一道“不等式恒成立”试题的解法探究

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  题目 当0  分析 要使1x2+1(a-x)2≥2恒成立,只需 1x2+1(a-x)2min≥2.故问题的实质就是求1x2+1(a-x)2的最小值,因为1x2+1(a-x)2的最小值f(a)是关于a的式子,从而建立关于a的不等式f(a)≥2,进而可求得a的最大值.
  解法1 三角换元
  设xa=cos2α,a-xa=sin2α(0  =1a2·sin4α+cos4αsin4αcos4α=1a2·1-12sin22α116sin42α=8a2·2-sin22αsin42α.
  ∵(sin22α+2)(sin22α-1)≤0,即2-sin22α≥sin42α,
  则2-sin22αsin42α≥1(当sin22α=1时取等号),于是1x2+1(a-x)2≥8a2,
  由已知,得8a2≥2,∴0  解法2 配方、放缩
  ∵21x2+1(a-x)2=(1x+1a-x)2+(1x-1a-x)2,又 1x+1a-x=4a+ 1a( a-xx-xa-x)2,
  ∴21x2+1(a-x)2≥(4a)2, 即1x2+1(a-x)2≥8a2, 当且仅当a-xx=xa-x 且 1x=1a-x, 即 x=a2 时取等号.
  ∵ 1x2+1(a-x)2≥2恒成立, ∴ 8a2≥2,0  方向不对,努力白费。
  想是问题,做是答案。______
  解法3 利用平均值的关系
  原不等式等价于1x2+1(a-x)22≥1 ,由 00,1a-x>0. 由 “两个正数的平方平均值不小于它们的调和平均值”, 可知1x2+1(a-x)22≥2x+(a-x),
  所以,只需2x+(a-x)≥1 ,就能使1x2+1(a-x)22≥1恒成立.
  由2x+(a-x)≥1,即2a≥1,故0  解法4 基本不等式
  当0  ②+①×2,得a2-x2x2+2ax-x2(a-x)2≥6,
  所以a2x2-1+a2-(a-x)2(a-x)2≥6, 则a2x2+a2(a-x)2≥8,
  即1x2+1(a-x)2≥8a2.由8a2≥2,得0  解法5 转化为一元二次不等式恒成立
  ∵1x2+1(a-x)2≥2 即 1x2+x2+1(a-x)2-x2≥2 ①
  又∵1x2+x2≥2恒成立, ∴只要满足1(a-x)2-x2≥0②就能使①恒成立.
  由②式,得x2(a-x)2≤1,所以x(a-x)≤1,即-x2+ax-1≤0 ③.
  由于对称轴x=a2∈(0,a),由二次函数的性质知,当x∈(0,a)时,要③式恒成立,
  则Δ=a2-4≤0∴0  解法6 圆与双曲线的位置关系
  设X=1x,Y=1a-x(X>0,Y>0),
  则X2+Y2≥2表示在XOY坐标系第一象限内以原点为圆心,2为半径的圆及其外部.
  由X=1x,Y=1a-x,得aXY=X+Y,
  又aXY=X+Y≥2XY,∴XY≥4a2,
  它表示双曲线XY=4a2位于第一象限内的一支及其上方部分.
  依题意,双曲线XY=4a2(X>0)与圆弧X2+Y2=2(X>0,Y>0)相切或相离,从而8a2≥2,即0  解法7 利用柯西不等式
  运用结论“如果xi,yi∈R+(i=1,2,…,n),则x21y1+x22y2+…+x2nyn≥(x1+x2+…+xn)2y1+y2+…+yn(),
  当且仅当x1y1=x2y2=…=xnyn=k(常数)时取等号.”
  (选修4—5第41页习题6的推广)
  ∵00.由柯西不等式,有(12+12)(1x2+1(a-x)2)≥(1x+1a-x)2,
  又由()得1x+1a-x≥4a.故2(1x2+1(a-x)2)≥(4a)2,得1x2+1(a-x)2≥8a2,当且仅当x=a2时取等号.
  由8a2≥2,得0  人生三大悲哀:遇良师而不学,遇良友而不交,遇良机而不握。
  弱者放弃机会,强者抓住机会,智者创造机会。______
  解法8 放缩运用已有结论
  运用结论“若a1>a2>…>an,则1a1-a2+1a2-a3+…+1an-1-an≥(n-1)2a1-an,当且仅当a1,a2,…,an成等差数列时取等号.”
  21x2+1(a-x)2=21(x-0)2+1(a-x)2≥1x-0+1a-x2
  ≥(3-1)2a-02=16a2.∴1x2+1(a-x)2≥8a2,
  当且仅当x=a-x,即x=a2时取等号.由8a2≥2,得0
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