对双变量的恒成立与能成立问题的探讨

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:donnastinsbt
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  函数与不等式这类问题中存在着大量的恒成立和能成立问题,这也一直是各类考试、考查的热点与重点,重在考查学生的逻辑思维能力及综合解题能力,对于含一个变量的恒成立及能成立问题,学生基本可以掌握,若是含两个变量,就会让学生不知所措,笔者将通过一道例题及其变式来探讨和归纳此类题型的解题方法.
  例 已知函数f(x)=x2-x-1与g(x)=x3-x2-5x m.
  (1)x1∈[-2,2],使得f(x1)≤g(x1) 成立,求实数的取值范围.
  (2)x1,x2∈[-2,2],使得f(x1)>g(x2)成立,求实数m的取值范围.
  变式(1)对x1∈[-2,2],x2∈[-2,2],使得f(x1)≤g(x2)成立,求实数m的取值范围.
  变式(2)对x1∈[-2,2],x2∈[-2,2],使得f(x1)>g(x2)恒成立,求实数m的取值范围.
  变式(3)若x1∈[-2,2],x2∈[-2,2],使得g(x2)=f(x1)成立,求实数m的取值范围.
  变式(4)若x1,x2∈[-2,2],使得f(x1)=g(x2)成立,求实数m的取值范围.
  解 (1)(分离参数法)由f(x)≤g(x),得m≥-x3 2x2 4x-1,即问题化为x∈[-2,2],使m≥-x3 2x 4x-1成立,令h(x)=-x3 2x2 4x-1,x∈[-2,2],则m≥h(x)min.求导易得h(x)min=h(-23)=-6727,所以m≥-6727.
  (2)法1(转化化归法):f(x)=x2-x-1,由于x∈[-2,2],
  则f(x)min=-54,f(x)max=5,g(x)=x3-x2-5x m,由于x∈[-2,2],
  则g(x)min=g(53)=-17527 m,g(x)max=f(-1)=5 m,由题意得f(x)max>g(x)min所以m<31027.
  法2(补集法):所求可转化为对x1,x2∈[-2,2],都有f(x1)≤g(x2)恒成立. 只要满足f(x)max≤g(x)min,由法1可知,f(x)max=5,g(x)min=-17527 m,则5≤-17527 m,即m≥31027,最后由补集法得,若x1,x2∈[-2,2],使f(x1)>g(x2)成立时,实数m的取值范围应为m<31027.
  变式(1)分析 若x1∈[-2,2],x2∈[-2,2],使得f(x1)≤g(x2)成立,则f(x)值域的“顶”不超过g(x)值域的“顶”,即f(x)max≤g(x)max,由5≤5 m,则m的取值范围是m≥0.
  变式(2)分析 若x1∈[-2,2],x2∈[-2,2],使得f(x1)>g(x2)恒成立,则g(x)值域的“底”小于f(x)值域的“底”,即f(x)min>g(x)min,由-54>-17527 m,则m的取值范围是m<565108.
  变式(3)分析:若x1∈[-2,2],x2∈[-2,2],总有f(x1)=g(x2),对f(x)的值域,g(x)总有一段值域和其相等,则f(x)的值域为g(x)值域的子集.
  f(x)=-54,5,g(x)=-17527 m,5 m,
  则m 5≥5,-17527 m≤-54,则m的取值范围是0≤m≤565108 .
  变式(4)分析 若x1,x2∈[-2,2],使得f(x1)=g(x2)有解,即“你中有我,我中有你”.
  即f(x)的值域与g(x)的值域的交集非空.
  即5≥m-17527,-54≤m 5, 则m的取值范围是-254≤m≤31027.
  归纳总结
  (1)若x∈I,f(x)>0恒成立,则f(x)min>0;
  若x∈I,f(x)<0恒成立,则f(x)max<0.
  (2)若x0∈I,f(x0)>0成立,则f(x)max>0;
  若x0∈I,f(x0)<0成立,则f(x)min<0
  (3)设f(x)与g(x)的定义域的交集为D.
  若x∈D,f(x)>g(x)恒成立,则有[f(x)-g(x)]min>0
  (4)若对于x1∈I1,x2∈I2,f(x1)>g(x2)恒成立,则f(x)min>g(x)max.
  若对于x1∈I1,x2∈I2,使得f(x1)>g(x2),则f(x)min>g(x)min.
  若对于x1∈I1,x2∈I2,使得f(x1)g(x)max.
  (5)已知函数f(x)在区间I1上的值域为A,g(x)在区间I2上的值域为B.
  若x1∈I1,x2∈I2,使得f(x1)=g(x2)成立,则AB.
  (6)若x1∈I1,x2∈I2,使得f(x1)=g(x2),f(x)在区间I1上的值域为A,g(x)在区区间I2上的值域为B,则A∩B≠.
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