單變量不等式能成立之參變分離法
參變分離法是將不等式變形成一個一端是f(a),另一端是變量表達(dá)式g(x)的不等式后,若f(a)≥g(x)在x∈D上能成立,則f(a)≥g(x)min;若f(a)≤g(x)在x∈D上能成立,則f(a)≤g(x)max.特別地,經(jīng)常將不等式變形成一個一端是參數(shù)a,另一端是變量表達(dá)式g(x)的不等式后,若a≥g(x)在x∈D上能成立,則a≥g(x)min;若a≤g(x)在x∈D上能成立,則a≤g(x)max.
利用分離參數(shù)法來確定不等式f(x,a)≥0(x∈D,a為實(shí)參數(shù))能成立問題中參數(shù)取值范圍的基本步驟:
(1)將參數(shù)與變量分離,化為f1(a)≥f2(x)或f1(a)≤f2(x)的形式.
(2)求f2(x)在x∈D時的最大值或最小值.
(3)解不等式f1(a)≥f2(x)min或f1(a)≤f2(x)max,得到a的取值范圍.
注意 “恒成立”與“存在性”問題的求解是“互補(bǔ)”關(guān)系,即f(x)≥g(a)對于x∈D恒成立,應(yīng)求f(x)的最小值;若存在x∈D,使得f(x)≥g(a)成立,應(yīng)求f(x)的最大值.在具體問題中究竟是求最大值還是最小值,可以先聯(lián)想“恒成立”是求最大值還是最小值,這樣也就可以解決相應(yīng)的“存在性”問題是求最大值還是最小值.特別需要關(guān)注等號是否成立問題,以免細(xì)節(jié)出錯.
【例題選講】
[例1] 已知函數(shù)f(x)=3lnx-eq \f(1,2)x2+x,g(x)=3x+a.
(1)若f(x)與g(x)的圖象相切,求a的值;
(2)若?x0>0,使f(x0)>g(x0)成立,求參數(shù)a的取值范圍.
解析 (1)由題意得,f′(x)=eq \f(3,x)-x+1,設(shè)切點(diǎn)為(x0,f(x0)),則k=f′(x0)=eq \f(3,x0)-x0+1=3,
解得x0=1或x0=-3(舍),所以切點(diǎn)為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(1,2))),代入g(x)=3x+a,得a=-eq \f(5,2).
(2)設(shè)h(x)=3ln x-eq \f(1,2)x2-2x,?x0>0,使f(x0)>g(x0)成立,等價于?x>0,使h(x)=3ln x-eq \f(1,2)x2-2x>a成立,
等價于a0).
因?yàn)閔′(x)=eq \f(3,x)-x-2=eq \f(-x2-2x+3,x)=-eq \f((x-1)(x+3),x),令eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(h′(x)>0,,x>0,))得00,當(dāng)x∈(eq \r(e),+∞)時,h′(x)0),則F′(x)=eq \f(x-1,x)(x>0),
∴當(dāng)0F(1)=1>0,∴a≥eq \f(x\\al(2,0)-2x0,x0-ln x0).記G(x)=eq \f(x2-2x,x-ln x),x∈[eq \f(1,e),e],
則G′(x)=eq \f((2x-2)(x-ln x)-(x-2)(x-1),(x-ln x)2)=eq \f((x-1)(x-2ln x+2),(x-ln x)2).
∵x∈[eq \f(1,e),e],∴2-2ln x=2(1-ln x)≥0,∴x-2ln x+2>0,
∴當(dāng)x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e),1))時,G′(x)0,G(x)單調(diào)遞增.
∴G(x)min=G(1)=-1,∴a≥G(x)min=-1,故實(shí)數(shù)a的取值范圍為[-1,+∞).
[例4] 已知函數(shù)f(x)=ln(1+x)-asinx,a∈R.
(1)若y=f(x)在點(diǎn)(0,0)處的切線為x-3y=0,求a的值;
(2)若存在x∈[1,2],使得f(x)≥2a,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
解析 (1)f′(x)=eq \f(1,1+x)-acs x,則f′(0)=1-a=eq \f(1,3),所以a=eq \f(2,3).
(2)將不等式轉(zhuǎn)化為存在x∈[1,2],使得a≤eq \f(ln(1+x),2+sin x).
令函數(shù)g(x)=eq \f(ln(1+x),2+sin x),則g′(x)=eq \f(2+sin x-(1+x)cs xln(1+x),(1+x)(2+sin x)2),
令函數(shù)h(x)=2+sin x-(1+x)cs xln(1+x),x∈[1,2],
當(dāng)x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),2))時,h(x)>0;當(dāng)x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(1,\f(π,2)))時,h(x)>2+sin x-(1+x)ln(1+x),
令函數(shù)φ(x)=2+sin x-(1+x)ln(1+x),則φ′(x)=cs x-ln(1+x)-13-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(π,2)))>0,則當(dāng)x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(1,\f(π,2)))時,h(x)>φ(x)>0,
故函數(shù)g(x)在[1,2]上單調(diào)遞增,g(x)max=g(2)=eq \f(ln 3,2+sin 2),
則當(dāng)a≤eq \f(ln 3,2+sin 2)時,存在x∈[1,2],使得f(x)≥2a.
所以,實(shí)數(shù)a的取值范圍是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-∞,\f(ln 3,2+sin 2))).
[例5] 已知函數(shù)f(x)=ex(2x-1)-ax+a(a∈R),e為自然對數(shù)的底數(shù).
(1)當(dāng)a=1時,求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)①若存在實(shí)數(shù)x,滿足f(x)

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