一、題型描述

不等式恆成立問題:導數大題中,條件已知函數f(x)與某個常數之間恆定的大小關係,求函數中包含的參數取值範圍的題型。

二、技巧講解

先放道例題:

【例題1】(2007·全國Ⅰ理)設函數 f(x)=	ext{e}^x-	ext{e}^{-x}

(Ⅰ)證明: f(x) 的導數 f(x)>2

(Ⅱ)若對所有 xge0 都有 f(x)ge ax ,求 a 的取值範圍.

本題目參考答案如下:



以上參考答案中,先不說那個根 x_1=lnfrac{a+sqrt{a^2-4}}{2} 對廣大導數渣渣的挑釁,就連 age2 以及 a<2 的討論標準就夠你們忙乎的!

今天要講的內容,就是要「克」這種難以通過參變分離解決的不等式恆成立問題!對,克它!

color{red}{	ext{「端點效應」解不等式恆成立問題 }}

1、端點效應思想:當無法應用「參變分離法」時,「分析函數法」勢在必行。但,我們可以先通過——「既然恆成立,代入端點值也成立」的思路列出不等式,縮小參數的求解範圍,以便更快解題。

求解步驟:

Step1. 端點效應縮小範圍

既然恆成立,代入端點值也成立。從而列出「端點處」的不等式,縮小參數範圍。

註:列完「端點效應式」後,要在後面補充一句:「否則,存在x∈?(定義域)使得f(x)…,與題意矛盾。」

↓↓↓ 下方為本圖的文字講解 ↓↓↓

上圖講解:

color{red}{(第一維度)}f(x)ge0 (含參數 a )在 xin[m,n]m,n 為常數)恆成立,則 f(x)ge0 在區間 [m,n] 端點處也成立。即, egin{cases}f(m)ge0\f(n)ge0end{cases} ——應用於,區間端點函數值包含參數的情形。 color{red}{(第二維度)}f(x)ge0 (含參數 a )在 xin[m,n]m,n 為常數)恆成立,且 f(m)=0,	ext{或},f(n)=0 ,則有, f(m)ge0f(n)le0 ——應用於,區間端點函數值 =0 ,即不含參數的情形。color{red}{(第三維度)}f(x)ge0 (含參數 a )在 xin[m,n]m,n 為常數)恆成立,且 egin{cases}f(m)=0\f(m)=0end{cases}egin{cases}f(n)=0\f(n)=0end{cases} ,則有, f(m)ge0 或【 f(n)ge0 】——應用於,區間端點函數值 =0 且導數值 =0 ,即函數導數值均不含參數。中括弧內易錯,請大家結合凹凸性考慮區間右端點其他情況。。。。更高維度,不會考的。

通過第 1 步可以縮小參數的範圍,往往很多考題中,我們得到的範圍就是最終的結果。但是,如果只做到以上那麼多,就算結果對了,也得不了幾分。這屬於蒙中的。接下來,繼續正常求導,只是,需要讓剛剛得到的參數範圍幫幫忙。

Step2. 放縮判斷導函數正負

縮小了參數的範圍,但依然要求函數的最值。只是求導的時候,可以結合已求參數範圍,從而判斷導函數的符號,幫助快速確定函數的單調性。

Step3. 求最值,列參數不等式

當確定函數單調性後,可以求出函數的最值(含參數)。列出最值不等式,並求解出參數範圍即可。

接下來,就先解決剛剛那道10多年前的高考題!

【例題1】(2007·全國Ⅰ理)設函數 f(x)=	ext{e}^x-	ext{e}^{-x}

(Ⅰ)證明: f(x) 的導數 f(x)>2 ;(Ⅱ)若對所有 xge0 都有 f(x)ge ax ,求 a 的取值範圍.

題爸爸解析:

(Ⅰ)略;

(Ⅱ)f(x)ge ax 對於 xge0 恆成立 Leftrightarrow f(x)-axge0 對於 xge0 恆成立

g(x)=f(x)-ax=	ext{e}^x-	ext{e}^{-x}-ax,xge0

因為 g(0)=0 ,所以 g(0)=2-age0 (否則,存在x_0>0使得 g(x)<0 ,與題意矛盾)

所以有 ale2

【以上為必要性縮小 a 的範圍】

g(x)=	ext{e}^x+	ext{e}^{-x}-age	ext{e}^x+	ext{e}^{-x}-2ge0

所以g(x)單調遞增

所以 g(x)_{min}=g(0)=0ge0

【以上為充分性求出結果,最後因為 0≥0 並未再解出新的關於 a 的不等式,所以 a≤2 就是本題結果】

綜上所述, ale2


再放一題:

【例題2】(2010·新課標理)設函數 f(x)=	ext{e}^x-1-x-ax^2

(Ⅰ)若 a=0 ,求 f(x) 的單調區間;

(Ⅱ)若當 xge0f(x)ge0 ,求 a 的取值範圍.

題爸爸解析:

(Ⅰ)略;

(Ⅱ)由題 f(x)=	ext{e}^x-1-x-ax^2ge0 對於 xge0 恆成立

egin{cases}f(0)=0\f(0)=0end{cases}

所以 f(0)=1-2age0 (否則,存在x_0>0使得 f(x)<0 ,與題意矛盾)

所以有 ale frac12

【以上為必要性縮小 a 的範圍】

此時當 xge0f(x)=	ext{e}^x-1-2axge	ext{e}^x-1-x

結合(Ⅰ)知, f(x)=	ext{e}^x-1-2axge	ext{e}^x-1-xge0 (此處可用第1問的結論得出,當然現求單調性也不麻煩。)

所以 f(x) 單調遞增, f(x)_{min}=f(0)=0ge0

【以上為充分性求出結果,最後因為 0≥0 並未再解出新的關於 a 的不等式,所以 a≤1/2 就是本題結果】

綜上所述, alefrac12

最後附上本題的常規解法:

端點效應,你學會了嗎?


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