转化为能成立类命题

拜拜、爱过 提交于 2019-12-03 16:44:28

前言

恒成立和能成立命题是高中数学中一个非常重要的知识点,考查频次很高,由于借助这个命题能很好的考查学生的知识理解掌握能力,还能考查学生遇到新问题时的转化化归能力,考查学生思维的灵活性,所以是高考命题人的最爱之一,需要引起学生的广泛关注。而且其涵盖的数学素材很广,一定要认真学习和掌握。

能成立模型

\(A\leq f(x)\)在区间\([m,n]\)上能成立[或有解],等价于\(A\leq f(x)_{max}\)\(A\ge f(x)\)在区间\([m,n]\)上能成立[或有解],等价于\(A\ge f(x)_{min}\);说明:同上,碰到具体题目可能需要我们进行相应的转化化归,才会变形为上述的形式。

化鬼能成立

哪些问题或素材都能转化为能成立命题

  • ⒈存在性命题常常可以转化为能成立命题;1
  • ⒉以方程有解的形式给出的,或者给出了方程的解的范围的,又或者以方程成立的形式给出的都可以考虑转化为能成立命题;2
  • ⒊或方程解集、不等式解集不是空集;3
  • ⒋函数有零点,或两个函数图像有交点 4
  • ⒌函数有极值点5
  • ⒍两个函数的图像有关于\(x、y\)轴或原点的对称点;6
  • ⒎ 以能成立形式给出;7
  • ⒏以不是单调函数形式给出;或函数在某区间上不单调给出; 8
  • ⒐以函数\(f(x)\)存在单调区间的形式给出;9
  • ⒑特称命题形式给出;10
  • ⒒ 以至多至少型命题形式给出;11
  • ⒓ 以新定义的形式给出;12

转化以后

如果能,转化为\(A\ge f(x)\)恒成立,则需要求函数\(f(x)\)的最值,函数如果形式简单,不用导数法,如果复杂,需要用导数法;如果不能,

  • 再考虑数形结合,即左右两端的函数中,有一个带有参数,考虑其几何意义。

注意事项

1、有恒字的不一定是恒成立命题,如两个函数图像恒有交点,即两个函数图像至少有一个交点,其实是能成立命题。没有恒字的不一定不是恒成立命题。

2、不等式无解应该等价转化为不等式恒成立。比如,\(f(x)< x\)\(R\)上无解,即意味着不等式\(f(x)< x\)的解集为\(x\in \varnothing\),那么不等式\(f(x)\ge x\)\(R\)上应该是恒成立的,即不等式\(f(x)\ge x\)的解集为\(x\in R\)

引例,比如不等式\(e^x< x\)无解,即不等式\(e^x\ge x\)的解集为\(x\in R\),即\(x\in R\)时,不等式\(e^x > x\)恒成立。

3、注意细节上的变化

\(A\leq f(x)\)在区间\((m,n)\)上恒成立,等价于\(A\leq f(x)_{min}\)或最小值的极限。

\(A< f(x)\)在区间\((m,n)\)上恒成立,等价于\(A\leq f(x)_{min}\)或最小值的极限。


  1. 存在实数\(x\)使得\(x^2+6mx+9m<0\)成立,求\(m\)的取值范围。
    分析:即二次不等式\(x^2+6mx+9m<0\)有解,即\(\Delta=36m^2-36m>0\),解得\(m<0\)或者\(m>1\)

  2. 引例1:函数\(f(x)=lnx+a\),若方程\(f'(x)=f(x)\)的根\(x_0 <1\),求实数\(a\)的取值范围。
    分析:方程即\(\cfrac{1}{x}=lnx+a\),转化为方程\(a=\cfrac{1}{x}-lnx\)\(0< x <1\)时有解,令\(h(x)=\cfrac{1}{x}-lnx,0< x <1\)
    用导数求得其单调性,在\((0,1)\)单调递减,值域为\((1,+\infty)\),故实数\(a\)的取值范围为\((1,+\infty)\)

  3. 引例:不等式\(x^2 +ax-2\ge 0\)在区间 [1,5]上有解,或不等式\(x^2 +ax-2\ge 0\)在区间 [1,5]上解集不是空集,
    分析:具体解法,见下。

  4. 引例:方程\(lnx=ax\)\((0,+\infty)\)有解,即函数\(y=lnx\)和函数\(y=ax\)图像在\((0,+\infty)\)上有交点,利用数形结合求解;
    引例:函数\(f(x)=lnx-ax\)\((0,+\infty)\)有零点,即函数\(y=lnx\)和函数\(y=ax\)图像在\((0,+\infty)\)上有交点,利用数形结合求解;

  5. 引例:已知函数\(f(x)=x(lnx-ax)\)有两个极值点,求\(a\)的取值范围【】

    \(A.(-\infty,0)\) \(B.(0,\cfrac{1}{2})\) \(C.(0,1)\) \(D.(0,+\infty)\)

    法1:函数\(f(x)=x(lnx-ax)\)有两个极值点,即导函数\(f'(x)=lnx+1-2ax\)有两个变号零点,
    即方程\(lnx=2ax-1\)有两个不同实数根,即函数\(y=lnx\)与函数\(y=2ax-1\)有两个不同的交点,作出图像如右图;

    设恒过定点的函数\(y=2ax-1\)与函数\(y=lnx\)相切于点\((x_0,y_0)\)
    \(\begin{cases}2a=\cfrac{1}{x_0}\\y_0=2ax_0-1\\y_0=lnx_0\end{cases}\)
    解得\(x_0=1,y_0=0\),即切点为\((1,0)\),此时直线的斜率为\(k=1\)
    由图像可知,要使函数\(y=lnx\)与函数\(y=2ax-1\)有两个不同的交点,
    \(0<2a<1\),即\(a\in(0,\cfrac{1}{2})\),故选\(B\).
    法2:转化为导函数\(f'(x)=lnx+1-2ax\)有两个变号零点,
    分离参数得到,方程\(2a=\cfrac{lnx+1}{x}\)有两个不同的实根,

    \(g(x)=\cfrac{lnx+1}{x}\),定义域为\(x>0\)\(g'(x)=\cfrac{-lnx}{x^2}\)
    \(x\in(0,1)\)时,\(g'(x)>0\),函数\(g(x)\)单调递增,
    \(x\in(1,+\infty)\)时,\(g'(x)<0\),函数\(g(x)\)单调递减,
    \(g(x)_{max}=g(1)=1\)
    作出函数\(y=g(x)\)\(y=2a\)的图像于同一个坐标系中,
    则得到\(0<2a<1\),即\(a\in(0,\cfrac{1}{2})\),故选\(B\).
  6. 引例:已知函数\(f(x)=lnx-x^3\)\(g(x)=x^3-ax\)的图像上存在关于\(x\)轴的对称点,求\(a\)的取值范围。
    引例:已知函数\(f(x)=e^x+2(x<0)\)\(g(x)=ln(x+a)+2\)的图像上存在关于\(y\)轴对称的点,求\(a\)的取值范围
    引例:已知函数\(f(x)=lnx-x^2\)与函数\(g(x)=x^2-\cfrac{2}{x}-m\)的图像上存在关于原点的对称点,求\(m\)的取值范围
    若函数\(f(x)\)与函数\(g(x)\)的图像上存在关于\(x\)轴的对称点,则\(f(x)=-g(x)\)有解;
    若函数\(f(x)\)与函数\(g(x)\)的图像上存在关于\(y\)轴的对称点,则\(f(-x)=g(x)\)有解;
    若函数\(f(x)\)与函数\(g(x)\)的图像上存在关于原点的对称点,则\(f(x)=-g(-x)\)有解;

  7. 引例:已知函数\(f(x)=x^2 +ax-2≥0\)在区间 \([1,5]\)上能成立,求参数\(a\)的取值范围。
    分析:分离参数得到,\(a≥\cfrac{2}{x}-x\)在区间\([1,5]\)上能成立, 转化为求新函数\(\cfrac{2}{x}-x\)\([1,5]\)上的最小值。
    \(g(x)=\cfrac{2}{x}-x,g(x)=\cfrac{2}{x}-x\)在区间 \([1,5]\)上单调递减,
    所以\(g(x)_{min}=g(5)=-\cfrac{23}{5},\)所以\(a≥-\cfrac{23}{5}\)\(a\)的取值范围是\([-\cfrac{23}{5},+∞)\)

  8. 引例1:若函数\(f(x)=x+alnx\)不是单调函数,则实数\(a\)的取值范围是 【 】

    \(A.[0,+\infty)\) \(B.(-\infty,0]\) \(C.(-\infty,0)\) \(D.(0,+\infty)\)

    分析:由题意知\(x>0\),又\(f′(x)=1+\cfrac{a}{x}\)
    要使函数\(f(x)=x+alnx\)不是单调函数,
    则需方程\(f'(x)=1+\cfrac{a}{x}=0\)\(x>0\)上有解,
    即方程\(a=-x\)\(x>0\)上有解,
    又函数\(g(x)=-x\)\(x>0\)上的值域是\((-\infty,0)\),故\(a\in(-\infty,0)\)
    引例2:函数\(f(x)=\cfrac{1}{3}x^3-x^2+ax-5\)在区间\([-1,2]\)上不单调,则实数\(a\)的取值范围是_________。 \((-3,1)\)
    法1:补集思想,\(f'(x)=x^2-2x+a\)
    若函数\(f(x)\)\([-1,2]\)上单增,则\(f'(x)=x^2-2x+a\ge 0\)恒成立,
    分离参数得到\(a\ge -x^2+2x\)恒成立,在\([-1,2]\)上求得函数\(f(x)_{max}=1\),故\(a\ge 1\)
    若函数\(f(x)\)\([-1,2]\)上单减,则\(f'(x)=x^2-2x+a\leq 0\)恒成立,
    分离参数得到\(a\leq -x^2+2x\)恒成立,在\([-1,2]\)上求得函数\(f(x)_{min}=-3\),故\(a\leq -3\)
    故取其补集,当\(-3< a <1\)时,函数\(f(x)\)在区间\([-1,2]\)上不单调。
    法2:由题可知\(f(x)\)不单调,则导函数\(y=f'(x)\)在区间\([-1,2]\)上至少有一个变号零点,
    当只有一个变号零点时,由\(f'(-1)\cdot f'(2)< 0\)可得,\(-3< a< 0\)
    当有两个变号零点时,由\(\begin{cases}f'(-1)>0\\f'(2)>0\\ \Delta >0\end{cases}\),解得\(0< a <1\)
    再验证,当\(a=0\)时,也满足题意,
    综上所述,实数\(a\)的取值范围是\((-3,1)\)
  9. 【2019高三理科数学资料用题】【2018荆州模拟改编】设函数\(f(x)=\cfrac{1}{3}x^3-\cfrac{a}{2}x^2+1\),函数\(g(x)=f(x)+2x\),且\(g(x)\)在区间\((-2,-1)\)内存在单调递减区间,求实数\(a\)的取值范围;
    分析:\(g(x)=\cfrac{1}{3}x^3-\cfrac{a}{2}x^2+1+2x\),则\(g'(x)=x^2-ax+2\)
    \(g(x)\)在区间\((-2,-1)\)内存在单调递减区间,得到,
    \(g'(x)=x^2-ax+2<0\)在区间\((-2,-1)\)上能成立,
    分离参数得到,\(a < x+\cfrac{2}{x}\)在区间\((-2,-1)\)上能成立,
    \(\left(x+\cfrac{2}{x}\right)_{max}=-2\sqrt{2}\),当且仅当\(x=\cfrac{2}{x}\),即\(x=-\sqrt{2}\)时取到等号,
    故实数\(a\)的取值范围为\((-\infty,-2\sqrt{2})\)
    注意:存在单调递减区间,应该得到\(f'(x)<0\)能成立,而不是\(f'(x)\leq 0\)能成立。
    \(a=-2\sqrt{2}\),由\(g'(x)=x^2+2\sqrt{2}x+2=(x+\sqrt{2})^2\ge 0\)恒成立,
    则函数\(g(x)\)只能有单调递增区间,不会存在单调递减区间。

  10. 引例:\(\exists x_0\in [1,5]\),使得不等式\(x^2 +ax-2\ge 0\)成立。
    分析:具体解法,见上。

  11. 引例:不等式\(x^2 +ax-2\ge 0\)在区间 [1,5]上至少有一个解。
    分析:具体解法,见上。

  12. 定义:如果在\(y=f(x)\)定义域内的给定区间\([a,b]\)上存在\(x_0(a<x_0<b)\),满足\(f(x_0)=\cfrac{f(b)-f(a)}{b-a}\),则称函数\(y=f(x)\)\([a,b]\)上的“平均值函数”,\(x_0\)是它的一个均值点,如\(y=x^4\)\([-1,1]\)上的平均值函数,\(0\)是它的均值点,现有函数\(f(x)=-x^2+mx+1\)\([-1,1]\)上的平均值函数,则实数\(m\)的取值范围是________________。
    分析:由题意可知,存在\(x_0\in (-1,1)\),使得\(f(x_0)=\cfrac{f(1)-f(-1)}{1-(-1)}\)
    化简得到,\(f(x_0)=m\)有解,即\(-x_0^2+mx_0+1=m\)
    \((x_0-1)m=x_0^2-1\),由于\(x_0-1\neq 0\),故转化为\(m=x_0+1\)\(x_0\in(-1,1)\)上有解,
    即需要求函数\(y=x_0+1\)的值域,而\(x_0+1\in (0,2)\),故\(m\in (0,2)\).

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