利用必要性 减少计算量

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cyh
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  做数学题当然希望步步都是等价变形,但是做某些题目实在难以达到要求时,可以想办法降低要求,先研究必须满足的基本条件,即先研究必要条件,让情况变得简单一些,减少讨论和计算量,从而能够快速便捷解题.
  题1 (江淮十校高三第二次联考文科,16)若不等式|ax3-lnx|≥1对x∈(0,1]恒成立,则实数a的取值范围是.
  分析 一般情况,先去绝对值,这样就变成ax3-lnx≥1或ax3-lnx≤-1对x∈(0,1]恒成立.接下来,就容易出错了.我们会把它变成ax3-lnx≥1对x∈(0,1]恒成立或者ax3-lnx≤-1对x∈(0,1]恒成立.然后分别分离参数,分别求出结果再求并.这是很显然的想法,然而确实是错误的.这是因为ax3-lnx≥1或ax3-lnx≤-1对x∈(0,1]恒成立是不可以这样拆开的,ax3-lnx≥1或ax3-lnx≤-1可能分別在(0,1]的部分子集成立,比如,ax3-lnx≥1在x∈0,12时恒成立,而ax3-lnx≤-1在x∈12,1 时恒成立,这也是可以的啊!所以,两个不等式都在x∈(0,1]时恒成立是要求强了.
  那怎么办呢?
  我们可以考虑控制一下a的范围,利用必要性解题.由于对x∈(0,1]恒成立,显然当x=1时,不等式成立,即有|a|≥1,即a≤-1或a≥1.
  令g(x)=ax3-lnx,g′(x)=3ax2-1x=3ax3-1x.
  当a≤-1时,对任意x∈(0,1],g′(x)=3ax3-1x<0,g(x)在(0,1]上递减,故可得g(x)min=g(1)=a≤-1.此时g(x)∈[a, ∞),而|g(x)|的最小值为0,不适合题意.
  当a≥1时,对任意x∈(0,1],令g′(x)=3ax3-1x=0,得x=313a,函数在0,313a上单调递减,在313a, ∞上单调递增.所以,|g(x)|的最小值为g313a=13 13ln(3a)≥1,解得a≥e23,故实数a取值范围是e23, ∞.
  题2 (2011年全国新课标卷)已知x>0,且x≠1时,lnxx 1 1x>lnxx-1 kx,求k的取值范围.
  分析 设g(x)=11-x22lnx (k-1)(x2-1)x,由于11-x2符号不确定,比较麻烦,所以暂时放置一边.
  考虑函数h(x)=2lnx (k-1)(x2-1)x,注意到h(1)=0.
  这时候一定会有同学发现11-x2在区间(0,1)内为正,在(1, ∞)内为负.要让g(x)>0只要h(x)在(0, ∞)内单调递减,结合h(1)=0,正好!所以将h(x)求导,然后令其小于等于0,分离系数解决.然而,这样做是有问题的.要求h(x)在(0, ∞)内单调递减事实上太强了!h(x)在区间(0,1)内为正,(1, ∞)内为负就可以了,要它单调递减有点过分了.
  但是,刚才的思路不是没有可取之处.我们不能要求h(x)在(0, ∞)内单调递减,但是至少它在1的附近应该单调递减.所以,有h′(1)≤0.由h′(x)=(k-1)(x2 1) 2xx2,得2(k-1) 2≤0,得到k≤0.
  没有做完,要检验.因为刚才只保证在x=1处的局部成立.只是必要条件,不能保证h(x)在区间(0,1)内为正,(1, ∞)内为负.
  我们可以观察(k-1)(x2 1) 2x的图像,开口朝下,Δ=4k(2-k)≤0,所以(k-1)(x2 1) 2x≤0,而h(x)在(0, ∞)内单调递减,结合h(1)=0,满足题意.得证.
  也可以注意到x2 1≥2x,而k-1≤-1,所以(k-1)(x2 1) 2x≤0,亦可得证.
  同样的方法再看一题.
  (2010年全国卷)当x≥0时,1-e-x≤xax 1,求a的范围.
  先观察左边,一定大于等于0,故右边也需要大于等于0.所以,ax 1>0恒成立.这样就有a≥0.
  然后令f(x)=1-e-x-xax 1,注意到f(0)=0,所以在0的附近必须递减.
  f′(x)=e-x-1(ax 1)2,注意到f′(0)=0,隐藏较深,还需要挖掘.
  f″(x)=-e-x 2a(ax 1)3,令f″(0)=-1 2a≤0,可得a≤12.
  这只能说明a>12肯定不合题意.却不能说明a≤12就是对的.还是只研究了必要条件,不具有充分性,还需要证明.
  证明 当a≤12时,e-x-1(ax 1)2≤0,即证ex≥(ax 1)2ex2≥ax 1,令x2=t,即证et≥2at 1.由a≤12,所以只要有et≥t 1,即得证.et≥t 1单独证一下即可.
  题3 (2009年天津高考文科,16)若关于x的不等式(2x-1)2  一般思路 因为不等式等价于(-a 4)x2-4x 1<0,其中(-a 4)x2-4x 1=0中的Δ>0,故有0  此法的确能够做出,但确实不易.
  我们可以观察(2x-1)2  用必要性解题当然也不可能是万能的.但是遇到情况复杂时,先行让条件变得简单一些,这一原则应该能够让我们更快接近题目的“真相”,从而达到快速解题之目的.
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