一.復習目標:
1.在熟練掌握一元一次不等式(組)、一元二次不等式的解法基礎上,掌握其它的一些簡單不等式的解法.通過不等式解法的復習,提高學生分析問題、解決問題的能力以及計算能力;
2.掌握解不等式的基本思路,即將分式不等式、絕對值不等式等不等式,化歸為整式不等式(組),會用分類、換元、數形結合的方法解不等式;
3.通過復習不等式的性質及常用的證明方法(比較法、分析法、綜合法、數學歸納法等),使學生較靈活的運用常規方法(即通性通法)證明不等式的有關問題;
4.通過證明不等式的過程,培養自覺運用數形結合、函數等基本數學思想方法證明不等式的能力;
5.能較靈活的應用不等式的基本知識、基本方法,解決有關不等式的問題.
6.通過不等式的基本知識、基本方法在代數、三角函數、數列、復數、立體幾何、解析幾何等各部分知識中的應用,深化數學知識間的融匯貫通,從而提高分析問題解決問題的能力.在應用不等式的基本知識、方法、思想解決問題的過程中,提高學生數學素質及創新意識..
二.考試要求:
1.理解不等式的性質及其證明。
2.掌握兩個(不擴展到三個)正數的算術平均數不小于它們的幾何平均數的定理,并會簡單的應用。
3.掌握分析法、綜合法、比較法證明簡單的不等式。
4.掌握簡單不等式的解法。
5.理解不等式a-b≤a+b≤a+b。。
三.過程:
(Ⅰ)基礎知識詳析
1.解不等式的核心問題是不等式的同解變形,不等式的性質則是不等式變形的理論依據,方
程的根、函數的性質和圖象都與不等式的解法密切相關,要善于把它們有機地聯系起來,互相轉化.在解不等式中,換元法和圖解法是常用的技巧之一.通過換元,可將較復雜的不等式化歸為較簡單的或基本不等式,通過構造函數、數形結合,則可將不等式的解化歸為直觀、形象的圖形關系,對含有參數的不等式,運用圖解法可以使得分類標準明晰.
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礎,利用不等式的性質及函
數的單調性,將分式不等式、絕對值不等式等化歸為整式不等式(組)是解不等式的基本思想,分類、換元、數形結合是解不等式的常用方法.方程的根、函數的性質和圖象都與不等式的解密切相關,要善于把它們有機地聯系起來,相互轉化和相互變用.
3.在不等式的求解中,換元法和圖解法是常用的技巧之一,通過換元,可將較復雜的不等式
化歸為較簡單的或基本不等式,通過構造函數,將不等式的解化歸為直觀、形象的圖象關系,對含有參數的不等式,運用圖解法,可以使分類標準更加明晰.通過復習,感悟到不等式的核心問題是不等式的同解變形,能否正確的得到不等式的解集,不等式同解變形的理論起了重要的作用.
4.比較法是不等式證明中最基本、也是最常用的方法,比較法的一般步驟是:作差(商)→變形
→判斷符號(值).
5.證明不等式的方法靈活多樣,內容豐富、技巧性較強,這對發展分析綜合能力、正逆思維
等,將會起到很好的促進作用.在證明不等式前,要依據題設和待證不等式的結構特點、內在聯系,選擇適當的證明方法.通過等式或不等式的運算,將待證的不等式化為明顯的、熟知的不等式,從而使原不等式得到證明;反之亦可從明顯的、熟知的不等式入手,經過一系列的運算而導出待證的不等式,前者是“執果索因”,后者是“由因導果”,為溝通聯系的途徑,證明時往往聯合使用分析綜合法,兩面夾擊,相輔相成,達到欲證的目的.
6.證明不等式的方法靈活多樣,但比較法、綜合法、分析法和數學歸納法仍是證明不等式的
基本方法.要依據題設、題斷的結構特點、內在聯系,選擇適當的證明方法,要熟悉各種證法中的推理思維,并掌握相應的步驟,技巧和語言特點.
7.不等式這部分知識,滲透在中學數學各個分支中,有著十分廣泛的應用.因此不等式應用問題體現了一定的綜合性、靈活多樣性,這對同學們將所學數學各部分知識融會貫通,起到了很好的促進作用.在解決問題時,要依據題設、題斷的結構特點、內在聯系、選擇適當的解決方案,最終歸結為不等式的求解或證明.不等式的應用范圍十分廣泛,它始終貫串在整個中學數學之中.諸如集合問題,方程(組)的解的討論,函數單調性的研究,函數定義域的確定,三角、數列、復數、立體幾何、解析幾何中的最大值、最小值問題,無一不與不等式有著密切的聯系,許多問題,最終都可歸結為不等式的求解或證明。
8.不等式應用問題體現了一定的綜合性.這類問題大致可以分為兩類:一類是建立不等式、解不等式;另一類是建立函數式求最大值或最小值.利用平均值不等式求函數的最值時,要特別注意“正數、定值和相等”三個條件缺一不可,有時需要適當拼湊,使之符合這三個條件.利用不等式解應用題的基本步驟:10審題,20建立不等式模型,30解數學問題,40作答。
9.注意事項:
⑴解不等式的基本思想是轉化、化歸,一般都轉化為最簡單的一元一次不等式(組)或一元二次不等式(組)來求解,。
⑵解含參數不等式時,要特別注意數形結合思想,函數與方程思想,分類討論思想的錄活運用。
⑶不等式證明方法有多種,既要注意到各種證法的適用范圍,又要注意在掌握常規證法的基礎上,選用一些特殊技巧。如運用放縮法證明不等式時要注意調整放縮的度。
⑷根據題目結構特點,執果索因,往往是有效的思維方法。
(Ⅱ)范例分析
b)∈M,且對M中的其它元素(c,d),總有c≥a,則a=____.
分析:讀懂并能揭示問題中的數學實質,將是解決該問題的突破口.怎樣理解“對M中的其它元素(c,d),總有c≥a”?M中的元素又有什么特點?
解:依題可知,本題等價于求函數x=f(y)=(y+3)?y-1+(y+3)
(2)當1≤y≤3時,
所以當y=1時,xmin=4.
說明:題設條件中出現集合的形式,因此要認清集合元素的本質屬性,然后結合條件,揭示其數學實質.即求集合M中的元素滿足關系式
例2.解關于 的不等式:
分析:本例主要復習含絕對值不等式的解法,分類討論的思想。本題的關鍵不是對參數 進行討論,而是去絕對值時必須對末知數進行討論,得到兩個不等式組,最后對兩個不等式組的解集求并集,得出原不等式的解集。
解:當
。
例3. 己知三個不等式:① ② ③
(1)若同時滿足①、②的 值也滿足③,求m的取值范圍;
(2)若滿足的③ 值至少滿足①和②中的一個,求m的取值范圍。
分析:本例主要綜合復習整式、分式不等式和含絕對值不等的解法,以及數形結合思想,解本題的關鍵弄清同時滿足①、②的 值的滿足③的充要條件是:③對應的方程的兩根分別在 和 內。不等式和與之對應的方程及函數圖象有著密不可分的內在聯系,在解決問題的過程中,要適時地聯系它們之間的內在關系。
解:記①的解集為A,②的解集為B,③的解集為C。
解①得A=(-1,3);解②得B=
(1)因同時滿足①、②的 值也滿足③,A B C
設 ,由 的圖象可知:方程的小根小于0,大根大于或等于3時,即可滿足
(2)因滿足③的 值至少滿足①和②中的一個, 因
此 小根大于或等于-1,大根小于或等于4,因而
說明:同時滿足①②的x值滿足③的充要條件是:③對應的方程2x +mx-1=0的兩根分別在(-∞,0)和[3,+∞)內,因此有f(0)<0且f(3)≤0,否則不能對A∩B中的所有x值滿足條件.不等式和與之對應的方程及圖象是有著密不可分的內在聯系的,在解決問題的過程中,要適時地聯系它們之間的內在關系.
例4.已知對于自然數a,存在一個以a為首項系數的整系數二次三項式,它有兩個小于1的正根,求證:a≥5.
分析:回憶二次函數的幾種特殊形式.設f(x)=ax +bx+c(a≠0).①
頂點式.f(x)=a(x-x ) +f(x )(a≠0).這里(x ,f(x ))是二次函數的頂點,x =
))、(x ,f(x ))、(x ,f(x ))是二次函數圖象上的不同三點,則系數a,b,c可由
證明:設二次三項式為:f(x)=a(x-x )(x-x ),a∈N.
依題意知:0<x <1,0<x <1,且x ≠x .于是有
f(0)>0,f(1)>0.
又f(x)=ax -a(x +x )x+ax x 為整系數二次三項式,
所以f(0)=ax x 、f(1)=a?(1-x )(1-x )為正整數.故f(0)≥1,f(1)≥1.
從而 f(0)?f(1)≥1. ①
另一方面,
且由x ≠x 知等號不同時成立,所以
由①、②得,a >16.又a∈N,所以a≥5.
說明:二次函數是一類被廣泛應用的函數,用它構造的不等式證明問題,往往比較靈活.根據題設條件恰當選擇二次函數的表達形式,是解決這類問題的關鍵.
例5.設等差數列{a }的首項a1>0且Sm=Sn(m≠n).問:它的前多少項的和最大?
分析:要求前n項和的最大值,首先要分析此數列是遞增數列還是遞減數列.
解:設等差數列{a }的公差為d,由Sm=Sn得
ak≥0,且ak+1<0.
(k∈N).
說明:諸多數學問題可歸結為解某一不等式(組).正確列出不等式(組),并分析其解在具體問題的意義,是得到合理結論的關鍵.
例6.若二次函數y=f(x)的圖象經過原點,且1≤f(-1)≤2,3≤f(1)≤4,求f(-2)的范圍.
分析:要求f(-2)的取值范圍,只需找到含人f(-2)的不等式(組).由于y=f(x)是二次函數,所以應先將f(x)的表達形式寫出來.即可求得f(-2)的表達式,然后依題設條件列出含有f(-2)的不等式(組),即可求解.
解:因為y=f(x)的圖象經過原點,所以可設y=f(x)=ax2+bx.于是
解法一(利用基本不等式的性質)
不等式組(Ⅰ)變形得
(Ⅰ)所以f(-2)的取值范圍是[6,10].
解法二(數形結合)
建立直角坐標系aob,作出不等式組(Ⅰ)所表示的區域,如圖6中的陰影部分.因為f(-2)=4a-2b,所以4a-2b-f(-2)=0表示斜率為2的直線系.如圖6,當直線4a-2b-f(-2)=0過點A(2,1),B(3,1)時,分別取得f(-2)的最小值6,最大值10.即f(-2)的取值范圍是: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.
說明:(1)在解不等式時,要求作同解變形.要避免出現以下一種錯解:
2b,8≤4a≤12,-3≤-2b≤-1,所以 5≤f(-2)≤11.
(2)對這類問題的求解關鍵一步是,找到f(-2)的數學結構,然后依其數學結構特征,揭示其代數的、幾何的本質,利用不等式的基本性質、數形結合、方程等數學思想方法,從不同角度去解決同一問題.若長期這樣思考問題,數學的素養一定會迅速提高.
例7.(2002 江蘇)己知 ,
(1)
(2) ,證明:對任意 , 的充要條件是 ;
(3) 討論:對任意 , 的充要條件。
證明:(1)依題意,對任意 ,都有
(2)充分性:
必要性:對任意
(3)
即
而當
例8.若a>0,b>0,a3+b3=2.求證a+b≤2,ab≤1.
分析:由條件a3+b3=2及待證的結論a+b≤2的結構入手,聯想它們之間的內在聯系,不妨用作差比較法或均值不等式或構造方程等等方法,架起溝通二者的“橋梁”.
證法一 (作差比較法)
因為a>0,b>0,a3+b3=2,所以
(a+b)3-23=a3+b3+3a2b+3ab2-8=3a2b+3ab2-6
=3[ab(a+b)-2]=3[ab(a+b)-(a3+b3)]=-3(a+b)(a-b)2≤0,
即 (a+b)3≤23.
證法二 (平均值不等式—綜合法)
因為a>0,b>0,a3+b3=2,所以
所以a+b≤2,ab≤1.
說明:充分發揮“1”的作用,使其證明路徑顯得格外簡捷、漂亮.
證法三 (構造方程)
設a,b為方程x2-mx+n=0的兩根.則
因為a>0,b>0,所以m>0,n>0且Δ=m2-4n≥0.①
因此2=a3+b3=(a+b)(a2-ab+b2)=(a+b)[(a+b)2-3ab]=m[m2-3n],所以
所以a+b≤2.
由2≥m得4≥m2,又m2≥4n,所以4≥4n,即n≤1.所以 ab≤1.
說明:認真觀察不等式的結構,從中發現與已學知識的內在聯系,就能較順利地找到解決問題的切入點.
證法四 (恰當的配湊)
因為a>0,b>0,a3+b3=2,所以
2=a3+b3=(a+b)(a2+b2-ab)≥(a+b)(2ab-ab)=ab(a+b),
于是有6≥3ab(a+b),從而
8≥3ab(a+b)+2=3a2b+3ab2+a3+b3=(a+b)3,
所以a+b≤2.(以下略)
即a+b≤2.(以下略)
證法六 (反證法)
假設a+b>2,則
a3+b3=(a+b)(a2-ab+b2)=(a+b)[(a+b)2-3ab]>2(22-3ab).
因為a3+b3=2,所以2>2(4-3ab),因此ab>1. ①
另一方面,2=a3+b3=(a+b)(a2+b2-ab)≥(a+b)(2ab-ab)=(a+b)?ab>2ab,
所以ab<1. ②
于是①與②矛盾,故a+b≤2.(以下略)
說明:此題用了六種不同的方法證明,這幾種證法都是證明不等式的常用方法.
例9.設函數f(x)=ax2+bx+c的圖象與兩直線y=x,y=-x,均不相
分析:因為x∈R,故f(x)的最小值若存在,則最小值由頂點確定,故設f(x)=a(x-x0)2+f(x0).
證明:由題意知,a≠0.設f(x)=a(x-x0)2+f(x0),則
又二次方程ax2+bx+c=±x無實根,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.
說明:從上述幾個例子可以看出,在證明與二次函數有關的不等式問題時,如果針對題設條件,合理采取二次函數的不同形式,那么我們就找到了一種有效的證明途徑.
例10.(2002理)某城市2001年末汽車保有量為30萬輛,預計此后每年報廢上一年末汽車保有量的6%,并且每年新增汽車數量相同。為了保護城市環境,要求該城市汽車保有量不超過60萬輛,那么每年新增汽車數量不應超過多少輛?
解:設2001年末的汽車保有量為 ,以后每年末的汽車保有量依次為 ,每年新增汽車 萬輛。
由題意得
例11.已知奇函數
知函數
分析:這是一道比較綜合的問題,考查很多函數知識,通過恰當換元,使問題轉化為二次函數在閉區間上的最值問題。
令
要使
10 當
30當
綜上:
例12.如圖,某隧道設計為雙向四車道,車道總寬22米,要求通行車輛限高4.5米,隧道全長2.5千米,隧道的拱線近似地看成半個橢圓形狀。
(1)若最大拱高h為6米,則隧道設計的拱寬 是多少?
(2)若最大拱高h不小于6米,則應如何設計拱高h和拱寬 ,才能使半個橢圓形隧道的土方工程最?
(半個橢圓的面積公式為s= 柱體體積為:底面積乘以高, , 本題結果均精確到0.1米)
分析:本題為2003年上海高考題,考查運用幾何、不等式等解決應用題的能力及運算能力。
解:1)建立如圖所示直角坐標系,則P(11,4.5)
橢圓方程為:
將b=h=6與點P坐標代入橢圓方程得
故隧道拱寬約為33.3米
2)由橢圓方程
故當拱高約為6.4米,拱寬約為31.1米時,土方工程量最小.
例13.已知n∈N,n>1.求證
分析:雖然待證不等式是關于自然數的命題,但不一定選用數學歸納法,觀其“形”,它具有較好規律,因此不妨采用構造數列的方法進行解.
說明:因為數列是特殊的函數,所以可以因問題的數學結構,利用函數的思想解決.
例14.已知函數
分析:本例主要復習函數、不等式的基礎知識,絕對值不等式及函數不等式的證明技巧;舅悸废葘⒑瘮挡坏仁睫D化為代數不等式,利用絕對值不等式的性質及函數的性質。證明(1)再利用二項展開式及基本不等式的證明(2)。
證明:(1)
當且僅當 時,上式取等號。
(2) 時,結論顯然成立
當 時,
例15.(2001年全國理)己知
(1)
(2)
證明:(1)
同理
(2)由二項式定理有
因此
。
(Ⅲ)、強化訓練
1.已知非負實數 , 滿足 且 ,則 的最大值是( )
A. B. C. D.
2.已知命題p:函數 的值域為R,命題q:函數
是減函數。若p或q為真命題,p且q為假命題,則實數a的取值范圍是 ( )
A.a≤1B.a<2C.13. 解關于 的不等式 >0
4.求a,b的值,使得關于x的不等式ax2+bx+a2-1≤0的解集分別是:
(1)[-1,2];(2)(-∞,-1]∪[2,+∞);(3){2};(4)[-1,+∞).
5. 解關于 的不等式
6.(2002北京文)數列 由下列條件確定:
(1)證明:對于 ,
(2)證明:對于 .
7.設P=(log2x) +(t-2)log2x-t+1,若t在區間[-2,2]上變動時,P恒為正值,試求x的變化范圍.
8.已知數列 中,
b1=1,點P(bn,bn+1)在直線x-y+2=0上。
Ⅰ)求數列
Ⅱ)設 的前n項和為Bn, 試比較 。
Ⅲ)設Tn=
(Ⅳ)、參考答案
1.解:畫出圖象,由線性規劃知識可得,選D
2.解:命題p為真時,即真數部分能夠取到大于零的所有實數,故二次函數 的判別式 ,從而 ;命題q為真時, 。
若p或q為真命題,p且q為假命題,故p和q中只有一個是真命題,一個是假命題。
若p為真,q為假時,無解;若p為假,q為真時,結果為13.分析:本題主要復習分式不等式的解法、分類討論的思想及利用序軸標根法解不等式的基本步驟。本題的關鍵是對分母分解因式,將原不等式等價轉化為
和比較 與 及3的大小,定出分類方法。
解:原不等式化為:
(1)當 時,由圖1知不等式的解集為
(2)當
(3)當
4.分析:方程的根、函數的性質和圖象都與不等式的解密切相關,要善于把它們有機地聯系起來,相互轉化和相互交通.
解(1) 由題意可知,a>0且-1,2是方程ax2+bx+a2-1≤0的根,所以
(3)由題意知,2是方程ax2+bx+a2-1=0的根,所以
4a+2b+a2-1=0. ①
又{2}是不等式ax2+bx+a2-1≤0的解集,所以
(4)由題意知,a=0.b<0,且-1是方程bx+a2-1=0的根,即-b+a2-1=0,所以
a=0,b=-1.
說明:二次函數與一元二次方程、一元二次不等式之間存在著密切的聯系.在解決具體的數學問題時,要注意三者之間相互聯系相互滲透,并在一定條件下相互轉換。
5.分析:在不等式的求解中,換元法和圖解法是常用的技巧,通過換元,可將較復雜的不等式化歸為較簡單的或基本不等式,通過構造函數,數形結合,則可將不等式的解化歸為直觀,形象的圖象關系,對含參數的不等式,運用圖解法,還可以使得分類標準更加明晰。
解:設 ,原不等式化為 ,在同一坐標系中作出兩函數圖象
故(1)當
(2)
(3)當 時,原不等式的解集為φ
綜上所述,當 時,解集為 );當 時,解集為
時,解集為φ。
6.證明:(1)
(2)當 時,
=
7.分析:要求x的變化范圍,顯然要依題設條件尋找含x的不等式(組),這就需要認真思考條件中“t在區間[-2,2]上變動時,P恒為正值.”的含義.你是怎樣理解的?如果繼續思考有困難、請換一個角度去思考.在所給數學結構中,右式含兩個字母x、t,t是在給定區間內變化的,而求的是x的取值范圍,能想到什么?
解:設P=f(t)=(log2x-1)t+log22x-2log2x+1.因為 P=f(t)在top直角坐標系內是一直線,所以t在區間[-2,2]上變動時,P恒為正值的充要條件
解得log2x>3或log2x<-1.
說明:改變看問題的角度,構造關于t的一次函數,靈活運用函數的思想,使難解的問題轉化為熟悉的問題.
8.分析:本題主要復習數列通項、求和及不等式的有關知識。
略解:Ⅰ)
Ⅱ)Bn=1+3+5+…+(2n-1)=n2
Ⅲ)Tn= ①
②
①-②得
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