前言
恒成立和能成立命题是高中数学中一个非常重要的知识点,考查频次很高,由于借助这个命题能很好的考查学生的知识理解掌握能力,还能考查学生遇到新问题时的转化化归能力,考查学生思维的灵活性,所以是高考命题人的最爱之一,需要引起学生的广泛关注。而且其涵盖的数学素材很广,一定要认真学习和掌握。
能成立模型
\(A\leq f(x)\)在区间\([m,n]\)上能成立[或有解],等价于\(A\leq f(x)_{max}\);\(A\ge f(x)\)在区间\([m,n]\)上能成立[或有解],等价于\(A\ge f(x)_{min}\);说明:同上,碰到具体题目可能需要我们进行相应的转化化归,才会变形为上述的形式。
化鬼能成立
哪些问题或素材都能转化为能成立命题
- ⒈存在性命题常常可以转化为能成立命题;1
- ⒉以方程有解的形式给出的,或者给出了方程的解的范围的,又或者以方程成立的形式给出的都可以考虑转化为能成立命题;2
- ⒊或方程解集、不等式解集不是空集;3
- ⒋函数有零点,或两个函数图像有交点 4
- ⒌函数有极值点5
- ⒍两个函数的图像有关于\(x、y\)轴或原点的对称点;6
- ⒎ 以能成立形式给出;7
- ⒏以不是单调函数形式给出;或函数在某区间上不单调给出; 8
- ⒐以函数\(f(x)\)存在单调区间的形式给出;9
- ⒑特称命题形式给出;10
- ⒒ 以至多至少型命题形式给出;11
- ⒓ 以新定义的形式给出;12
转化以后
- 先考虑能否分离参数,参见分离参数法;
如果能,转化为\(A\ge f(x)\)恒成立,则需要求函数\(f(x)\)的最值,函数如果形式简单,不用导数法,如果复杂,需要用导数法;如果不能,
- 再考虑数形结合,即左右两端的函数中,有一个带有参数,考虑其几何意义。
注意事项
1、有恒字的不一定是恒成立命题,如两个函数图像恒有交点,即两个函数图像至少有一个交点,其实是能成立命题。没有恒字的不一定不是恒成立命题。
2、不等式无解应该等价转化为不等式恒成立。比如,\(f(x)< x\)在\(R\)上无解,即意味着不等式\(f(x)< x\)的解集为\(x\in \varnothing\),那么不等式\(f(x)\ge x\)在\(R\)上应该是恒成立的,即不等式\(f(x)\ge x\)的解集为\(x\in R\),
引例,比如不等式\(e^x< x\)无解,即不等式\(e^x\ge x\)的解集为\(x\in R\),即\(x\in R\)时,不等式\(e^x > x\)恒成立。
3、注意细节上的变化
若\(A\leq f(x)\)在区间\((m,n)\)上恒成立,等价于\(A\leq f(x)_{min}\)或最小值的极限。
若\(A< f(x)\)在区间\((m,n)\)上恒成立,等价于\(A\leq f(x)_{min}\)或最小值的极限。
存在实数\(x\)使得\(x^2+6mx+9m<0\)成立,求\(m\)的取值范围。
分析:即二次不等式\(x^2+6mx+9m<0\)有解,即\(\Delta=36m^2-36m>0\),解得\(m<0\)或者\(m>1\);↩引例1:函数\(f(x)=lnx+a\),若方程\(f'(x)=f(x)\)的根\(x_0 <1\),求实数\(a\)的取值范围。
分析:方程即\(\cfrac{1}{x}=lnx+a\),转化为方程\(a=\cfrac{1}{x}-lnx\),\(0< x <1\)时有解,令\(h(x)=\cfrac{1}{x}-lnx,0< x <1\),
用导数求得其单调性,在\((0,1)\)单调递减,值域为\((1,+\infty)\),故实数\(a\)的取值范围为\((1,+\infty)\)。↩引例:不等式\(x^2 +ax-2\ge 0\)在区间 [1,5]上有解,或不等式\(x^2 +ax-2\ge 0\)在区间 [1,5]上解集不是空集,
分析:具体解法,见下。↩引例:方程\(lnx=ax\)在\((0,+\infty)\)有解,即函数\(y=lnx\)和函数\(y=ax\)图像在\((0,+\infty)\)上有交点,利用数形结合求解;
引例:函数\(f(x)=lnx-ax\)在\((0,+\infty)\)有零点,即函数\(y=lnx\)和函数\(y=ax\)图像在\((0,+\infty)\)上有交点,利用数形结合求解;↩引例:已知函数\(f(x)=x(lnx-ax)\)有两个极值点,求\(a\)的取值范围【】
\(A.(-\infty,0)\) \(B.(0,\cfrac{1}{2})\) \(C.(0,1)\) \(D.(0,+\infty)\)
法1:函数\(f(x)=x(lnx-ax)\)有两个极值点,即导函数\(f'(x)=lnx+1-2ax\)有两个变号零点,
即方程\(lnx=2ax-1\)有两个不同实数根,即函数\(y=lnx\)与函数\(y=2ax-1\)有两个不同的交点,作出图像如右图;
设恒过定点的函数\(y=2ax-1\)与函数\(y=lnx\)相切于点\((x_0,y_0)\),
则\(\begin{cases}2a=\cfrac{1}{x_0}\\y_0=2ax_0-1\\y_0=lnx_0\end{cases}\),
解得\(x_0=1,y_0=0\),即切点为\((1,0)\),此时直线的斜率为\(k=1\),
由图像可知,要使函数\(y=lnx\)与函数\(y=2ax-1\)有两个不同的交点,
则\(0<2a<1\),即\(a\in(0,\cfrac{1}{2})\),故选\(B\).
法2:转化为导函数\(f'(x)=lnx+1-2ax\)有两个变号零点,
分离参数得到,方程\(2a=\cfrac{lnx+1}{x}\)有两个不同的实根,
令\(g(x)=\cfrac{lnx+1}{x}\),定义域为\(x>0\),\(g'(x)=\cfrac{-lnx}{x^2}\),
则\(x\in(0,1)\)时,\(g'(x)>0\),函数\(g(x)\)单调递增,
\(x\in(1,+\infty)\)时,\(g'(x)<0\),函数\(g(x)\)单调递减,
故\(g(x)_{max}=g(1)=1\),
作出函数\(y=g(x)\)和\(y=2a\)的图像于同一个坐标系中,
则得到\(0<2a<1\),即\(a\in(0,\cfrac{1}{2})\),故选\(B\).↩引例:已知函数\(f(x)=lnx-x^3\)与\(g(x)=x^3-ax\)的图像上存在关于\(x\)轴的对称点,求\(a\)的取值范围。
引例:已知函数\(f(x)=e^x+2(x<0)\)与\(g(x)=ln(x+a)+2\)的图像上存在关于\(y\)轴对称的点,求\(a\)的取值范围
引例:已知函数\(f(x)=lnx-x^2\)与函数\(g(x)=x^2-\cfrac{2}{x}-m\)的图像上存在关于原点的对称点,求\(m\)的取值范围
若函数\(f(x)\)与函数\(g(x)\)的图像上存在关于\(x\)轴的对称点,则\(f(x)=-g(x)\)有解;
若函数\(f(x)\)与函数\(g(x)\)的图像上存在关于\(y\)轴的对称点,则\(f(-x)=g(x)\)有解;
若函数\(f(x)\)与函数\(g(x)\)的图像上存在关于原点的对称点,则\(f(x)=-g(-x)\)有解;↩引例:已知函数\(f(x)=x^2 +ax-2≥0\)在区间 \([1,5]\)上能成立,求参数\(a\)的取值范围。
分析:分离参数得到,\(a≥\cfrac{2}{x}-x\)在区间\([1,5]\)上能成立, 转化为求新函数\(\cfrac{2}{x}-x\)在\([1,5]\)上的最小值。
令\(g(x)=\cfrac{2}{x}-x,g(x)=\cfrac{2}{x}-x\)在区间 \([1,5]\)上单调递减,
所以\(g(x)_{min}=g(5)=-\cfrac{23}{5},\)所以\(a≥-\cfrac{23}{5}\)即\(a\)的取值范围是\([-\cfrac{23}{5},+∞)\)↩引例1:若函数\(f(x)=x+alnx\)不是单调函数,则实数\(a\)的取值范围是 【 】
\(A.[0,+\infty)\) \(B.(-\infty,0]\) \(C.(-\infty,0)\) \(D.(0,+\infty)\)
分析:由题意知\(x>0\),又\(f′(x)=1+\cfrac{a}{x}\),
要使函数\(f(x)=x+alnx\)不是单调函数,
则需方程\(f'(x)=1+\cfrac{a}{x}=0\)在\(x>0\)上有解,
即方程\(a=-x\)在\(x>0\)上有解,
又函数\(g(x)=-x\)在\(x>0\)上的值域是\((-\infty,0)\),故\(a\in(-\infty,0)\)。
引例2:函数\(f(x)=\cfrac{1}{3}x^3-x^2+ax-5\)在区间\([-1,2]\)上不单调,则实数\(a\)的取值范围是_________。 \((-3,1)\)
法1:补集思想,\(f'(x)=x^2-2x+a\),
若函数\(f(x)\)在\([-1,2]\)上单增,则\(f'(x)=x^2-2x+a\ge 0\)恒成立,
分离参数得到\(a\ge -x^2+2x\)恒成立,在\([-1,2]\)上求得函数\(f(x)_{max}=1\),故\(a\ge 1\);
若函数\(f(x)\)在\([-1,2]\)上单减,则\(f'(x)=x^2-2x+a\leq 0\)恒成立,
分离参数得到\(a\leq -x^2+2x\)恒成立,在\([-1,2]\)上求得函数\(f(x)_{min}=-3\),故\(a\leq -3\);
故取其补集,当\(-3< a <1\)时,函数\(f(x)\)在区间\([-1,2]\)上不单调。
法2:由题可知\(f(x)\)不单调,则导函数\(y=f'(x)\)在区间\([-1,2]\)上至少有一个变号零点,
当只有一个变号零点时,由\(f'(-1)\cdot f'(2)< 0\)可得,\(-3< a< 0\);
当有两个变号零点时,由\(\begin{cases}f'(-1)>0\\f'(2)>0\\ \Delta >0\end{cases}\),解得\(0< a <1\);
再验证,当\(a=0\)时,也满足题意,
综上所述,实数\(a\)的取值范围是\((-3,1)\)。↩例 【2019高三理科数学资料用题】【2018荆州模拟改编】设函数\(f(x)=\cfrac{1}{3}x^3-\cfrac{a}{2}x^2+1\),函数\(g(x)=f(x)+2x\),且\(g(x)\)在区间\((-2,-1)\)内存在单调递减区间,求实数\(a\)的取值范围;
分析:\(g(x)=\cfrac{1}{3}x^3-\cfrac{a}{2}x^2+1+2x\),则\(g'(x)=x^2-ax+2\),
由\(g(x)\)在区间\((-2,-1)\)内存在单调递减区间,得到,
\(g'(x)=x^2-ax+2<0\)在区间\((-2,-1)\)上能成立,
分离参数得到,\(a < x+\cfrac{2}{x}\)在区间\((-2,-1)\)上能成立,
而\(\left(x+\cfrac{2}{x}\right)_{max}=-2\sqrt{2}\),当且仅当\(x=\cfrac{2}{x}\),即\(x=-\sqrt{2}\)时取到等号,
故实数\(a\)的取值范围为\((-\infty,-2\sqrt{2})\)。
注意:存在单调递减区间,应该得到\(f'(x)<0\)能成立,而不是\(f'(x)\leq 0\)能成立。
若\(a=-2\sqrt{2}\),由\(g'(x)=x^2+2\sqrt{2}x+2=(x+\sqrt{2})^2\ge 0\)恒成立,
则函数\(g(x)\)只能有单调递增区间,不会存在单调递减区间。↩引例:\(\exists x_0\in [1,5]\),使得不等式\(x^2 +ax-2\ge 0\)成立。
分析:具体解法,见上。↩引例:不等式\(x^2 +ax-2\ge 0\)在区间 [1,5]上至少有一个解。
分析:具体解法,见上。↩例 定义:如果在\(y=f(x)\)定义域内的给定区间\([a,b]\)上存在\(x_0(a<x_0<b)\),满足\(f(x_0)=\cfrac{f(b)-f(a)}{b-a}\),则称函数\(y=f(x)\)是\([a,b]\)上的“平均值函数”,\(x_0\)是它的一个均值点,如\(y=x^4\)是\([-1,1]\)上的平均值函数,\(0\)是它的均值点,现有函数\(f(x)=-x^2+mx+1\)是\([-1,1]\)上的平均值函数,则实数\(m\)的取值范围是________________。
分析:由题意可知,存在\(x_0\in (-1,1)\),使得\(f(x_0)=\cfrac{f(1)-f(-1)}{1-(-1)}\),
化简得到,\(f(x_0)=m\)有解,即\(-x_0^2+mx_0+1=m\),
即\((x_0-1)m=x_0^2-1\),由于\(x_0-1\neq 0\),故转化为\(m=x_0+1\)在\(x_0\in(-1,1)\)上有解,
即需要求函数\(y=x_0+1\)的值域,而\(x_0+1\in (0,2)\),故\(m\in (0,2)\).↩