解答含参不等式恒成立问题的几种思路

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尹尧

含参不等式恒成立问题一般较为复杂.仅运用不等式的性质,往往很难找到使不等式恒成立的条件,使问题顺利得解.这就需要采用不同思路,如变换主元、分离参数、分类讨论等来解题.下面结合实例来谈一谈解答含参不等式恒成立问题的三种思路.

一、变换主元

变换主元法是指将问题中主元、参数的位置互换,即将参数视为主元,将主元视为参数进行求解的方法.运用变更主元法解答含参不等式恒成立问题,需先找出所要求证不等式中的变量与参数,然后将两者进行互换,得到新不等式,根据新主元的取值或者限制条件,列出满足题意的不等式或不等式组,从而解题.

例1,对于任意-1≤a≤1,x+(a-4)x+(4-2a)>0恒成立,则x的取值范围为________.

解:设f(a)=(x-2)a+(x-4x+4),a∈[-1,1],

则问题等价于在a∈[1,1]时,f(a)>0恒成立,

解得x<1或x>3,

所以实数x的取值范围为(-∞,l)∪(3,+∞).

将x和a进行变换,把a看作主元,构造关于a的函数f(a),便可采用变更主元法来解题.很显然f(a)为一次函数,根据一次函数的性质,要使f(a)>0恒成立,只需使[-1,l]上的所有函数值都大于0,建立关于x的不等式组,即可解题.

二、分离参数

分离参数法是解答含参不等式恒成立问题的重要方法.运用分离参数法求解不等式恒成立问题,需先将不等式进行变形,使参数分离,得到形如a≤f(x)、a<f(x)、a>f(x)、a≥f(x)的式子,只要使a≤f(x)、a<f(x)、a>f(x)、a≥f(x),就能确保不等式恒成立.在求f(x)的最值时,往往可根据导数的性质、函数的单调性,或利用基本不等式.

例2.已知函数f(x)=-xlnx+a(x+1),若f(x)≤2a在[2,+∞)上恒成立,求a的取值范围.

令t(x)=lnx-x+1,x≥2,

当x≥2时,t′(x)<0,

故t(x)在[2,+∞)上單调递减,

可得t(x)=ln2-l<0,

则函数g(x)在[2,+∞)上单调递增,

可得a≤g(x)=g(2)=2ln2,

所以a的取值范围为(-∞,2ln2].

首先将不等式进行移项、变形,使参数a分离,得到a≤g(x)对函数g(x)求导,根据导函数与函数的单调性之间的关系判断出函数g(x)的单调性,求得函数g(x),即可运用分离参数法,确定参数a的取值范围.

三、分类讨论

含参不等式恒成立问题中参数的取值往往不确定,因而在求解含参不等式恒成立问题时,需灵活运用分类讨论法,对参数或某些变量进行分类讨论,从而求得问题的答案.而确定分类讨论的标准是解题的关键,可根据一元二次方程的判别式大于、等于、小于0进行分类讨论;也可根据二次函数的二次项系数大于、小于。进行分类讨论;还可根据导函数值大于、等于、小于0进行分类讨论.

例3.设f(x)=x-2mx+2,当x∈[-l,+∞)时,f(x)≥m恒成立,求参数m的取值范围.

分析:首先将不等式f(x)≥m转化为F(x)=x-2mx+2-m≥0.要使F(x)≥0,需使该函数在x∈[-1,+∞)上恒大于或等于0.由于x-2mx+2-m=0为一元二次方程,只需讨论方程在x∈[-1,+∞)上的根的分布情况.而方程的根的分布情况主要由判别式确定,所以需采用分类讨论法,对方程的判别式与0之间的大小关系进行讨论.

解:设F(x)=x2mx+2-m,

则问题等价于当x∈[-1,+∞)时,F(x)≥0恒成立,

①当Δ=4(m-1)(m+2)<0,即-2<m<1时,F(x)>0恒成立,

解得-3≤m≤-2,

综上所述,参数m的取值范围为m∈[-3,1).

采用分类讨论的思路来求解含参不等式恒成立问题,一般可将参数或与参数相关的量定为分类讨论的对象,再根据题意确定分类讨论的标准,逐层、逐级进行讨论,最后综合所得的结果即可.

相比较而言,第一种思路的适用范围较窄;第二、三种思路较为常用,但第三种思路解题的过程繁琐,且运算量较大.因此在解题时,同学们可首先尝试将参数分离,将问题转化为最值问题来求解;若行不通,再考虑运用变更主元、分类讨论的思路.

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