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浙江湖州吴兴高级中学 313000
摘要:参数分离法是处理恒成立问题的一种重要方法,但对于型如“m>f(x)或m<f(x)(即p∨q)”的恒成立问题,却要慎用此法,否则很容易产生错解. 笔者针对教学中一道习题的反思,从逻辑、可行域、分类讨论、函数等多个视角进行错解剖析.
关键词:视角;逻辑;可行域;分类讨论;函数
原题 ∀x∈
,
,使不等式a-lnx+ln>0恒成立,求实数a的取值范围.
错解 由a-lnx+ln>0得a>lnx-ln或a 设h(x)=lnx-ln=ln,g(x)=lnx+ln=ln.
依题意知a>h(x)或a ,
上恒成立.
因为g′(x)=>0,h′(x)=>0,
所以g(x)与h(x)都在
,上单调递增. 要使不等式①成立,
当且仅当a>h
或a ,即a>ln或a 反思 粗看求解过程似乎无懈可击,但事实上,当x∈
,时,ln≥0,当且仅当x=时取等号. 符合题意的解只需当x=时,a-lnx≠0即可,即a≠ln. 显然以上解法有误,那究竟错在那里呢?下面从不同视角进行剖析.
视角1 逻辑
原题的否定形式为:“若∃x∈
,时,使不等式a-lnx+ln≤0成立,求实数a的取值范围.”
因为a-lnx+ln≤0⇒ ln≤a≤ln,
又因为不等式ln≤ln在
,上的解仅为x=,
所以当且仅当a=ln时,ln≤a≤ln恒成立.
所以实数a的取值范围是a≠ln.
剖析 从逻辑的视角看错解,错解的关键是对逻辑连接词“或”的理解不透彻,从而导致不等价变形.
对p∨q型的恒成立问题,若能从其否定形式入手,将其转化(p∧q型),往往能简化解题过程,降低思维量,从而收到意想不到的效果.
视角2 可行域
不妨先作出满足式①及x∈
,的可行域(如图1). 由图可知,满足“式①在x∈
,上恒成立”的值a≠ln.
剖析从可行域的视角看错解(如图2),式②仅表示满足a>lnx-ln恒成立和a ,ln
的任意值在x∈
,上也满足“式①在x∈
,上恒成立”(如图3).
视角3 分类讨论
(1)当a>lnx>ln时,原题可化为a>ln在x∈
,上恒成立. 所以a>ln.
(2)当a=lnx时,原题可化为ln>0在x∈
,上恒成立.
(ⅰ)当≤x<时,ln>0恒成立,即ln≤a (ⅱ)当x=时,ln=0,即a≠.
(3)当a
,上恒成立. 所以a 综上所述,a≠ln.
剖析 从分类讨论的视角看错解,错解的关键是将a=lnx成立的条件当作两个点来处理. 其实当a=lnx时,原题恒成立的a的条件是一个区间段.
视角4 函数
构造函数h(x)=a-lnx,g(x)=ln.
由题意得,只需求h(x)>g(x)在x∈
,上恒成立时a的取值范围.
由图4知,当且仅当ea≠,即a≠ln时符合题意. 因此,实数a的取值范围是a≠ln.
[y][x][g(x)][h(x)][O][][]
图4
剖析 h(x)=a-lnx=a-lnx(x≤ea),
-a+lnx(x>ea) 是一个分段函数,且x=ea是它的零点. 从函数的视角看错解,式②解决了函数h(x)=a-lnx(x≤ea)及h(x)=-a+lnx(x>ea)分别符合题目要求的a的取值范围.错解的关键是忽视了当≤ea<时,函数h(x)也符合题目要求的情况.
“构造函数,画出含参数不等式中涉及的相关函数的图象(或相关方程的曲线),通过对图象(或曲线)的分析,得到参数应满足的不等式,从而得到参数的取值范围”是求解恒成立问题的常用思想.
综上可知,求解形如“m>f(x)或m<f(x)(即p∨q)”的恒成立问题时,用分离参数法容易产生错解,可从逻辑、可行域、函数、分类讨论等多个视角求解,从而避开逻辑连接词“或”的“陷阱”.
例1已知数列{an}是由正数组成的等比数列,Sn是其前n项的和,若a1=2,q=,且对任意的正整数k及正数c(c≤3)都有<2成立,求c的取值范围.
错解 易知Sk=41-
.
由<2,
可得<2.
化简得c<4-6
k或c>4-4
k对k∈N+恒成立.
令f(k)=4-6
k,g(k)=4-4
k(k∈N+).
由函数的单调性易知f(k)min=1,g(k)<4,从而c<1或c≥4. 又由已知0 正解 例1的否定形式为:“已知数列{an}是由正数组成的等比数列,Sn是其前n项的和,若a1=2,q=,且存在正整数k及正数c(c≤3)使≥2成立,求c的取值范围.”
因为≥2⇒ 4-6
k≤c≤4-4
k.
当k=1时,1≤c≤2,
当k=2时,≤c≤3.
所以符合例1的解为0 例2 若不等式3x+a-2x+6>0对一切实数x都成立,试求实数a的取值范围.
错解 原不等式等价于a>或a<. 令h(x)=,g(x)=.
因为h(x)∈R,g(x)∈R,所以满足条件的a不存在.
正解构造函数f(x)=x+a,g(x)=-2 . 在同一坐标系内作出它们的图象(图略),借助直观图形,易知-a<3,即a>-3. 故所求a的取值范围是(-3,+∞).
当然,以上两例也可从其他视角来求解,这里不再赘述.
摘要:参数分离法是处理恒成立问题的一种重要方法,但对于型如“m>f(x)或m<f(x)(即p∨q)”的恒成立问题,却要慎用此法,否则很容易产生错解. 笔者针对教学中一道习题的反思,从逻辑、可行域、分类讨论、函数等多个视角进行错解剖析.
关键词:视角;逻辑;可行域;分类讨论;函数
原题 ∀x∈
,
,使不等式a-lnx+ln>0恒成立,求实数a的取值范围.
错解 由a-lnx+ln>0得a>lnx-ln或a
依题意知a>h(x)或a
上恒成立.
因为g′(x)=>0,h′(x)=>0,
所以g(x)与h(x)都在
,上单调递增. 要使不等式①成立,
当且仅当a>h
或a
,时,ln≥0,当且仅当x=时取等号. 符合题意的解只需当x=时,a-lnx≠0即可,即a≠ln. 显然以上解法有误,那究竟错在那里呢?下面从不同视角进行剖析.
视角1 逻辑
原题的否定形式为:“若∃x∈
,时,使不等式a-lnx+ln≤0成立,求实数a的取值范围.”
因为a-lnx+ln≤0⇒ ln≤a≤ln,
又因为不等式ln≤ln在
,上的解仅为x=,
所以当且仅当a=ln时,ln≤a≤ln恒成立.
所以实数a的取值范围是a≠ln.
剖析 从逻辑的视角看错解,错解的关键是对逻辑连接词“或”的理解不透彻,从而导致不等价变形.
对p∨q型的恒成立问题,若能从其否定形式入手,将其转化(p∧q型),往往能简化解题过程,降低思维量,从而收到意想不到的效果.
视角2 可行域
不妨先作出满足式①及x∈
,的可行域(如图1). 由图可知,满足“式①在x∈
,上恒成立”的值a≠ln.
剖析从可行域的视角看错解(如图2),式②仅表示满足a>lnx-ln恒成立和a
的任意值在x∈
,上也满足“式①在x∈
,上恒成立”(如图3).
视角3 分类讨论
(1)当a>lnx>ln时,原题可化为a>ln在x∈
,上恒成立. 所以a>ln.
(2)当a=lnx时,原题可化为ln>0在x∈
,上恒成立.
(ⅰ)当≤x<时,ln>0恒成立,即ln≤a
(3)当a
,上恒成立. 所以a
剖析 从分类讨论的视角看错解,错解的关键是将a=lnx成立的条件当作两个点来处理. 其实当a=lnx时,原题恒成立的a的条件是一个区间段.
视角4 函数
构造函数h(x)=a-lnx,g(x)=ln.
由题意得,只需求h(x)>g(x)在x∈
,上恒成立时a的取值范围.
由图4知,当且仅当ea≠,即a≠ln时符合题意. 因此,实数a的取值范围是a≠ln.
图4
剖析 h(x)=a-lnx=a-lnx(x≤ea),
-a+lnx(x>ea) 是一个分段函数,且x=ea是它的零点. 从函数的视角看错解,式②解决了函数h(x)=a-lnx(x≤ea)及h(x)=-a+lnx(x>ea)分别符合题目要求的a的取值范围.错解的关键是忽视了当≤ea<时,函数h(x)也符合题目要求的情况.
“构造函数,画出含参数不等式中涉及的相关函数的图象(或相关方程的曲线),通过对图象(或曲线)的分析,得到参数应满足的不等式,从而得到参数的取值范围”是求解恒成立问题的常用思想.
综上可知,求解形如“m>f(x)或m<f(x)(即p∨q)”的恒成立问题时,用分离参数法容易产生错解,可从逻辑、可行域、函数、分类讨论等多个视角求解,从而避开逻辑连接词“或”的“陷阱”.
例1已知数列{an}是由正数组成的等比数列,Sn是其前n项的和,若a1=2,q=,且对任意的正整数k及正数c(c≤3)都有<2成立,求c的取值范围.
错解 易知Sk=41-
.
由<2,
可得<2.
化简得c<4-6
k或c>4-4
k对k∈N+恒成立.
令f(k)=4-6
k,g(k)=4-4
k(k∈N+).
由函数的单调性易知f(k)min=1,g(k)<4,从而c<1或c≥4. 又由已知0
因为≥2⇒ 4-6
k≤c≤4-4
k.
当k=1时,1≤c≤2,
当k=2时,≤c≤3.
所以符合例1的解为0
错解 原不等式等价于a>或a<. 令h(x)=,g(x)=.
因为h(x)∈R,g(x)∈R,所以满足条件的a不存在.
正解构造函数f(x)=x+a,g(x)=-2 . 在同一坐标系内作出它们的图象(图略),借助直观图形,易知-a<3,即a>-3. 故所求a的取值范围是(-3,+∞).
当然,以上两例也可从其他视角来求解,这里不再赘述.