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高考数学难点突破20不等式的综合应用

  • 日期:2017-06-25 14:02
  • 来源: 未知
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难点20  不等式的综合应用

不等式是继函数与方程之后的又一重点内容之一,作为解决问题的工具,与其他知识综合运用的特点比较突出.不等式的应用大致可分为两类:一类是建立不等式求参数的取值范围或解决一些实际应用问题;另一类是建立函数关系,利用均值不等式求最值问题、本难点提供相关的思想方法,使考生能够运用不等式的性质、定理和方法解决函数、方程、实际应用等方面的问题.

●难点磁场

(★★★★★)设二次函数f(x)=ax2+bx+c(a0),方程f(x)x=0的两个根x1x2满足0x1x2.

(1)x∈[0x1时,证明xf(x)x1

(2)设函数f(x)的图象关于直线x=x0对称,证明:x0.

●案例探究

[例1]用一块钢锭烧铸一个厚度均匀,且表面积为2平方米的正四棱锥形有盖容器(如右图)设容器高为h米,盖子边长为a米,

(1)a关于h的解析式;

(2)设容器的容积为V立方米,则当h为何值时,V最大?求出V的最大值(求解本题时,不计容器厚度)

命题意图:本题主要考查建立函数关系式,棱锥表面积和体积的计算及用均值定论求函数的最值.

知识依托:本题求得体积V的关系式后,应用均值定理可求得最值.

错解分析:在求得a的函数关系式时易漏h0.

技巧与方法:本题在求最值时应用均值定理.

解:①设h′是正四棱锥的斜高,由题设可得:

  消去

②由 (h0)

得:

所以V,当且仅当h=h=1时取等号

故当h=1米时,V有最大值,V的最大值为立方米.

[例2]已知abc是实数,函数f(x)=ax2+bx+cg(x)=ax+b,当-1x1|f(x)|1.

(1)证明:|c|1

(2)证明:当-1 x1时,|g(x)|2

(3)a0,有-1x1时, g(x)的最大值为2,求f(x).

命题意图:本题主要考查二次函数的性质、含有绝对值不等式的性质,以及综合应用数学知识分析问题和解决问题的能力.属★★★★★级题目.

知识依托:二次函数的有关性质、函数的单调性是药引,而绝对值不等式的性质灵活运用是本题的灵魂.

错解分析:本题综合性较强,其解答的关键是对函数f(x)的单调性的深刻理解,以及对条件“-1x1|f(x)|1”的运用;绝对值不等式的性质使用不当,会使解题过程空洞,缺乏严密,从而使题目陷于僵局.

技巧与方法:本题(2)问有三种证法,证法一利用g(x)的单调性;证法二利用绝对值不等式:||a||b|||a±b||a|+|b|;而证法三则是整体处理g(x)f(x)的关系.

(1)证明:由条件当=1x1时,|f(x)|1,取x=0得:|c|=|f(0)|1,即|c|1.

(2)证法一:依题设|f(0)|1f(0)=c,所以|c|1.a0时,g(x)=ax+b在[-11]上是增函数,于是

g(1)g(x)g(1)(1x1).

|f(x)|1(1x1)|c|1

g(1)=a+b=f(1)c|f(1)|+|c|=2

g(1)=a+b=f(1)+c≥-(|f(2)|+|c|)≥-2

因此得|g(x)|2  (1x1)

a0时,g(x)=ax+b在[-11]上是减函数,于是g(1)g(x)g(1)(1x1)

|f(x)|1  (1x1)|c|1

|g(x)|=|f(1)c||f(1)|+|c|2.

综合以上结果,当-1x1时,都有|g(x)|2.

证法二:∵|f(x)|1(1x1)

|f(1)|1|f(1)|1|f(0)|1

f(x)=ax2+bx+c,∴|ab+c|1|a+b+c|1|c|1

因此,根据绝对值不等式性质得:

|ab|=|(ab+c)c||ab+c|+|c|2

|a+b|=|(a+b+c)c||a+b+c|+|c|2

g(x)=ax+b,∴|g(±1)|=|±a+b|=|a±b|2

函数g(x)=ax+b的图象是一条直线,因此|g(x)|在[-11]上的最大值只能在区间的端点x=1x=1处取得,于是由|g(±1)|2|g(x)|2(1x1.

当-1x1时,有01,-10

|f(x)|1(1x1),∴|f |1|f()|1

因此当-1x1时,|g(x)||f |+|f()|2.

(3)解:因为a0g(x)在[-11]上是增函数,当x=1时取得最大值2,即

g(1)=a+b=f(1)f(0)=2.                                                                                    

∵-1f(0)=f(1)212=1,∴c=f(0)=1.

因为当-1x1时,f(x)≥-1,即f(x)f(0)

根据二次函数的性质,直线x=0f(x)的图象的对称轴,

由此得-0 ,即b=0.

由①得a=2,所以f(x)=2x21.

●锦囊妙计

1.应用不等式知识可以解决函数、方程等方面的问题,在解决这些问题时,关键是把非不等式问题转化为不等式问题,在化归与转化中,要注意等价性.

2.对于应用题要通过阅读,理解所给定的材料,寻找量与量之间的内在联系,抽象出事物系统的主要特征与关系,建立起能反映其本质属性的数学结构,从而建立起数学模型,然后利用不等式的知识求出题中的问题.

●歼灭难点训练

一、选择题

1.(★★★★★)定义在R上的奇函数f(x)为增函数,偶函数g(x)在区间[0+)的图象与f(x)的图象重合,设ab0,给出下列不等式,其中正确不等式的序号是(    )

f(b)f(a)g(a)g(bf(b)f(a)g(a)g(b

f(a)f(b)g(b)g(af(a)f(b)g(b)g(a)

A.①③                         B.②④                         C.①④                         D.②③

二、填空题

2.(★★★★★)下列四个命题中:①a+b2  sin2x+③设xy都是正数,若=1,则x+y的最小值是12  ④若|x2|ε|y2|ε,则|xy|2ε,其中所有真命题的序号是__________.

3.(★★★★★)某公司租地建仓库,每月土地占用费y1与车库到车站的距离成反比,而每月库存货物的运费y2与到车站的距离成正比,如果在距车站10公里处建仓库,这两项费用y1y2分别为2万元和8万元,那么要使这两项费用之和最小,仓库应建在离车站__________公里处.

三、解答题

4.(★★★★★)已知二次函数 f(x)=ax2+bx+1(abRa0),设方程f(x)=x的两实数根为x1x2.

(1)如果x12x24,设函数f(x)的对称轴为x=x0,求证x0>-1

(2)如果|x1|2|x2x1|=2,求b的取值范围.

5.(★★★★)某种商品原来定价每件p元,每月将卖出n件,假若定价上涨x(这里x成即0x10.每月卖出数量将减少y成,而售货金额变成原来的 z.

(1)y=ax,其中a是满足a1的常数,用a来表示当售货金额最大时的x的值;

(2)y=x,求使售货金额比原来有所增加的x的取值范围.

6.(★★★★★)设函数f(x)定义在R上,对任意mn恒有f(m+n)=f(m)·f(n),且当x0时,0f(x)1.

(1)求证:f(0)=1,且当x0时,f(x)1

(2)求证:f(x)R上单调递减;

(3)设集合A={ (xy)|f(x2)·f(y2)f(1)},集合B={(xy)|f(axg+2)=1aR},若AB=,求a的取值范围.

7.(★★★★★)已知函数f(x)= (b0)的值域是[13],

(1)bc的值;

(2)判断函数F(x)=lgf(x),当x∈[-11]时的单调性,并证明你的结论;

(3)tR,求证:lgF(|t||t+|)lg.


[科普美文]数学中的不等式关系

数学是研究空间形式和数量关系的科学,恩格斯在《自然辩证法》一书中指出,数学是辩证的辅助工具和表现形式,数学中蕴含着极为丰富的辩证唯物主义因素,等与不等关系正是该点的生动体现,它们是对立统一的,又是相互联系、相互影响的;等与不等关系是中学数学中最基本的关系.

等的关系体现了数学的对称美和统一美,不等关系则如同仙苑奇葩呈现出了数学的奇异美.不等关系起源于实数的性质,产生了实数的大小关系,简单不等式,不等式的基本性质,如果把简单不等式中的实数抽象为用各种数学符号集成的数学式,不等式发展为一个人丁兴旺的大家族,由简到繁,形式各异.如果赋予不等式中变量以特定的值、特定的关系,又产生了重要不等式、均值不等式等.不等式是永恒的吗?显然不是,由此又产生了解不等式与证明不等式两个极为重要的问题.解不等式即寻求不等式成立时变量应满足的范围或条件,不同类型的不等式又有不同的解法;不等式证明则是推理性问题或探索性问题.推理性即在特定条件下,阐述论证过程,揭示内在规律,基本方法有比较法、综合法、分析法;探索性问题大多是与自然数n有关的证明问题,常采用观察—归纳—猜想—证明的思路,以数学归纳法完成证明.另外,不等式的证明方法还有换元法、放缩法、反证法、构造法等.

数学科学是一个不可分割的有机整体,它的生命力正是在于各个部分之间的联系.不等式的知识渗透在数学中的各个分支,相互之间有着千丝万缕的联系,因此不等式又可作为一个工具来解决数学中的其他问题,诸如集合问题,方程()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.许多问题最终归结为不等式的求解或证明;不等式还可以解决现实世界中反映出来的数学问题.不等式中常见的基本思想方法有等价转化、分类讨论、数形结合、函数与方程.总之,不等式的应用体现了一定的综合性,灵活多样性.

等与不等形影不离,存在着概念上的亲缘关系,是中学数学中最广泛、最普遍的关系.数学的基本特点是应用的广泛性、理论的抽象性和逻辑的严谨性,而不等关系是深刻而生动的体现.不等虽没有等的温柔,没有等的和谐,没有等的恰到好处,没有等的天衣无缝,但它如山之挺拔,峰之隽秀,海之宽阔,天之高远,怎能不让人心旷神怡,魂牵梦绕呢?

 

参考答案

难点磁场

解:(1)F(x)=f(x)x,因为x1x2是方程f(x)x=0的根,所以F(x)=a(xx1)(xx2).x(0x1)时,由于x1x2,得(xx1)(xx2)0

a0,得F(x)=a(xx1)(xx2)0,即xf(x)

x1f(x)=x1-[x+F(x)=x1x+a(x1x)(xx2)=(x1x)1+a(xx2)

0xx1x2,∴x1x01+a(xx2)=1+axax21ax20

x1f(x)0,由此得f(x)x1.

(2)依题意:x0=,因为x1x2是方程f(x)x=0的两根,即x1x2是方程ax2+(b1)x+c=0的根.

x1+x2=

x0=,因为ax21

x0

歼灭难点训练

一、1.解析:由题意f(a)=g(a)0f(b)=g(b)0,且f(a)f(b)g(a)g(b)

f(b)f(a)=f(b)+f(a)=g(a)+g(b)

g(a)g(b)=g(a)g(b)g(a)+g(b)-[g(a)g(b)

=2g(b)0,∴f(b)f(a)g(a)g(b)

同理可证:f(a)f(b)g(b)g(a)

答案:A

二、2.解析:①②③不满足均值不等式的使用条件“正、定、等”.④式:|xy|=|(x2)(y2)||(x2)(y2)||x2|+|y2|<ε+ε=2ε.

答案:④

3.解析:由已知y1=y2=0.8x(x为仓库与车站距离)费用之和y=y1+y2=0.8x+ 2=8

当且仅当0.8x=x=5时“=”成立

答案:5公里处

三、4.证明:(1)g(x)=f(x)x=ax2+(b1)x+1,且x0.

x12x24,∴(x12)(x22)0,即x1x22(x1+x2)4

(2)解:由方程g(x)=ax2+(b1)x+1=0可知x1·x2=0,所以x1x2同号?

1°若0x12,则x2x1=2,∴x2=x1+22

g(2)0,即4a+2b10                                                                                   

(x2x1)2=

2a+1= (a0)代入①式得,

232b                                                                                    

解②得b

2°若 2x10,则x2=2+x1<-2

g(2)0,即4a2b+30                                                                         

2a+1=,代入③式得

22b1                                                                                    

解④得b.

综上,当0x12时,b,当-2x10时,b.

5.解:(1)由题意知某商品定价上涨x成时,上涨后的定价、每月卖出数量、每月售货金额分别是:p(1+)元、n(1)元、npz元,因而

,在y=ax的条件下,z=[-a

x2+100+.由于a1,则010.

要使售货金额最大,即使z值最大,此时x=.

(2)z= (10+x)(10x)1,解得0x5.

6.(1)证明:令m0n=0得:f(m)=f(m)·f(0).f(m)0,∴f(0)=1

m=mn=m(m0),得f(0)=f(m)f(m)

f(m)=,∵m0,∴-m0,∴0f(m)1,∴f(m)1

(2)证明:任取x1x2R,则f(x1)f(x2)=f(x1)f(x2x1)+x1

=f(x1)f(x2x1)·f(x1)=f(x1)1f(x2x1)],

f(x1)01f(x2x1)0,∴f(x1)f(x2)

∴函数f(x)R上为单调减函数.

(3),由题意此不等式组无解,数形结合得:1,解得a23

a∈[-

7.(1)解:设y=,则(y2)x2bx+yc=0                                          

xR,∴①的判别式Δ0,即 b24(y2)(yc)0

4y24(2+c)y+8c+b20                                                                                  

由条件知,不等式②的解集是[13

13是方程4y24(2+c)y+8c+b2=0的两根

c=2b=2b=2(舍)

(2)任取x1x2∈[-11],且x2x1,则x2x10,且

(x2x1)(1x1x2)0,∴f(x2)f(x1)=0

f(x2)f(x1)lgf(x2)lgf(x1),即F(x2)F(x1)

F(x)为增函数.

即-u,根据F(x)的单调性知

F()F(u)F(),∴lgF(|t||t+|)lg对任意实数t 成立.

 

 

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