2012届高考数学第二轮考点不等式问题的题型与方法专题复习教案

编辑: 逍遥路 关键词: 高三 来源: 高中学习网
第9-12课时课题:不等式问题的题型与方法
一.复习目标:
1.在熟练掌握一元一次不等式(组)、一元二次不等式的解法基础上,掌握其它的一些简单不等式的解法.通过不等式解法的复习,提高学生分析问题、解决问题的能力以及计算能力;
2.掌握解不等式的基本思路,即将分式不等式、绝对值不等式等不等式,化归为整式不等式(组),会用分类、换元、数形结合的方法解不等式;
3.通过复习不等式的性质及常用的证明方法(比较法、分析法、综合法、数学归纳法等),使学生较灵活的运用常规方法(即通性通法)证明不等式的有关问题;
4.通过证明不等式的过程,培养自觉运用数形结合、函数等基本数学思想方法证明不等式的能力;
5.能较灵活的应用不等式的基本知识、基本方法,解决有关不等式的问题.
6.通过不等式的基本知识、基本方法在代数、三角函数、数列、复数、立体几何、解析几何等各部分知识中的应用,深化数学知识间的融汇贯通,从而提高分析问题解决问题的能力.在应用不等式的基本知识、方法、思想解决问题的过程中,提高学生数学素质及创新意识..
二.考试要求:
1.理解不等式的性质及其证明。
2.掌握两个(不扩展到三个)正数的算术平均数不小于它们的几何平均数的定理,并会简单的应用。
3.掌握分析法、综合法、比较法证明简单的不等式。
4.掌握简单不等式的解法。
5.理解不等式a-b≤a+b≤a+b。。
三.过程:
(Ⅰ)基础知识详析
1.解不等式的核心问题是不等式的同解变形,不等式的性质则是不等式变形的理论依据,方
程的根、函数的性质和图象都与不等式的解法密切相关,要善于把它们有机地联系起来,互相转化.在解不等式中,换元法和图解法是常用的技巧之一.通过换元,可将较复杂的不等式化归为较简单的或基本不等式,通过构造函数、数形结合,则可将不等式的解化归为直观、形象的图形关系,对含有参数的不等式,运用图解法可以使得分类标准明晰.
2.整式不等式(主要是一次、二次不等式)的解法是解不等式的基础,利用不等式的性质及函
数的单调性,将分式不等式、绝对值不等式等化归为整式不等式(组)是解不等式的基本思想,分类、换元、数形结合是解不等式的常用方法.方程的根、函数的性质和图象都与不等式的解密切相关,要善于把它们有机地联系起来,相互转化和相互变用.
3.在不等式的求解中,换元法和图解法是常用的技巧之一,通过换元,可将较复杂的不等式
化归为较简单的或基本不等式,通过构造函数,将不等式的解化归为直观、形象的图象关系,对含有参数的不等式,运用图解法,可以使分类标准更加明晰.通过复习,感悟到不等式的核心问题是不等式的同解变形,能否正确的得到不等式的解集,不等式同解变形的理论起了重要的作用.
4.比较法是不等式证明中最基本、也是最常用的方法,比较法的一般步骤是:作差(商)→变形
→判断符号(值).
5.证明不等式的方法灵活多样,内容丰富、技巧性较强,这对发展分析综合能力、正逆思维
等,将会起到很好的促进作用.在证明不等式前,要依据题设和待证不等式的结构特点、内在联系,选择适当的证明方法.通过等式或不等式的运算,将待证的不等式化为明显的、熟知的不等式,从而使原不等式得到证明;反之亦可从明显的、熟知的不等式入手,经过一系列的运算而导出待证的不等式,前者是“执果索因”,后者是“由因导果”,为沟通联系的途径,证明时往往联合使用分析综合法,两面夹击,相辅相成,达到欲证的目的.
6.证明不等式的方法灵活多样,但比较法、综合法、分析法和数学归纳法仍是证明不等式的
基本方法.要依据题设、题断的结构特点、内在联系,选择适当的证明方法,要熟悉各种证法中的推理思维,并掌握相应的步骤,技巧和语言特点.
7.不等式这部分知识,渗透在中学数学各个分支中,有着十分广泛的应用.因此不等式应用问题体现了一定的综合性、灵活多样性,这对同学们将所学数学各部分知识融会贯通,起到了很好的促进作用.在解决问题时,要依据题设、题断的结构特点、内在联系、选择适当的解决方案,最终归结为不等式的求解或证明.不等式的应用范围十分广泛,它始终贯串在整个中学数学之中.诸如集合问题,方程(组)的解的讨论,函数单调性的研究,函数定义域的确定,三角、数列、复数、立体几何、解析几何中的最大值、最小值问题,无一不与不等式有着密切的联系,许多问题,最终都可归结为不等式的求解或证明。
8.不等式应用问题体现了一定的综合性.这类问题大致可以分为两类:一类是建立不等式、解不等式;另一类是建立函数式求最大值或最小值.利用平均值不等式求函数的最值时,要特别注意“正数、定值和相等”三个条件缺一不可,有时需要适当拼凑,使之符合这三个条件.利用不等式解应用题的基本步骤:10审题,20建立不等式模型,30解数学问题,40作答。
9.注意事项:
⑴解不等式的基本思想是转化、化归,一般都转化为最简单的一元一次不等式(组)或一元二次不等式(组)来求解,。
⑵解含参数不等式时,要特别注意数形结合思想,函数与方程思想,分类讨论思想的录活运用。
⑶不等式证明方法有多种,既要注意到各种证法的适用范围,又要注意在掌握常规证法的基础上,选用一些特殊技巧。如运用放缩法证明不等式时要注意调整放缩的度。
⑷根据题目结构特点,执果索因,往往是有效的思维方法。
(Ⅱ)范例分析

b)∈M,且对M中的其它元素(c,d),总有c≥a,则a=____.
分析:读懂并能揭示问题中的数学实质,将是解决该问题的突破口.怎样理解“对M中的其它元素(c,d),总有c≥a”?M中的元素又有什么特点?
解:依题可知,本题等价于求函数x=f(y)=(y+3)?y-1+(y+3)



(2)当1≤y≤3时,
所以当y=1时,xmin=4.

说明:题设条件中出现集合的形式,因此要认清集合元素的本质属性,然后结合条件,揭示其数学实质.即求集合M中的元素满足关系式

例2.解关于 的不等式:
分析:本例主要复习含绝对值不等式的解法,分类讨论的思想。本题的关键不是对参数 进行讨论,而是去绝对值时必须对末知数进行讨论,得到两个不等式组,最后对两个不等式组的解集求并集,得出原不等式的解集。
解:当


例3. 己知三个不等式:① ② ③
(1)若同时满足①、②的 值也满足③,求m的取值范围;
(2)若满足的③ 值至少满足①和②中的一个,求m的取值范围。
分析:本例主要综合复习整式、分式不等式和含绝对值不等的解法,以及数形结合思想,解本题的关键弄清同时满足①、②的 值的满足③的充要条件是:③对应的方程的两根分别在 和 内。不等式和与之对应的方程及函数图象有着密不可分的内在联系,在解决问题的过程中,要适时地联系它们之间的内在关系。
解:记①的解集为A,②的解集为B,③的解集为C。
解①得A=(-1,3);解②得B=
(1)因同时满足①、②的 值也满足③,A B C
设 ,由 的图象可知:方程的小根小于0,大根大于或等于3时,即可满足
(2)因满足③的 值至少满足①和②中的一个, 因
此 小根大于或等于-1,大根小于或等于4,因而

说明:同时满足①②的x值满足③的充要条件是:③对应的方程2x +mx-1=0的两根分别在(-∞,0)和[3,+∞)内,因此有f(0)<0且f(3)≤0,否则不能对A∩B中的所有x值满足条件.不等式和与之对应的方程及图象是有着密不可分的内在联系的,在解决问题的过程中,要适时地联系它们之间的内在关系.

例4.已知对于自然数a,存在一个以a为首项系数的整系数二次三项式,它有两个小于1的正根,求证:a≥5.
分析:回忆二次函数的几种特殊形式.设f(x)=ax +bx+c(a≠0).①
顶点式.f(x)=a(x-x ) +f(x )(a≠0).这里(x ,f(x ))是二次函数的顶点,x =

))、(x ,f(x ))、(x ,f(x ))是二次函数图象上的不同三点,则系数a,b,c可由

证明:设二次三项式为:f(x)=a(x-x )(x-x ),a∈N.
依题意知:0<x <1,0<x <1,且x ≠x .于是有
f(0)>0,f(1)>0.
又f(x)=ax -a(x +x )x+ax x 为整系数二次三项式,
所以f(0)=ax x 、f(1)=a?(1-x )(1-x )为正整数.故f(0)≥1,f(1)≥1.
从而   f(0)?f(1)≥1.         ①
另一方面,

且由x ≠x 知等号不同时成立,所以

由①、②得,a >16.又a∈N,所以a≥5.
说明:二次函数是一类被广泛应用的函数,用它构造的不等式证明问题,往往比较灵活.根据题设条件恰当选择二次函数的表达形式,是解决这类问题的关键.
例5.设等差数列{a }的首项a1>0且Sm=Sn(m≠n).问:它的前多少项的和最大?
分析:要求前n项和的最大值,首先要分析此数列是递增数列还是递减数列.
解:设等差数列{a }的公差为d,由Sm=Sn得

ak≥0,且ak+1<0.

(k∈N).
说明:诸多数学问题可归结为解某一不等式(组).正确列出不等式(组),并分析其解在具体问题的意义,是得到合理结论的关键.
例6.若二次函数y=f(x)的图象经过原点,且1≤f(-1)≤2,3≤f(1)≤4,求f(-2)的范围.
分析:要求f(-2)的取值范围,只需找到含人f(-2)的不等式(组).由于y=f(x)是二次函数,所以应先将f(x)的表达形式写出来.即可求得f(-2)的表达式,然后依题设条件列出含有f(-2)的不等式(组),即可求解.
解:因为y=f(x)的图象经过原点,所以可设y=f(x)=ax2+bx.于是

解法一(利用基本不等式的性质)
不等式组(Ⅰ)变形得

(Ⅰ)所以f(-2)的取值范围是[6,10].
解法二(数形结合)

建立直角坐标系aob,作出不等式组(Ⅰ)所表示的区域,如图6中的阴影部分.因为f(-2)=4a-2b,所以4a-2b-f(-2)=0表示斜率为2的直线系.如图6,当直线4a-2b-f(-2)=0过点A(2,1),B(3,1)时,分别取得f(-2)的最小值6,最大值10.即f(-2)的取值范围是:6≤f(-2)≤10.
解法三(利用方程的思想)

又f(-2)=4a-2b=3f(-1)+f(1),而
1≤f(-1)≤2,3≤f(1)≤4,                 ①
所以    3≤3f(-1)≤6.                 ②
①+②得4≤3f(-1)+f(1)≤10,即6≤f(-2)≤10.
说明:(1)在解不等式时,要求作同解变形.要避免出现以下一种错解:

2b,8≤4a≤12,-3≤-2b≤-1,所以 5≤f(-2)≤11.
(2)对这类问题的求解关键一步是,找到f(-2)的数学结构,然后依其数学结构特征,揭示其代数的、几何的本质,利用不等式的基本性质、数形结合、方程等数学思想方法,从不同角度去解决同一问题.若长期这样思考问题,数学的素养一定会迅速提高.

例7.(2002 江苏)己知 ,
(1)
(2) ,证明:对任意 , 的充要条件是 ;
(3) 讨论:对任意 , 的充要条件。
证明:(1)依题意,对任意 ,都有

(2)充分性:


必要性:对任意

(3)

而当
例8.若a>0,b>0,a3+b3=2.求证a+b≤2,ab≤1.
分析:由条件a3+b3=2及待证的结论a+b≤2的结构入手,联想它们之间的内在联系,不妨用作差比较法或均值不等式或构造方程等等方法,架起沟通二者的“桥梁”.
证法一  (作差比较法)
因为a>0,b>0,a3+b3=2,所以
(a+b)3-23=a3+b3+3a2b+3ab2-8=3a2b+3ab2-6
=3[ab(a+b)-2]=3[ab(a+b)-(a3+b3)]=-3(a+b)(a-b)2≤0,
即       (a+b)3≤23.

证法二  (平均值不等式—综合法)
因为a>0,b>0,a3+b3=2,所以
所以a+b≤2,ab≤1.
说明:充分发挥“1”的作用,使其证明路径显得格外简捷、漂亮.
证法三  (构造方程)
设a,b为方程x2-mx+n=0的两根.则

因为a>0,b>0,所以m>0,n>0且Δ=m2-4n≥0.①
因此2=a3+b3=(a+b)(a2-ab+b2)=(a+b)[(a+b)2-3ab]=m[m2-3n],所以

所以a+b≤2.
由2≥m得4≥m2,又m2≥4n,所以4≥4n,即n≤1.所以 ab≤1.
说明:认真观察不等式的结构,从中发现与已学知识的内在联系,就能较顺利地找到解决问题的切入点.
证法四  (恰当的配凑)
因为a>0,b>0,a3+b3=2,所以
2=a3+b3=(a+b)(a2+b2-ab)≥(a+b)(2ab-ab)=ab(a+b),
于是有6≥3ab(a+b),从而
8≥3ab(a+b)+2=3a2b+3ab2+a3+b3=(a+b)3,
所以a+b≤2.(以下略)

即a+b≤2.(以下略)
证法六  (反证法)
假设a+b>2,则
a3+b3=(a+b)(a2-ab+b2)=(a+b)[(a+b)2-3ab]>2(22-3ab).
因为a3+b3=2,所以2>2(4-3ab),因此ab>1.        ①
另一方面,2=a3+b3=(a+b)(a2+b2-ab)≥(a+b)(2ab-ab)=(a+b)?ab>2ab,
所以ab<1.                 ②
于是①与②矛盾,故a+b≤2.(以下略)
说明:此题用了六种不同的方法证明,这几种证法都是证明不等式的常用方法.

例9.设函数f(x)=ax2+bx+c的图象与两直线y=x,y=-x,均不相

分析:因为x∈R,故f(x)的最小值若存在,则最小值由顶点确定,故设f(x)=a(x-x0)2+f(x0).
证明:由题意知,a≠0.设f(x)=a(x-x0)2+f(x0),则
又二次方程ax2+bx+c=±x无实根,故
Δ1=(b+1)2-4ac<0,
Δ2=(b-1)2-4ac<0.
所以(b+1)2+(b-1)2-8ac<0,即2b2+2-8ac<0,即
b2-4ac<-1,所以b2-4ac>1.

说明:从上述几个例子可以看出,在证明与二次函数有关的不等式问题时,如果针对题设条件,合理采取二次函数的不同形式,那么我们就找到了一种有效的证明途径.

例10.(2002理)某城市2001年末汽车保有量为30万辆,预计此后每年报废上一年末汽车保有量的6%,并且每年新增汽车数量相同。为了保护城市环境,要求该城市汽车保有量不超过60万辆,那么每年新增汽车数量不应超过多少辆?
解:设2001年末的汽车保有量为 ,以后每年末的汽车保有量依次为 ,每年新增汽车 万辆。
由题意得


例11.已知奇函数
知函数

分析:这是一道比较综合的问题,考查很多函数知识,通过恰当换元,使问题转化为二次函数在闭区间上的最值问题。


要使
10 当

30当
综上:

例12.如图,某隧道设计为双向四车道,车道总宽22米,要求通行车辆限高4.5米,隧道全长2.5千米,隧道的拱线近似地看成半个椭圆形状。
(1)若最大拱高h为6米,则隧道设计的拱宽 是多少?
(2)若最大拱高h不小于6米,则应如何设计拱高h和拱宽 ,才能使半个椭圆形隧道的土方工程最小?
(半个椭圆的面积公式为s= 柱体体积为:底面积乘以高, , 本题结果均精确到0.1米)
分析:本题为2003年上海高考题,考查运用几何、不等式等解决应用题的能力及运算能力。
解:1)建立如图所示直角坐标系,则P(11,4.5)
椭圆方程为:
将b=h=6与点P坐标代入椭圆方程得
故隧道拱宽约为33.3米
2)由椭圆方程

故当拱高约为6.4米,拱宽约为31.1米时,土方工程量最小.

例13.已知n∈N,n>1.求证
分析:虽然待证不等式是关于自然数的命题,但不一定选用数学归纳法,观其“形”,它具有较好规律,因此不妨采用构造数列的方法进行解.

说明:因为数列是特殊的函数,所以可以因问题的数学结构,利用函数的思想解决.

例14.已知函数
分析:本例主要复习函数、不等式的基础知识,绝对值不等式及函数不等式的证明技巧。基本思路先将函数不等式转化为代数不等式,利用绝对值不等式的性质及函数的性质。证明(1)再利用二项展开式及基本不等式的证明(2)。
证明:(1)
当且仅当 时,上式取等号。

(2) 时,结论显然成立
当 时,

例15.(2001年全国理)己知
(1)
(2)
证明:(1)
同理

(2)由二项式定理有

因此

(Ⅲ)、强化训练
1.已知非负实数 , 满足 且 ,则 的最大值是( )
A. B. C. D.
2.已知命题p:函数 的值域为R,命题q:函数
是减函数。若p或q为真命题,p且q为假命题,则实数a的取值范围是 ( )
A.a≤1B.a<2C.13. 解关于 的不等式 >0
4.求a,b的值,使得关于x的不等式ax2+bx+a2-1≤0的解集分别是:
(1)[-1,2];(2)(-∞,-1]∪[2,+∞);(3){2};(4)[-1,+∞).
5. 解关于 的不等式
6.(2002北京文)数列 由下列条件确定:
(1)证明:对于 ,
(2)证明:对于 .
7.设P=(log2x) +(t-2)log2x-t+1,若t在区间[-2,2]上变动时,P恒为正值,试求x的变化范围.
8.已知数列 中,
b1=1,点P(bn,bn+1)在直线x-y+2=0上。
Ⅰ)求数列
Ⅱ)设 的前n项和为Bn, 试比较 。
Ⅲ)设Tn=
(Ⅳ)、参考答案
1.解:画出图象,由线性规划知识可得,选D
2.解:命题p为真时,即真数部分能够取到大于零的所有实数,故二次函数 的判别式 ,从而 ;命题q为真时, 。
若p或q为真命题,p且q为假命题,故p和q中只有一个是真命题,一个是假命题。
若p为真,q为假时,无解;若p为假,q为真时,结果为13.分析:本题主要复习分式不等式的解法、分类讨论的思想及利用序轴标根法解不等式的基本步骤。本题的关键是对分母分解因式,将原不等式等价转化为
和比较 与 及3的大小,定出分类方法。
解:原不等式化为:
(1)当 时,由图1知不等式的解集为
(2)当
(3)当
4.分析:方程的根、函数的性质和图象都与不等式的解密切相关,要善于把它们有机地联系起来,相互转化和相互交通.
解(1)  由题意可知,a>0且-1,2是方程ax2+bx+a2-1≤0的根,所以

(3)由题意知,2是方程ax2+bx+a2-1=0的根,所以
4a+2b+a2-1=0.                       ①
又{2}是不等式ax2+bx+a2-1≤0的解集,所以

(4)由题意知,a=0.b<0,且-1是方程bx+a2-1=0的根,即-b+a2-1=0,所以
a=0,b=-1.
说明:二次函数与一元二次方程、一元二次不等式之间存在着密切的联系.在解决具体的数学问题时,要注意三者之间相互联系相互渗透,并在一定条件下相互转换。
5.分析:在不等式的求解中,换元法和图解法是常用的技巧,通过换元,可将较复杂的不等式化归为较简单的或基本不等式,通过构造函数,数形结合,则可将不等式的解化归为直观,形象的图象关系,对含参数的不等式,运用图解法,还可以使得分类标准更加明晰。
解:设 ,原不等式化为 ,在同一坐标系中作出两函数图象
故(1)当
(2)
(3)当 时,原不等式的解集为φ
综上所述,当 时,解集为 );当 时,解集为
时,解集为φ。

6.证明:(1)

(2)当 时,
=
7.分析:要求x的变化范围,显然要依题设条件寻找含x的不等式(组),这就需要认真思考条件中“t在区间[-2,2]上变动时,P恒为正值.”的含义.你是怎样理解的?如果继续思考有困难、请换一个角度去思考.在所给数学结构中,右式含两个字母x、t,t是在给定区间内变化的,而求的是x的取值范围,能想到什么?
解:设P=f(t)=(log2x-1)t+log22x-2log2x+1.因为 P=f(t)在top直角坐标系内是一直线,所以t在区间[-2,2]上变动时,P恒为正值的充要条件

解得log2x>3或log2x<-1.

说明:改变看问题的角度,构造关于t的一次函数,灵活运用函数的思想,使难解的问题转化为熟悉的问题.
8.分析:本题主要复习数列通项、求和及不等式的有关知识。
略解:Ⅰ)
Ⅱ)Bn=1+3+5+…+(2n-1)=n2

Ⅲ)Tn= ①

①-②得

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