聚焦“恒成立 能成立”

最近几年“恒成立 能成立”问题在高考中高频亮相,几乎渗透到了高中数学所有主干内容之中.为了理清此类问题的脉络,掌握解决问题的策略,特整合几个问题进行剖析,供同学们学习时参考.

一、“恒成立 能成立”结论

(1)若不等式f (x)>A在区间D上恒成立,则等价于在D区间f (x)min>A上

f (x)min>A.

(2)若不等式f (x)

(3)若在区间D上存在实数

x使不等式f (x)>A成立,则等价于在区间D上

f (x)max>A.

(4)若在区间D上存在实数x使不等式

f (x)

f (x)min

二、“恒成立 能成立”应用

1.“围城”在函数中

例1 设f (x)是定义在R上的偶函数,且当

x≥0时,f (x)=ex.若对任意的

x∈[a,a+1],不等式

f (x+a)≥f 2(x)恒成立,则实数a的最大值是.

解:由题意,得

f (x)=e|x|,则对任意的

x∈[1,a+1],不等式

e|x+a|≥e2|x|恒成立,即对任意的

x∈[a,a+1],不等式

|x+a|≥2|x|恒成立.当

a=0时,显然不合题意;当

a>0时,函数

y1=2|x|和

y2=|x+a|的***象交于点

(a,2a),(-a3,

2a3),显然也不合题意;当

a

(a,-2a),(-a3,-

2a3),由题意,得

[a,a+1][a,-a3],所以

a+1≤-a3,解得

a≤-34.综上,实数a的最大值为

-34.

例2 已知函数

f (x)=13x3+ax2+bx(a,b∈R)

若f (1)=13,

且函数f (x)在(0,12)上不存在极值点,求a的取值范围.

解法1:(分类讨论)由

f (1)=13,得b=-a,

即f (x)=13x3+ax2-ax,f

′(x)=x2+2ax-a.

由y=f (x)在(0,12)上不存在极值点,下面分四种情况讨论.

①当y=f (x)没有极值点时,Δ=4a2+4a≤0,得

-1≤a≤0.

②当y=f (x)有两个极值点,且两个极值点都在(-∞,0]时,

Δ>0,

f ′(0)≥0,

-a

得a无解.

③当y=f (x)有两个极值点,且两个极值点都在

[12,+∞)时,

Δ>0,

f ′(12)≥0,

-a>12,

得a=-1.

④当y=f (x)有两个极值点,且两个极值点一个在

(-∞,0],另一个在

[12,+∞)

时,则

f ′(x)≤0,

f ′(12)≤0,

得a无解.

综上,a的取值范围为

(-∞,0]

解法2:(参变分离) 同上得

f (x)=13x3+ax2-ax,f ′(x)=x2+2ax-a.

令f ′(x)=0,即x2+2ax-a=0,变形得

(1-2x)a=x2.

因为

x∈(0,12),所以

a=x2

1-2x.令

1-2x=t,

则t∈(0,1),x21-2x=

14(t+1t-2).

因为h(t)=t+1t-2在

t∈(0,1)上单调递减,故h(t)∈(0,+∞).由

y=f (x)在(0,12)上不存在极值点,得

a=x21-2x在(0,12)上无解,

所以,

a的取值范围是(-∞,0].

2.“潜伏”在数列中

例3 设二次函数f (x)=(k-4)x2+kx(k∈R),对任意实数

x,有f (x)≤6x+2恒成立;数列

{an}满足

an+1=f (an).

(1)求函数f (x)的解析式和值域

(2)证明:当

an∈(0,12)时,数列

{an}在该区间上是递增数列.

(3)已知

a1=13,

是否存在非零整数 使得对任意

n∈N*,都有

log3(11/2-a1

)+log3(11/2-a2)+

…+log3(11/2-an)>-1

+(-1)n-1・2λ+nlog32

恒成立?若存在,求之;

若不存在,说明理由.

解析: (1)由

f (x)≤6x=2

恒成立等价于

(k-4)x2+(k-6)x-2≤0恒成立

,即

k-4

(k-6)2+8(k-4)≤0,

即k

(k-2)2≤0.

从而得k=2,所以

f (x)=-2x2+2x,其值域为(-∞,12].

(2)

an+1-an=

f (an)-an=-2a2n+2an-an=

-2(an-14)2+18.

an∈(0,12)-14

-2(an-14)2>-18

-2(an-14)2+18

>0.

从而得

an+1-an>0,即

an+1>an,

所以数列

{an}在区间(0,12)上是递增数列

(3)由(2)知an∈

(0,12),

从而

12-an∈(0,12).

12-an+1

=12

-(-2a2n+2an)=

2a2n-2an+12

=2(an-12)2,

即12

-an+1=2(12-an)2.

bn=

12

-an,

则有

bn+1=2b2n

且bn∈(0,12).从而有

lgbn+1=2lgbn+lg2,

可得

lgbn+1+lg2=2(lgbn+lg2).

所以数列

{lgbn+lg2}是lgb1+lgb2=lg13为首项 公比为2的等比数列.从而得

lgbn+lg2=lg13

・2n-1=lg(13)2n-1

,即lgbn=lg(13)

2n-12.

所以bn=(13)2n-12

=12(13)2n-1

112-an

=1bn

=2・32n-1

log3(112-an)=

log3(2・32n-1)=

log32+2n-1

log3(112-a1

)+log3(112-a2)+…

+log3(112-an)=

nlog32+1-2n1-2

=2n+nlog32-1,

2n+nlog32-1>(-1)n-1・2λ+nlog32-1

,所以

2n-1>(-1)n-1λ

恒成立.

① 当n为奇数时,即λ

n=1时,2n-1有最小值1,

所以

λ

② 当n为偶数时,即λ>-2n-1恒成立,当且仅当

n=2时 有最大值-2,

所以λ>-2.

因此,对任意

n∈N*,有

-2

例4 已知数列

{an}的前n项和为

Sn=

12

n(n+1),

bn是

an和

an+1的等差中项.

(1)求数列

{bn}的通项公式;

(2)设

cn=

1(2n-1)bn,数列{cn}的前n项和为

Tn,若满足不等式

bn+λ

λ的取值范围.

解:(Ⅰ)当n=1时,

a1=1;当n≥2时,

an=Sn-Sn-1=n,故an=n.

又bn是an与an+1的等差中项,所以

bn=an+an+12,得

bn=n+12.

(Ⅱ)由(Ⅰ)得

cn=2(2n-1)(2n+1)

=12n-1-12n+1,

所以

Tn=1-12n+1.

f (n)=Tn-bn=1-12n+1-

(n+12)=1-

(n+12+12

n+12),

则 f (n)在(0,+∞),且

n∈N*上是递减数列.

因为满足不等式

bn+λ

b2+λ

b3+λ≥T3,

解得

-3714≤λ

-1710.

聚焦“恒成立 能成立”

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