立，故只要m <4即可．]
2．若不等式|2x －1|＋|x ＋2|≥a 2＋12
a ＋2对任意实数x 恒成立，则实数a 的取值范围是________． ⎣⎢⎡⎦⎥⎤－1，12 [设y ＝|2x －1|＋|x ＋2|＝⎩⎪⎨⎪⎧ －3x －1，x <－2，－x ＋3，－2≤x <12，3x ＋1，x ≥12.当x <－2时，y
＝－3x －1>5；当－2≤x <12时，y ＝－x ＋3>52；当x ≥12时，y ＝3x ＋1≥52
.故函数y ＝|2x －1|＋|x ＋2|的最小值为52.因为不等式|2x －1|＋|x ＋2|≥a 2＋12
a ＋2对任意实数x 恒成立，所以52≥a 2＋12a ＋2.解不等式52≥a 2＋12a ＋2，得－1≤a ≤12，故a 的取值范围为⎣
⎢⎡⎦⎥⎤－1，12.] 3．已知f (x )是定义在[－1,1]上的奇函数，且f (1)＝1，若m ，n ∈[－1,1]，m ＋n ≠0时，f m ＋f n m ＋n
>0. (1)用定义证明f (x )在[－1,1]上是增函数；
(2)解不等式f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋12<f ⎝ ⎛⎭
⎪⎫1x －1；
(3)若f (x )≤t 2
－2at ＋1对所有x ∈[－1,1]，a ∈[－1,1]恒成立，求实数t 的取值范围.
【导学号：51062203】
[解] (1)证明：任取x 1<x 2，且x 1，x 2∈[－1,1]，则 f (x 1)－f (x 2)＝f (x 1)＋f (－x 2)
＝f x 1＋f －x 2x 1－x 2
·(x 1－x 2).2分 ∵－1≤x 1<x 2≤1，∴x 1－x 2<0.
又已知f x 1＋f －x 2x 1－x 2
>0， ∴f (x 1)－f (x 2)<0，
即f (x )在[－1,1]上为增函数，7分
(2)∵f (x )在[－1,1]上为增函数，
∴⎩⎪⎨⎪⎧ －1≤x ＋12≤1，－1≤1x －1
≤1，x ＋12<1x －1，
解得⎩⎨⎧⎭⎬⎫x | －32≤x <－1.10分 (3)由(1)可知f (x )在[－1,1]上为增函数，且f (1)＝1，故对x ∈[－1,1]，恒有f (x )≤1， ∴要f (x )≤t 2－2at ＋1对所有x ∈[－1,1]，a ∈[－1,1]恒成立，即要t 2
－2at ＋1≥1
成立，
故t 2－2at ≥0，记g (a )＝－2ta ＋t 2.13分
对a ∈[－1,1]，g (a )≥0恒成立，只需g (a )在[－1,1]上的最小值大于等于0， ∴g (－1)≥0，g (1)≥0，解得t ≤－2或t ＝0或t ≥2.
∴t 的取值范围是{t |t ≤－2或t ＝0或t ≥2}.15分。