第10讲   不等式

不等式这部分知识,渗透在中学数学各个分支中,有着十分广泛的应用.因此不等式应用问题体现了一定的综合性、灵活多样性,对数学各部分知识融会贯通,起到了很好的促进作用.在解决问题时,要依据题设与结论的结构特点、内在联系、选择适当的解决方案,最终归结为不等式的求解或证明.不等式的应用范围十分广泛,它始终贯串在整个中学数学之中.诸如集合问题,方程(组)的解的讨论,函数单调性的研究,函数定义域的确定,三角、数列、复数、立体几何、解析几何中的最大值、最小值问题,无一不与不等式有着密切的联系,许多问题,最终都可归结为不等式的求解或证明。

1.解不等式的核心问题是不等式的同解变形,不等式的性质则是不等式变形的理论依据,方程的根、函数的性质和图象都与不等式的解法密切相关,要善于把它们有机地联系起来,互相转化.在解不等式中,换元法和图解法是常用的技巧之一.通过换元,可将较复杂的不等式化归为较简单的或基本不等式,通过构造函数、数形结合,则可将不等式的解化归为直观、形象的图形关系,对含有参数的不等式,运用图解法可以使得分类标准明晰.

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础,利用不等式的性质及函数的单调性,将分式不等式、绝对值不等式等化归为整式不等式(组)是解不等式的基本思想,分类、换元、数形结合是解不等式的常用方法.方程的根、函数的性质和图象都与不等式的解密切相关,要善于把它们有机地联系起来,相互转化和相互变用.

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3.在不等式的求解中,换元法和图解法是常用的技巧之一,通过换元,可将较复杂的不等式化归为较简单的或基本不等式,通过构造函数,将不等式的解化归为直观、形象的图象关系,对含有参数的不等式,运用图解法,可以使分类标准更加明晰.

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4.证明不等式的方法灵活多样,但比较法、综合法、分析法仍是证明不等式的最基本方法.要依据题设、题断的结构特点、内在联系,选择适当的证明方法,要熟悉各种证法中的推理思维,并掌握相应的步骤,技巧和语言特点.比较法的一般步骤是:作差(商)→变形→判断符号(值).

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5.证明不等式的方法多样,内容丰富、技巧性较强.在证明不等式前,要依据题设和待证不等式的结构特点、内在联系,选择适当的证明方法.通过等式或不等式的运算,将待证的不等式化为明显的、熟知的不等式,从而使原不等式得到证明;反之亦可从明显的、熟知的不等式入手,经过一系列的运算而导出待证的不等式,前者是“执果索因”,后者是“由因导果”,为沟通联系的途径,证明时往往联合使用分析综合法,两面夹击,相辅相成,达到欲证的目的.

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6.不等式应用问题体现了一定的综合性.这类问题大致可以分为两类:一类是建立不等式、解不等式;另一类是建立函数式求最大值或最小值.利用平均值不等式求函数的最值时,要特别注意“正数、定值和相等”三个条件缺一不可,有时需要适当拼凑,使之符合这三个条件.利用不等式解应用题的基本步骤:1.审题,2.建立不等式模型,3.解数学问题,4.作答。

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7.通过不等式的基本知识、基本方法在代数、三角函数、数列、复数、立体几何、解析几何等各部分知识中的应用,深化数学知识间的融汇贯通,从而提高分析问题解决问题的能力.在应用不等式的基本知识、方法、思想解决问题的过程中,提高学生数学素质及创新意识.

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二、方法技巧

1.解不等式的基本思想是转化、化归,一般都转化为最简单的一元一次不等式(组)或一元二次不等式(组)来求解,。

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2.解含参数不等式时,要特别注意数形结合思想,函数与方程思想,分类讨论思想的录活运用。

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3.不等式证明方法有多种,既要注意到各种证法的适用范围,又要注意在掌握常规证法的基础上,选用一些特殊技巧。如运用放缩法证明不等式时要注意调整放缩的度。

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4.根据题目结构特点,执果索因,往往是有效的思维方法。

b)∈M,且对M中的其它元素(c,d),总有c≥a,则a=____.

分析:读懂并能揭示问题中的数学实质,将是解决该问题的突破口.怎样理解“对M中的其它元素(c,d),总有c≥a”?M中的元素又有什么特点?

解:依题可知,本题等价于求函数x=f(y)=(y+3)?|y-1|+(y+3)

(2)当1≤y≤3时,

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三、例题分析

所以当y=1时,= 4.

简评:题设条件中出现集合的形式,因此要认清集合元素的本质属性,然后结合条件,揭示

其数学实质.即求集合M中的元素满足关系式

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例2.已知非负实数,满足且,则的最大值是(  )

 A.             B.              C.          D.

解:画出图象,由线性规划知识可得,选D

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例3.数列由下列条件确定:

(1)证明:对于,

(2)证明:对于.

证明:(1)

(2)当时,

=。

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例4.解关于的不等式:

分析:本例主要复习含绝对值不等式的解法,分类讨论的思想。本题的关键不是对参数进行讨论,而是去绝对值时必须对末知数进行讨论,得到两个不等式组,最后对两个不等式组的解集求并集,得出原不等式的解集。

解:当

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例5.若二次函数y=f(x)的图象经过原点,且1≤f(-1)≤2,3≤f(1)≤4,求f(-2)的范围.

分析:要求f(-2)的取值范围,只需找到含人f(-2)的不等式(组).由于y=f(x)是二次函数,所以应先将f(x)的表达形式写出来.即可求得f(-2)的表达式,然后依题设条件列出含有f(-2)的不等式(组),即可求解.

解:因为y=f(x)的图象经过原点,所以可设y=f(x)=ax2+bx.于是

解法一(利用基本不等式的性质)

不等式组(Ⅰ)变形得

(Ⅰ)

所以f(-2)的取值范围是[6,10].

解法二(数形结合)

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建立直角坐标系aob,作出不等式组(Ⅰ)所表示的区域,如图6中的阴影部分.因为f(-2)=4a-2b,所以4a-2b-f(-2)=0表示斜率为2的直线系.如图6,当直线4a-2b-f(-2)=0过点A(2,1),B(3,1)时,分别取得f(-2)的最小值6,最大值10.即f(-2)的取值范围是: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.

简评:(1)在解不等式时,要求作同解变形.要避免出现以下一种错解:

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2b,8≤4a≤12,-3≤-2b≤-1,所以 5≤f(-2)≤11.

(2)对这类问题的求解关键一步是,找到f(-2)的数学结构,然后依其数学结构特征,揭示其代数的、几何的本质,利用不等式的基本性质、数形结合、方程等数学思想方法,从不同角度去解决同一问题.若长期这样思考问题,数学的素养一定会迅速提高.

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例6.设函数f(x)=ax2+bx+c的图象与两直线y=x,y=x,均不相交.试证明对一切都有.

分析:因为x∈R,故|f(x)|的最小值若存在,则最小值由顶点确定,故设f(x)=a(x-x0)2+f(x0).

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证明:由题意知,a≠0.设f(x)=a(x-x0)2+f(x0),则

又二次方程ax2+bx+c=±x无实根,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.

简评:从上述几个例子可以看出,在证明与二次函数有关的不等式问题时,如果针对题设条件,合理采取二次函数的不同形式,那么我们就找到了一种有效的证明途径.

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例7.某城市2001年末汽车保有量为30万辆,预计此后每年报废上一年末汽车保有量的6%,并且每年新增汽车数量相同。为了保护城市环境,要求该城市汽车保有量不超过60万辆,那么每年新增汽车数量不应超过多少辆?

解:设2001年末的汽车保有量为,以后每年末的汽车保有量依次为,每年新增汽车万辆。由题意得

 

 

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