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1. 数形结合
例1 已知关于[x]的方程:[x2-2ax+a=0]有两个实根[α、β],且满足[0<α<1,β>2],求实数[a]的取值范围.
分析 利用求根公式,将[0<α<1,β>2]转化为关于[a]的不等式组,求[a]的取值范围,这样做计算将会很繁琐. 而利用根与系数的关系进行转化时,很难得到充要条件. 因此,考虑利用二次函数图象,数形结合寻找解决问题的充要条件.
设[y=f(x)=x2-2ax+a],如图,若方程[f(x)=0]的两根分别在区间(0,1)和(2,+∞)内,即抛物线[y=f(x)]与[x]轴的两个交点分别位于原点与点(1,0)之间和点(2,0)的右侧. 由此可知,只需考虑[f(0),f(1),f(2)]的符号,而无需考虑判别式以及对称轴的位置,因此得出其充要条件为:[f(0)>0,f(1)<0,f(2)<0.]
解 设[f(x)=x2-2ax+a],则方程[f(x)=0]的两个根[α、β]就是抛物线[y=f(x)]与[x]轴的两个交点的横坐标,如图,[0<α<1,β>2]的充要条件是:
[f(0)>0,f(1)<0,f(2)<0.即a>0,1-a<0,4-3a<0.]解得[a>43.]
所以,当[a>43]时,方程的两个实根[α、β],满足[0<α<1,β>2].
点拨 一元二次方程、一元二次不等式、一元二次函数有着密切的联系,要注意用数形结合研究问题. 在应用数形结合思想解决与不等式有关的问题时,应考虑设辅助函数、利用函数图象来解决.
2. 韦达定理
例2 已知关于[x]的不等式[ax2+2x+c>0]的解集为[(-13,12)],求[-cx2+2x-a>0]的解集.
解析 由[ax2+2x+c>0]的解集为[(-13,12)]知,
[a>0],[-13、12]为方程[ax2+2x+c=0]的两个根.
由韦达定理得,[-13+12=-2a,-13×12=ca],
解得[a=-12,c=2].
∴[-cx2+2x-a>0]即[2x2-2x-12<0],
∴其解集为(-2,3).
点拨 已知一元二次不等式的解集求系数的基本思路是:先由不等式的解集求出根,再由韦达定理求系数.
3. 分类讨论
例3 已知[A={x |x-a>0}],[B={x|x2-2ax][-3a2][<0}],求[A⋂B]及[A⋃B].
解析 [A={x|x>a},B={x|(x+a)(x-3a)<0}],
考虑集合[B]中[-a]与[3a]的大小关系,对字母[a]进行分类讨论:
(1)当[a>0]时,[-a<3a],[B={x|-a<x<3a}],
∵[-a<a<3a],
∴[A⋂B={x|a<x<3a}],[A⋃B][={x|x>-a}].
(2)当[a=0]时,[A={x|x>0}],[B=∅],此时,[A⋂B=∅],[A⋃B={x|x>0}].
(3)当[a<0]时,[-a>3a],[B={x|3a<x<-a}],
∵[3a<a<-a],
∴[A⋂B={x|a<x<-a}],[A⋃B][={x|x>3a}].
点拨 分类讨论时,要求既不重复讨论,也不遗漏某些特殊情况,往往是数形结合、分类讨论交叉进行. 不等式的分类讨论常常围绕以下几点展开:(1)一元一次不等式的一次项系数. 该系数的符号与不等式解集的形态有关,所以若含有参数则要进行讨论. (2)一元二次不等式的二次项系数. 该系数若含有参数时,要讨论系数的符号. (3)二次不等式的判别式. 判别式△的符号决定解集的类型,所以若不等式系数中含有参数,往往要对判别式进行讨论. (4)在二次函数[f(x)]与[x]轴有两个交点[(x1,0)、(x2,0)]的情况下,求[f(x)>0]或[f(x)< 0]的解集,若[x1]、[x2]中含有参数,要对[x1]与[x2]的大小关系进行讨论.
4. 等价转换思想
例4 解不等式[ax2+bx+c>0]([a>0]).
解析 方法1(转化为解一元一次不等式组):
[ax2+bx+c=a(x+b2a)2+4ac-b24a],
(1)若[Δ>0],方程[ax2+bx+c=0]有两个实数根[x1=-b-b2-4ac2a],[x2=-b-b2-4ac2a],则[ax2+bx+c=a(x-x1)(x-x2)>0].
∴[x-x1<0,x-x2<0,]或[x-x1>0,x-x2>0.]
∴[xx2].
∴不等式的解集为[{x|x<-b-b2-4ac2a]或[x>-b+b2-4ac2a}].
(2)若[Δ=0],方程[ax2+bx+c=0]有两个相等的实数根[x1=x2=-b2a],
则[ax2+bx+c=a(x-b2a)2>0].
∴[x1≠-b2a],即不等式的解集为[{x|x≠-b2a}].
(3)若[Δ<0],方程[ax2+bx+c=0]没有实数根,此时[ax2+bx+c>0]恒成立,
∴不等式的解集为[{x|x∈R}].
方法2(转化为解简单的绝对值不等式):
[ax2+bx+c=a(x+b2a)2+4ac-b24a>0],
∴原不等式化为[a(x+b2a)2>b2-4ac4a].
(1)若[Δ>0],则[|x+b2a|>b2-4ac2a],
∴[x+b2a<-b2-4ac2a]或[x+b2a>b2-4ac2a]
∴不等式的解集为[{x|x<-b-b2-4ac2a]或[x>-b+b2-4ac2a}].
(2)若[Δ=0],原不等式可化为[(x+b2a)2>0],
∴不等式的解集为[{x|x≠-b2a}]
(3)若[Δ<0],则不等式的解集为[{x|x∈R}].
点拨 解不等式时,一定要树立等价转化的思想,要保证每一步进行的都是不等式的同解变形(即等价变换).
5. 变换主元
例5 若不等式 [2x-1>m(x2-1)]对满足[m≤2]的所有[m]都成立,求[x]的取值范围.
分析 对于[m∈[-2,2]],不等式[2x-1>m(x2-1)]恒成立,若将[m]视为主元,可利用函数的观点来解决,即利用函数的单调性解不等式.
解 原不等式化为[x2-1m-2x-1<0.]
令[fm=x2-1m-2x-1,(-2≤m≤2),]
根据题意有
[f(-2)=-2(x2-1)-(2x-1)<0,f(2)=2(x2-1)-(2x-1)<0.]
即[2x2+2x-3>0,2x2-2x-1<0.]
解得[-1+72 点拨 从表面上看,这是一个关于[x]的一元二次不等式,实际上是一个关于[m]的一元一次不等式,并且已知它的解集为[-2,2],求参数[x]的取值范围.
6. 最值法
例6 已知当[x∈[0,1]]时[f(x)=x2+ax+3-a>0]恒成立,求[a]的取值范围.
解 只需[f(x)]在区间[0,1]上的最小值大于0即可.先求[f(x)=(x+a2)2-a24+3-a]在[0,1]上的最小值.
(1)当-[a2<0],即[a>0]时, [f(x)min=f(0)=3-a.]由[3-a>0],得[a<3],则[0 (2)当0≤-[a2]≤1时,即-2≤[a]≤0时, [f(x)min=][f(-a2)=-a24+3-a].由[-a24+3-a]>0,得[-6 (3)当-[a2>1],即[a<-2]时,[f(x)min=f(1)=4>0]恒成立.
综上所述,[a<3].
点拨 对于以下四种类型的不等式:[f(a,x)>0]或[f(a,x)≥0],[f(a,x)<0]或[f(a,x)≤0.] 如果在确定其中一个字母范围的条件下,求另一个字母的取值范围,那么通常可以借助函数最值法加以处理.
7. 数轴标根法
例7 [x2-2x-8>0]
先用十字相乘法或公式法分解因式得到:[(x-4)(x+2)>0].
数轴标根法:[-2<4].
解集为[{x|x>4或x<-2}].
点拨 对[-x2-x+6>0]这种不等式怎么办呢?所以在这里说明一下,我们的不等式是这样的[ax2-bx+c>0]和[ax2-bx+c<0],在这里规定:[a>0].如果你的不等式是[a<0]的情况,你就要在不等式的左右两边同时乘以-1还要变号,那么你的不等式就可以用我们的数轴标根法来求解了.
练习
1. 已知不等式[ax2+bx+c﹥0 (a≠0)]的解集为[{x|α﹤x﹤β,0<α﹤β}]. 求不等式[cx2+bx+a﹤0]的解集.
2. 设不等式[x2-2ax+a+2≤0]的解集为[M],如果[M⊆][1,4],求实数[a]的取值范围.
3.解关于[x]的不等式[ax2-2(a+1)x+4>0][(a>0)].
4. 为使周长为20cm的长方形面积大于[15cm2],不大于[20cm2],它的短边多长?
5. 不等式[x2-ax-6a>0]的解为[xb],且[b-a≤5(a≠b)],求实数[a]的取值范围.
答案
1. [{x︱x<1β]或[x>1α}] 2. (-1,[187])
3. 当[a=1]时,[{x|x∈R且x≠2}];当[a≠1]时,[{x|x<2a或x>2}];若[02a}]
4. [5-10 5. [-25≤a<24或0
例1 已知关于[x]的方程:[x2-2ax+a=0]有两个实根[α、β],且满足[0<α<1,β>2],求实数[a]的取值范围.
分析 利用求根公式,将[0<α<1,β>2]转化为关于[a]的不等式组,求[a]的取值范围,这样做计算将会很繁琐. 而利用根与系数的关系进行转化时,很难得到充要条件. 因此,考虑利用二次函数图象,数形结合寻找解决问题的充要条件.
设[y=f(x)=x2-2ax+a],如图,若方程[f(x)=0]的两根分别在区间(0,1)和(2,+∞)内,即抛物线[y=f(x)]与[x]轴的两个交点分别位于原点与点(1,0)之间和点(2,0)的右侧. 由此可知,只需考虑[f(0),f(1),f(2)]的符号,而无需考虑判别式以及对称轴的位置,因此得出其充要条件为:[f(0)>0,f(1)<0,f(2)<0.]
解 设[f(x)=x2-2ax+a],则方程[f(x)=0]的两个根[α、β]就是抛物线[y=f(x)]与[x]轴的两个交点的横坐标,如图,[0<α<1,β>2]的充要条件是:
[f(0)>0,f(1)<0,f(2)<0.即a>0,1-a<0,4-3a<0.]解得[a>43.]
所以,当[a>43]时,方程的两个实根[α、β],满足[0<α<1,β>2].
点拨 一元二次方程、一元二次不等式、一元二次函数有着密切的联系,要注意用数形结合研究问题. 在应用数形结合思想解决与不等式有关的问题时,应考虑设辅助函数、利用函数图象来解决.
2. 韦达定理
例2 已知关于[x]的不等式[ax2+2x+c>0]的解集为[(-13,12)],求[-cx2+2x-a>0]的解集.
解析 由[ax2+2x+c>0]的解集为[(-13,12)]知,
[a>0],[-13、12]为方程[ax2+2x+c=0]的两个根.
由韦达定理得,[-13+12=-2a,-13×12=ca],
解得[a=-12,c=2].
∴[-cx2+2x-a>0]即[2x2-2x-12<0],
∴其解集为(-2,3).
点拨 已知一元二次不等式的解集求系数的基本思路是:先由不等式的解集求出根,再由韦达定理求系数.
3. 分类讨论
例3 已知[A={x |x-a>0}],[B={x|x2-2ax][-3a2][<0}],求[A⋂B]及[A⋃B].
解析 [A={x|x>a},B={x|(x+a)(x-3a)<0}],
考虑集合[B]中[-a]与[3a]的大小关系,对字母[a]进行分类讨论:
(1)当[a>0]时,[-a<3a],[B={x|-a<x<3a}],
∵[-a<a<3a],
∴[A⋂B={x|a<x<3a}],[A⋃B][={x|x>-a}].
(2)当[a=0]时,[A={x|x>0}],[B=∅],此时,[A⋂B=∅],[A⋃B={x|x>0}].
(3)当[a<0]时,[-a>3a],[B={x|3a<x<-a}],
∵[3a<a<-a],
∴[A⋂B={x|a<x<-a}],[A⋃B][={x|x>3a}].
点拨 分类讨论时,要求既不重复讨论,也不遗漏某些特殊情况,往往是数形结合、分类讨论交叉进行. 不等式的分类讨论常常围绕以下几点展开:(1)一元一次不等式的一次项系数. 该系数的符号与不等式解集的形态有关,所以若含有参数则要进行讨论. (2)一元二次不等式的二次项系数. 该系数若含有参数时,要讨论系数的符号. (3)二次不等式的判别式. 判别式△的符号决定解集的类型,所以若不等式系数中含有参数,往往要对判别式进行讨论. (4)在二次函数[f(x)]与[x]轴有两个交点[(x1,0)、(x2,0)]的情况下,求[f(x)>0]或[f(x)< 0]的解集,若[x1]、[x2]中含有参数,要对[x1]与[x2]的大小关系进行讨论.
4. 等价转换思想
例4 解不等式[ax2+bx+c>0]([a>0]).
解析 方法1(转化为解一元一次不等式组):
[ax2+bx+c=a(x+b2a)2+4ac-b24a],
(1)若[Δ>0],方程[ax2+bx+c=0]有两个实数根[x1=-b-b2-4ac2a],[x2=-b-b2-4ac2a],则[ax2+bx+c=a(x-x1)(x-x2)>0].
∴[x-x1<0,x-x2<0,]或[x-x1>0,x-x2>0.]
∴[x
∴不等式的解集为[{x|x<-b-b2-4ac2a]或[x>-b+b2-4ac2a}].
(2)若[Δ=0],方程[ax2+bx+c=0]有两个相等的实数根[x1=x2=-b2a],
则[ax2+bx+c=a(x-b2a)2>0].
∴[x1≠-b2a],即不等式的解集为[{x|x≠-b2a}].
(3)若[Δ<0],方程[ax2+bx+c=0]没有实数根,此时[ax2+bx+c>0]恒成立,
∴不等式的解集为[{x|x∈R}].
方法2(转化为解简单的绝对值不等式):
[ax2+bx+c=a(x+b2a)2+4ac-b24a>0],
∴原不等式化为[a(x+b2a)2>b2-4ac4a].
(1)若[Δ>0],则[|x+b2a|>b2-4ac2a],
∴[x+b2a<-b2-4ac2a]或[x+b2a>b2-4ac2a]
∴不等式的解集为[{x|x<-b-b2-4ac2a]或[x>-b+b2-4ac2a}].
(2)若[Δ=0],原不等式可化为[(x+b2a)2>0],
∴不等式的解集为[{x|x≠-b2a}]
(3)若[Δ<0],则不等式的解集为[{x|x∈R}].
点拨 解不等式时,一定要树立等价转化的思想,要保证每一步进行的都是不等式的同解变形(即等价变换).
5. 变换主元
例5 若不等式 [2x-1>m(x2-1)]对满足[m≤2]的所有[m]都成立,求[x]的取值范围.
分析 对于[m∈[-2,2]],不等式[2x-1>m(x2-1)]恒成立,若将[m]视为主元,可利用函数的观点来解决,即利用函数的单调性解不等式.
解 原不等式化为[x2-1m-2x-1<0.]
令[fm=x2-1m-2x-1,(-2≤m≤2),]
根据题意有
[f(-2)=-2(x2-1)-(2x-1)<0,f(2)=2(x2-1)-(2x-1)<0.]
即[2x2+2x-3>0,2x2-2x-1<0.]
解得[-1+72
6. 最值法
例6 已知当[x∈[0,1]]时[f(x)=x2+ax+3-a>0]恒成立,求[a]的取值范围.
解 只需[f(x)]在区间[0,1]上的最小值大于0即可.先求[f(x)=(x+a2)2-a24+3-a]在[0,1]上的最小值.
(1)当-[a2<0],即[a>0]时, [f(x)min=f(0)=3-a.]由[3-a>0],得[a<3],则[0 (2)当0≤-[a2]≤1时,即-2≤[a]≤0时, [f(x)min=][f(-a2)=-a24+3-a].由[-a24+3-a]>0,得[-6 (3)当-[a2>1],即[a<-2]时,[f(x)min=f(1)=4>0]恒成立.
综上所述,[a<3].
点拨 对于以下四种类型的不等式:[f(a,x)>0]或[f(a,x)≥0],[f(a,x)<0]或[f(a,x)≤0.] 如果在确定其中一个字母范围的条件下,求另一个字母的取值范围,那么通常可以借助函数最值法加以处理.
7. 数轴标根法
例7 [x2-2x-8>0]
先用十字相乘法或公式法分解因式得到:[(x-4)(x+2)>0].
数轴标根法:[-2<4].
解集为[{x|x>4或x<-2}].
点拨 对[-x2-x+6>0]这种不等式怎么办呢?所以在这里说明一下,我们的不等式是这样的[ax2-bx+c>0]和[ax2-bx+c<0],在这里规定:[a>0].如果你的不等式是[a<0]的情况,你就要在不等式的左右两边同时乘以-1还要变号,那么你的不等式就可以用我们的数轴标根法来求解了.
练习
1. 已知不等式[ax2+bx+c﹥0 (a≠0)]的解集为[{x|α﹤x﹤β,0<α﹤β}]. 求不等式[cx2+bx+a﹤0]的解集.
2. 设不等式[x2-2ax+a+2≤0]的解集为[M],如果[M⊆][1,4],求实数[a]的取值范围.
3.解关于[x]的不等式[ax2-2(a+1)x+4>0][(a>0)].
4. 为使周长为20cm的长方形面积大于[15cm2],不大于[20cm2],它的短边多长?
5. 不等式[x2-ax-6a>0]的解为[xb],且[b-a≤5(a≠b)],求实数[a]的取值范围.
答案
1. [{x︱x<1β]或[x>1α}] 2. (-1,[187])
3. 当[a=1]时,[{x|x∈R且x≠2}];当[a≠1]时,[{x|x<2a或x>2}];若[02a}]
4. [5-10