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2023
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数学
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不定式
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不等式
不等式这局部知识,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表达了一定的综合性、灵活多样性,对数学各局部知识融会贯穿,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,函数定义域确实定,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。
一、知识整合
1.解不等式的核心问题是不等式的同解变形,不等式的性质那么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根本不等式,通过构造函数、数形结合,那么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根底,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)是解不等式的根本思想,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.
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根本不等式,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.
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根本方法.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).
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,到达欲证的目的.
6.不等式应用问题表达了一定的综合性.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根本步骤:1.审题,2.建立不等式模型,3.解数学问题,4.作答。
7.通过不等式的根本知识、根本方法在代数、三角函数、数列、复数、立体几何、解析几何等各局部知识中的应用,深化数学知识间的融汇贯穿,从而提高分析问题解决问题的能力.在应用不等式的根本知识、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.
二、方法技巧
1.解不等式的根本思想是转化、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,。
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。
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根底上,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。
4.根据题目结构特点,执果索因,往往是有效的思维方法。
三、例题分析
b)∈M,且对M中的其它元素(c,d),总有c≥a,那么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,此题等价于求函数x=f(y)=(y+3)·|y-1|+(y+3)
(2)当1≤y≤3时,
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
例2.非负实数,满足且,那么的最大值是( )
A. B. C. D.
解:画出图象,由线性规划知识可得,选D
例3.数列由以下条件确定:
(1)证明:对于,
(2)证明:对于.
证明:(1)
(2)当时,
=。
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。此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
。
例5.假设二次函数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(利用根本不等式的性质)
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)
建立直角坐标系aob,作出不等式组(Ⅰ)所表示的区域,如图6中的阴影局部.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
所以 3≤3f(-1)≤6. ②
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.要防止出现以下一种错解:
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,利用不等式的根本性质、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.假设长期这样思考问题,数学的素养一定会迅速提高.
例6.设函数f(x)=ax2+bx+c的图象与两直线y=x,y=x都有.
分析:因为x∈R,故|f(x)|的最小值假设存在,那么最小值由顶点确定,故设f(x)=a(x-x0)2+f(x0).
证明:由题意知,a≠0.设f(x)=a(x-x0)2+f(x0),那么
又二次方程ax2+bx+c=±x无实根,故
Δ1=(b+1)2-4ac<0,Δ2=(b-1)2-4ac<0.
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.
例7.某城市2022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2022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