不等式恒成立问题的大全

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不等式恒成立问题

“含参不等式恒成立问题”把不等式、函数、三角、几何等内容有机地结合起来,其以覆盖知识点多,综合性强,解法灵活等特点而倍受高考、竞赛命题者的青睐。另一方面,在解决这类问题的过程中涉及的“函数与方程”、“化归与转化”、“数形结合”、“分类讨论”等数学思想对锻炼学生的综合解题能力,培养其思维的灵活性、创造性都有着独到的作用。本文就结合实例谈谈这类问题的一般求解策略。

一、判别式法

若所求问题可转化为二次不等式,则可考虑应用判别式法解题。一般地,对于二次函数),0()(2R x a c bx ax x f ∈≠++=,有

1)0)(>x f 对R x ∈恒成立⎩

⎨⎧<∆>⇔00a ; 2)0)(

0⎩⎨⎧<∆<⇔a

例1.已知函数])1(lg[22a x a x y +-+=的定义域为R ,求实数a 的取值范围。 解:由题设可将问题转化为不等式0)1(22>+-+a x a x 对R x ∈恒成立,即有

04)1(22<--=∆a a 解得3

11>-

1()1,(+∞--∞ 。 若二次不等式中x 的取值范围有限制,则可利用根的分布解决问题。 例2.设22)(2+-=mx x x f ,当),1[+∞-∈x 时,m x f ≥)(恒成立,求实数m 的

取值范围。

解:设m mx x x F -+-=22)(2,则当),1[+∞-∈x 时,0)(≥x F 恒成立 当120)2)(1(4<<-<+-=∆m m m 即时,0)(>x F 显然成立;

当0≥∆时,如图,0)(≥x F 恒成立的充要条件为:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧-≤--≥-≥∆1220)1(0m F 解得23-≤≤-m 。

综上可得实数m 的取值范围为)1,3[-。

二、最值法

将不等式恒成立问题转化为求函数最值问题的一种处理方法,其一般类型有:

1)a x f >)(恒成立min )(x f a <⇔

2)a x f <)(恒成立max )(x f a >⇔

1.已知两个函数2()816f x x x k =+-,

32()254g x x x x =++,其中k 为实数

.

(1)若对任意的[]33,

-∈x ,都有)()(x g x f ≤成立,求k 的取值范围; (2)若对任意的[]3321,

、-∈x x ,都有)()(21x g x f ≤,求k 的取值范围. (3)若对于任意1x []3,3∈-,总存在[]03,3x ∈-使得)()(10x f x g =成立,求k 的取值范围.

【分析及解】 (1) 令k x x x x f x g x F +--=-=1232)()()(23,

问题转化为0)(≥x F 在 []3,3-∈x 上恒成立,即0)(min ≥x F 即可

∵)2(61266)(22'--=--=x x x x x F ,

由0)('=x F , 得2=x 或 1-=x .

∵(3)45(3)9(1)7(2)20F k F k F k F k -=-=--=+=-,,,,

∴45)(min -=k x F , 由045≥-k , 解得 45≥k .

(2)由题意可知当[]33,

-∈x 时,都有min max )()(x g x f ≤. 由01616)('=+=x x f 得1-=x .

∵k f k f --=--=-8)1(24)3(,, k f -=120)3(,

∴120)(max +-=k x f .

由04106)(2'=++=x x x g 得3

21-=-=x x 或, ∵21)3(-=-g , 111)3(=g , 1)1(-=-g , 27

28)32(-=-g , ∴21)(min -=x g .

则21120-≤-k , 解得141≥k .

(3) 若对于任意1x []3,3∈-,总存在[]03,3x ∈-使得)()(10x f x g =成立,等价于()f x 的值域是()g x 的值域的子集,

由(2)可知, 2()816f x x x k =+-在[]3,3-的值域为[]8,120k k ---+,

32()254g x x x x =++在[]3,3-的值域为[]21,111-,

于是,[][]8,12021,111k k ---+⊆-,即满足 821,120111.

k k --≥-⎧⎨-+≤⎩解得913k ≤≤

2.已知x x x x g a x x x f 4042)(,287)(232-+=--=,当]3,3[-∈x 时,)()(x g x f ≤恒成立,求实数a 的取值范围。

解:设c x x x x g x f x F -++-=-=1232)()()(23,

则由题可知0)(≤x F 对任意]3,3[-∈x 恒成立

令01266)(2'=++-=x x x F ,得21=-=x x 或

而,20)2(,7)1(a F a F -=-=-,9)3(,45)3(a F a F -=-=-

∴045)(max ≤-=a x F

∴45≥a 即实数a 的取值范围为),45[+∞。

3.函数),1[,2)(2+∞∈++=x x

a x x x f ,若对任意),1[+∞∈x ,0)(>x f 恒成立,求实数a 的取值范围。

解:若对任意),1[+∞∈x ,0)(>x f 恒成立,

即对),1[+∞∈x ,02)(2>++=x

a x x x f 恒成立, 考虑到不等式的分母),1[+∞∈x ,只需022>++a x x 在),1[+∞∈x 时恒成立而得 而抛物线a x x x g ++=2)(2在),1[+∞∈x 的最小值03)1()(min >+==a g x g 得3->a

注:本题还可将)(x f 变形为2)(++=x

a x x f ,讨论其单调性从而求出)(x f 最小4. 已知a ax x x f -++=3)(2,若2)(],2,2[≥-∈x f x 恒成立,求a 的取值范围.

解析 本题可以化归为求函数f (x )在闭区间上的最值问题,只要对于任意2

)(],2,2[m in ≥-∈x f x .若2)(],2,2[≥-∈x f x 恒成立⇔2)(],2,2[m in ≥-∈∀x f x ⇔⎪⎩⎪⎨⎧≥-=-=-≤-2

37)2()(22m in a f x f a 或⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧≥--=-=≤-≤-243)2()(2222m in a a a f x f a 或⎪⎩⎪⎨⎧≥+==>-27)2()(22m in a f x f a ,即a 的取值范围为]222,5[+--.

值。

三、分离变量法

若所给的不等式能通过恒等变形使参数与主元分离于不等式两端,从而问题转化为求主元函数的最值,进而求出参数范围。这种方法本质也还是求最值,但它思路更清晰,操作性更强。一般地有:

1)为参数)a a g x f )(()(<恒成立max )()(x f a g >⇔

2)为参数)a a g x f )(()(>恒成立max )()(x f a g <⇔

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