第10講   不等式

不等式這部分知識,滲透在中學數(shù)學各個分支中,有著十分廣泛的應(yīng)用.因此不等式應(yīng)用問題體現(xiàn)了一定的綜合性、靈活多樣性,對數(shù)學各部分知識融會貫通,起到了很好的促進作用.在解決問題時,要依據(jù)題設(shè)與結(jié)論的結(jié)構(gòu)特點、內(nèi)在聯(lián)系、選擇適當?shù)慕鉀Q方案,最終歸結(jié)為不等式的求解或證明.不等式的應(yīng)用范圍十分廣泛,它始終貫串在整個中學數(shù)學之中.諸如集合問題,方程(組)的解的討論,函數(shù)單調(diào)性的研究,函數(shù)定義域的確定,三角、數(shù)列、復數(shù)、立體幾何、解析幾何中的最大值、最小值問題,無一不與不等式有著密切的聯(lián)系,許多問題,最終都可歸結(jié)為不等式的求解或證明。

1.解不等式的核心問題是不等式的同解變形,不等式的性質(zhì)則是不等式變形的理論依據(jù),方程的根、函數(shù)的性質(zhì)和圖象都與不等式的解法密切相關(guān),要善于把它們有機地聯(lián)系起來,互相轉(zhuǎn)化.在解不等式中,換元法和圖解法是常用的技巧之一.通過換元,可將較復雜的不等式化歸為較簡單的或基本不等式,通過構(gòu)造函數(shù)、數(shù)形結(jié)合,則可將不等式的解化歸為直觀、形象的圖形關(guān)系,對含有參數(shù)的不等式,運用圖解法可以使得分類標準明晰.

2.整式不等式(主要是一次、二次不等式)的解法是解不等式的基礎(chǔ),利用不等式的性質(zhì)及函數(shù)的單調(diào)性,將分式不等式、絕對值不等式等化歸為整式不等式(組)是解不等式的基本思想,分類、換元、數(shù)形結(jié)合是解不等式的常用方法.方程的根、函數(shù)的性質(zhì)和圖象都與不等式的解密切相關(guān),要善于把它們有機地聯(lián)系起來,相互轉(zhuǎn)化和相互變用.

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3.在不等式的求解中,換元法和圖解法是常用的技巧之一,通過換元,可將較復雜的不等式化歸為較簡單的或基本不等式,通過構(gòu)造函數(shù),將不等式的解化歸為直觀、形象的圖象關(guān)系,對含有參數(shù)的不等式,運用圖解法,可以使分類標準更加明晰.

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4.證明不等式的方法靈活多樣,但比較法、綜合法、分析法仍是證明不等式的最基本方法.要依據(jù)題設(shè)、題斷的結(jié)構(gòu)特點、內(nèi)在聯(lián)系,選擇適當?shù)淖C明方法,要熟悉各種證法中的推理思維,并掌握相應(yīng)的步驟,技巧和語言特點.比較法的一般步驟是:作差(商)→變形→判斷符號(值).

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5.證明不等式的方法多樣,內(nèi)容豐富、技巧性較強.在證明不等式前,要依據(jù)題設(shè)和待證不等式的結(jié)構(gòu)特點、內(nèi)在聯(lián)系,選擇適當?shù)淖C明方法.通過等式或不等式的運算,將待證的不等式化為明顯的、熟知的不等式,從而使原不等式得到證明;反之亦可從明顯的、熟知的不等式入手,經(jīng)過一系列的運算而導出待證的不等式,前者是“執(zhí)果索因”,后者是“由因?qū)Ч,為溝通?lián)系的途徑,證明時往往聯(lián)合使用分析綜合法,兩面夾擊,相輔相成,達到欲證的目的.

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6.不等式應(yīng)用問題體現(xiàn)了一定的綜合性.這類問題大致可以分為兩類:一類是建立不等式、解不等式;另一類是建立函數(shù)式求最大值或最小值.利用平均值不等式求函數(shù)的最值時,要特別注意“正數(shù)、定值和相等”三個條件缺一不可,有時需要適當拼湊,使之符合這三個條件.利用不等式解應(yīng)用題的基本步驟:1.審題,2.建立不等式模型,3.解數(shù)學問題,4.作答。

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7.通過不等式的基本知識、基本方法在代數(shù)、三角函數(shù)、數(shù)列、復數(shù)、立體幾何、解析幾何等各部分知識中的應(yīng)用,深化數(shù)學知識間的融匯貫通,從而提高分析問題解決問題的能力.在應(yīng)用不等式的基本知識、方法、思想解決問題的過程中,提高學生數(shù)學素質(zhì)及創(chuàng)新意識.

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二、方法技巧

1.解不等式的基本思想是轉(zhuǎn)化、化歸,一般都轉(zhuǎn)化為最簡單的一元一次不等式(組)或一元二次不等式(組)來求解,。

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2.解含參數(shù)不等式時,要特別注意數(shù)形結(jié)合思想,函數(shù)與方程思想,分類討論思想的錄活運用。

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3.不等式證明方法有多種,既要注意到各種證法的適用范圍,又要注意在掌握常規(guī)證法的基礎(chǔ)上,選用一些特殊技巧。如運用放縮法證明不等式時要注意調(diào)整放縮的度。

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4.根據(jù)題目結(jié)構(gòu)特點,執(zhí)果索因,往往是有效的思維方法。

b)∈M,且對M中的其它元素(c,d),總有c≥a,則a=____.

分析:讀懂并能揭示問題中的數(shù)學實質(zhì),將是解決該問題的突破口.怎樣理解“對M中的其它元素(c,d),總有c≥a”?M中的元素又有什么特點?

解:依題可知,本題等價于求函數(shù)x=f(y)=(y+3)?|y-1|+(y+3)

(2)當1≤y≤3時,

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三、例題分析

所以當y=1時,= 4.

簡評:題設(shè)條件中出現(xiàn)集合的形式,因此要認清集合元素的本質(zhì)屬性,然后結(jié)合條件,揭示

其數(shù)學實質(zhì).即求集合M中的元素滿足關(guān)系式

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例2.已知非負實數(shù),滿足且,則的最大值是(  )

 A.             B.              C.          D.

解:畫出圖象,由線性規(guī)劃知識可得,選D

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例3.數(shù)列由下列條件確定:

(1)證明:對于,

(2)證明:對于.

證明:(1)

(2)當時,

=。

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例4.解關(guān)于的不等式:

分析:本例主要復習含絕對值不等式的解法,分類討論的思想。本題的關(guān)鍵不是對參數(shù)進行討論,而是去絕對值時必須對末知數(shù)進行討論,得到兩個不等式組,最后對兩個不等式組的解集求并集,得出原不等式的解集。

解:當

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例5.若二次函數(shù)y=f(x)的圖象經(jīng)過原點,且1≤f(-1)≤2,3≤f(1)≤4,求f(-2)的范圍.

分析:要求f(-2)的取值范圍,只需找到含人f(-2)的不等式(組).由于y=f(x)是二次函數(shù),所以應(yīng)先將f(x)的表達形式寫出來.即可求得f(-2)的表達式,然后依題設(shè)條件列出含有f(-2)的不等式(組),即可求解.

解:因為y=f(x)的圖象經(jīng)過原點,所以可設(shè)y=f(x)=ax2+bx.于是

解法一(利用基本不等式的性質(zhì))

不等式組(Ⅰ)變形得

(Ⅰ)

所以f(-2)的取值范圍是[6,10].

解法二(數(shù)形結(jié)合)

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建立直角坐標系aob,作出不等式組(Ⅰ)所表示的區(qū)域,如圖6中的陰影部分.因為f(-2)=4a-2b,所以4a-2b-f(-2)=0表示斜率為2的直線系.如圖6,當直線4a-2b-f(-2)=0過點A(2,1),B(3,1)時,分別取得f(-2)的最小值6,最大值10.即f(-2)的取值范圍是:6≤f(-2)≤10.

解法三(利用方程的思想)

又f(-2)=4a-2b=3f(-1)+f(1),而

1≤f(-1)≤2,3≤f(1)≤4,                 ①

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所以    3≤3f(-1)≤6.                 ②

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①+②得4≤3f(-1)+f(1)≤10,即6≤f(-2)≤10.

簡評:(1)在解不等式時,要求作同解變形.要避免出現(xiàn)以下一種錯解:

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2b,8≤4a≤12,-3≤-2b≤-1,所以 5≤f(-2)≤11.

(2)對這類問題的求解關(guān)鍵一步是,找到f(-2)的數(shù)學結(jié)構(gòu),然后依其數(shù)學結(jié)構(gòu)特征,揭示其代數(shù)的、幾何的本質(zhì),利用不等式的基本性質(zhì)、數(shù)形結(jié)合、方程等數(shù)學思想方法,從不同角度去解決同一問題.若長期這樣思考問題,數(shù)學的素養(yǎng)一定會迅速提高.

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例6.設(shè)函數(shù)f(x)=ax2+bx+c的圖象與兩直線y=x,y=x,均不相交.試證明對一切都有.

分析:因為x∈R,故|f(x)|的最小值若存在,則最小值由頂點確定,故設(shè)f(x)=a(x-x0)2+f(x0).

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證明:由題意知,a≠0.設(shè)f(x)=a(x-x0)2+f(x0),則

又二次方程ax2+bx+c=±x無實根,故

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Δ1=(b+1)2-4ac<0,Δ2=(b-1)2-4ac<0.

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所以(b+1)2+(b-1)2-8ac<0,即2b2+2-8ac<0,即b2-4ac<-1,所以|b2-4ac|>1.

簡評:從上述幾個例子可以看出,在證明與二次函數(shù)有關(guān)的不等式問題時,如果針對題設(shè)條件,合理采取二次函數(shù)的不同形式,那么我們就找到了一種有效的證明途徑.

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例7.某城市2001年末汽車保有量為30萬輛,預(yù)計此后每年報廢上一年末汽車保有量的6%,并且每年新增汽車數(shù)量相同。為了保護城市環(huán)境,要求該城市汽車保有量不超過60萬輛,那么每年新增汽車數(shù)量不應(yīng)超過多少輛?

解:設(shè)2001年末的汽車保有量為,以后每年末的汽車保有量依次為,每年新增汽車萬輛。由題意得

 

 

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