函数中的任意和存在性问题

函数的任意和存在性问题

中山纪念中学 李文东 528454

函数中的任意性、存在性问题，也即函数中的恒成立和能成立问题，一直是高中数学考试乃至高考的重点和难点，这一类问题主要涉及到函数的最值和值域，基本模式如下：

1.若不等式()f x A >对于任意的x D ∈成立⇔在区间D 上()min f x A >

2.若不等式()f x B <对于任意的x D ∈成立⇔在区间D 上()max f x B <

3.若在区间D 上存在实数x 使不等式()f x A >成立⇔在区间D 上()max f x A >；

4.若在区间D 上存在实数x 使不等式()f x B <成立⇔在区间D 上的()min f x B <.

而当题目中涉及到两个函数或者是存在性与任意性同时出现时，很多同学更是无从下手，本文拟通过下面的例子，帮助同学们解决这一难题。

例. 已知函数32()231f x ax ax =-+，3()42

a g x x =-+，其中0a < （1）若存在0[0,2]x ∈，使得0()0f x =成立，求a 的取值范围.

解：存在0[0,2]x ∈，使得0()0f x =成立⇔函数32

()231f x ax ax =-+在区间[0,2]有零点.⇔方程()0f x =在区间[0,2]有实数根.

而2()666(1).f x ax ax ax x '=-=-因为0a <，故

要使方程()0f x =在区间[0,2]有实数根，则140a +≤⇒4

a ≤-. （2）若存在1[0,2]x ∈、2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x =成立，求a 的取值范围. 解：若存在1[0,2]x ∈、2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x =成立⇔()f x 的值域与()g x 的值域的交集非空.

由（1）可知，()f x 的值域（记为集合A ）为[14,1]A a a =+-，又因为当0a <时，

3()42a g x x =-+在[0,2]上是增函数， ()g x 的值域（记为集合B ）为33,222a B ⎡⎤=-+⎢⎥⎣⎦，要使A B ≠∅，则312a ≤-⇒12

a ≤-. （3）若存在1[0,2]x ∈、2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x >成立，求a 的取值范围. 解：由基本模式的3、4可知：若存在1[0,2]x ∈、2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x >成立⇔max min ()()f x g x >.而max ()1f x a =-，min 3()2g x =，故312a ->⇒12

a <-. （4）若存在1[0,2]x ∈，使对于任意2[0,2]x ∈，12()()f x g x =成立，求a 的取值范围. 解：存在1[0,2]x ∈，使对于任意2[0,2]x ∈，12()()f x g x =成立⇔()g x 的值域是()f x 的值域的子集. 即3

3,[14,1]222a a a ⎡⎤-+⊆+-⎢⎥⎣⎦⇒3122a a -≥-+⇒12a ≤-. （5）若对任意1[0,2]x ∈，总存在2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x <成立，求a 的取值范围. 解：由基本模式的1、3可知：对任意1[0,2]x ∈，总存在2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x <成立⇔max max ()()f x g x <.即3122

a a -<-+⇒1a >-，又0a <，故10a -<<. （6）若对任意1[0,2]x ∈，2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x <成立，求a 的取值范围. 解：由基本模式的1、2可知：对任意1[0,2]x ∈，2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x <成立⇔max min ()()f x g x <.即312a -<⇒12a >-，又0a <，故102

a -<<. （7）若对任意给定的0[0,2]x ∈，在[0,2]上总存在两个不同的i x （1,2i =），使得0()()i f x g x =成立，求a 取值范围.

解：在[0,2]上总存在两个不同的i x （1,2i =），使得0()()i f x g x =成立，于是

0()[1,1]g x a ∈-，由于0x 的任意性知有33,[1,1]222a a ⎡⎤-+⊆-⎢⎥⎣⎦

，只需3122

a a -+≤-⇒ 1.a ≤- （8）若对任意给定的0[0,2]x ∈，在[0,2]上总存在两个不同的i x （1,2i =），使得102()()()f x g x f x ≤≤成立，求a 取值范围.

解：由基本模式的1、2、3、4可知：对任意给定的0[0,2]x ∈，在[0,2]上总存在两个不同的i x （1,2i =），使得102()()()f x g x f x ≤≤成立 max max min min ()()()()g x f x f x g x ≤⎧⇔⎨≤⎩，即()g x 的值域是()f x 的值域的子集. 即33,[14,1]222a a a ⎡⎤-

+⊆+-⎢⎥⎣⎦⇒3122a a -+≤-⇒ 1.a ≤-