解不等式到底想考啥

发布时间 2023-04-21 16:14:15作者: 静雅斋数学

前言

高中阶段的许多学生本以为 解不等式 是个比较轻松的工作,结果弄得晕头转向,不知所以,现在试着分层次将其作以梳理。

典例剖析

✍️ 层次一:以考查常用的数学变形和数学运算为主,这类题目主要集中在初中数学层面,高中学生常常会在集合、线性规划等章节中遇到,大多在高一高二的时间段内涉及到;

求解不等式 \(\cfrac{2x+1}{2}-\cfrac{6x-1}{3}<\cfrac{3}{2}\)

解:不等式两边同时乘以两个分母 \(2\)\(3\)最小公倍数 \(6\)

去分母,变形为 \(3(2x+1)-2(6x-1)<9\)

去括号,变形为 \(6x+3-12x+2<9\)

移项,合并同类项,变形为 \(-6x<4\)

系数化为 \(1\),变形为 \(x>-\cfrac{2}{3}\) .

[解后反思]:上述已知的不等式虽然有分母,但是其并不是分式不等式,是因为分母位置上没有未知数;另外,上述的不等式属于代数不等式,求解时常用的变形方法有去分母,去括号,移项,合并同类项,系数化为 \(1\) 等。

等到我们对以上层次的问题处理的驾轻就熟时,也往往就形成了一定的思维定势,以为所有的不等式问题都可以通过代数的手段来解决。这种相对固定的思维模式,此时对高中学生来说,更多的体现为一种劣势和灾难。

✍️ 层次二:利用函数的图像解超越不等式,更多的从形的角度来考查学生思维的灵活性。考查学生是否有数形结合思维的主动性,是否具备作图、识图、用图的数学应用意识。

【2020届高三文科数学用题】设函数\(y=f(x+1)\)是定义在\((-\infty,0)\cup(0,+\infty)\)上的偶函数,在区间\((-\infty,0)\)上是减函数,且图像经过点\((1,0)\),则不等式\((x-1)\cdot f(x)\leqslant 0\)的解集为______。

分析:由于\(f(x+1)\)为偶函数,故其满足\(f(-x+1)=f(x+1)\),则函数\(f(x)\)的对称轴为\(x=1\)

可以先做出函数\(y=f(x+1)\)的示意图,再向右平移一个单位得到函数\(y=f(x)\)的示意图如下,

不等式\((x-1)\cdot f(x)\leqslant 0\)可化为\(\left\{\begin{array}{l}{x>1}\\{f(x)\leqslant 0}\end{array}\right.\)\(\left\{\begin{array}{l}{x<1}\\{f(x)\geqslant 0}\end{array}\right.\)

解读图像可知,解集为\(\{x\mid x\leqslant 0或1<x\leqslant 2\}\),故\(x\in (-\infty,0]\cup(1,2]\).

解关于 \(x\) 的不等式 \(\ln x+x>1\)

分析:你应该能感觉到,这个题目用我们平常的那种解法(代数解法)已经不能做出来了,因为它不是我们熟悉的那种代数不等式,而是超越不等式,这时候就需要我们借助图像来求解。

将原不等式变形为 \(\ln x>1-x\) ,此时不等式的两端都是基本初等函数或初等函数,便于做出图像,

分别作出两个函数 \(y=\ln x\)\(y=1-x\) 的图像观察求解,如右图所示,解集为\((1,+\infty)\)

思路2:从数的角度,利用函数计算,令 \(g(x)=lnx+x-1(x>0)\)

\(g'(x)=\cfrac{1}{x}+1>0\) 恒成立,故 \(g(x)\)\((0,+\infty)\) 上单调递增,

\(g(1)=0\),故 \(0< x<1\) 时,\(g(x)<0\)\(x>1\)\(g(x) >0\)

综上,故 \(x\) 的取值范围为 \((1,+\infty)\)

✍️ 层次三:不等式问题中常涉及具体函数,要解决相关不等式,就必须利用具体函数的相关性质,如定义域值域,单调性,奇偶性,周期性等等,如果想不到调整思维方向,必定思维卡壳。

已知函数 \(f(x)=\cfrac{4^x-1}{2^x}\) ,则不等式 \(2x\cdot f(x)-3<0\) 的解集为 _____________。

解析: 本题属于求解涉及具体函数的不等式问题,首先将分式形式的函数变形为我们用心储备的熟悉的函数

\(f(x)=\cfrac{4^x-1}{2^x}=2^x-2^{-x}\) [1]奇函数相关知识

原不等式 \(2x\cdot f(x)-3<0\) 等价于 \(x\cdot f(x)<\cfrac{3}{2}\),然后研究左端函数的性质此时求解函数不等式时,首先要具备的思维是一般不能用代数方法[比如移项,去括号,系数化1等]求解,而要用到函数的相关性质求解[比如定义域,单调性,奇偶性等],此时给定的解析式仅仅是为了得到相关的性质。相关例

而函数 \(F(x)=x\cdot f(x)\) 为偶函数,过 \((0,0)\) 点,\((-\infty,0)\) 单调递减,\((0,+\infty)\) 单调递增,

\(F(1)=\cfrac{3}{2}\),即 原不等式等价于 \(F(x)<\cfrac{3}{2}=F(1)\),故 \(F(|x|)<F(1)\)

\(|x|<1\) ,故 \(x\in (-1,1)\)

✍️ 层次四:不等式问题中涉及抽象函数,要解决相关不等式,就必须利用抽象函数的相关性质,如定义域值域,单调性,奇偶性,周期性等等,如果想不到由抽象函数提炼器相关性质,必定会一脸茫然。

已知函数\(f(x)\)的定义域为\(|x|\leq 1\)的补集,且在定义域上恒有\(f(-x)-f(x)=0\),若\(f(x)\)\((1,+\infty)\)上恒有\(f'(x)>0\)成立,\(f(x)-f(2x-1)<0\),求实数\(x\)的取值范围。

分析:函数的定义域为\(|x|>1\),为偶函数,且在\((1,+\infty)\)上单调递增,

故由\(f(x)-f(2x-1)<0\),等价转化为\(f(|x|)<f(|2x-1|)\),接下来由定义域和单调性二者限制得到,

\(\left\{\begin{array}{l}{|x|>1}\\{|2x-1|>1}\\{|x|<|2x-1|}\end{array}\right.\) 上式等价于 \(\left\{\begin{array}{l}{|x|>1①}\\{|x|<|2x-1|②}\end{array}\right.\)

解①得到,\(x<-1\)\(x>1\)

解②,两边同时平方,去掉绝对值符号,得到\(x<\cfrac{1}{3}\)\(x>1\)

二者求交集得到,\(x<-1\)\(x>1\)

即实数\(x\)的取值范围是\((-\infty,-1)\cup(1,+\infty)\)

【2019届宝鸡市高三理科数学质检Ⅰ第16题】已知定义在实数集\(R\)上的函数\(f(x)\)满足\(f(1)=4\),且\(f(x)\)的导函数\(f'(x)<3\),则不等式\(f(\ln x)>3\ln x+1\)的解集为______。

分析:我们先用整体思想将需要求解的不等式中的\(lnx\)理解为一个整体,这样原不等式就变形为\(f(t)>3t+1\),此时我们用\(左-右\),做差构造新函数。【为什么这样构造?带着问题继续往下看】

\(g(x)=f(x)-3x-1\),于是\(g'(x)=f'(x)-3\),由已知条件\(f'(x)<3\),则可知\(g'(x)<0\)

这样构造后我们能轻易知道这个函数的单调性,即函数\(g(x)\)\(R\)上单调递减,

\(g(1)=f(1)-3\times 1-1=f(1)-4=0\)

到此我们就完全清楚了所构造的函数的性质,在 \(R\) 上单调递减,且有唯一的零点为 \(x=1\)

故由 \(g(x)>0\) 可以得到解为 \(x<1\),由 \(g(x)<0=g(1)\) 可以得到解为 \(x>1\)

现在 \(f(\ln x)>3\ln x+1\) 等价于 \(g(\ln x)>0\),故得到 \(\ln x<1\)

解得 \(0<x<e\),故解集为 \((0,e)\)

[解后反思]:本题目涉及构造函数的方法,是个难题;为什么这样的题目比较难?原因是平时我们习惯于被动利用题目所给的函数解题,而本题目需要我们主动构造函数,在数学的应用意识上有相当高的要求;在上例中我们发现,只有能充分利用题目所给的条件的构造才是有效的构造。

相关练习

已知集合\(A=\{x\mid -x^2+3x+10\geqslant 0\}\)\(B=\{x\mid m+1\leqslant x\leqslant 2m-1\}\),若\(A\cap B\neq \varnothing\),则\(m\)的取值范围是【】

$A.[\cfrac{1}{2},4]$ $B.(-\infty,\cfrac{1}{2})\cup(4,+\infty)$ $C.[2,4]$ $D.(2,4)$

法1:直接法,\(A=[-2,5]\)\(B=[m+1,2m-1]\)

由于\(A\cap B\neq \varnothing\),则\(B\neq \varnothing\)

\(\left\{\begin{array}{l}{m+1\leqslant 2m-1}\\{-2\leqslant m+1\leqslant 5}\end{array}\right.\)①或\(\left\{\begin{array}{l}{m+1\leqslant 2m-1}\\{-2\leqslant 2m-1\leqslant 5}\end{array}\right.\)②,

解①得到,\(2\leqslant m\leqslant 4\);解②得到,\(2\leqslant m\leqslant 3\)

求其并集,得到\(2\leqslant m\leqslant 4\);故选\(C\)

法2:间接法,\(A=[-2,5]\)\(B=[m+1,2m-1]\),先求\(A\cap B=\varnothing\)

①当\(B=\varnothing\)时,则\(m+1>2m-1\),解得\(m<2\)

②当\(B\neq \varnothing\)时,要使得\(A\cap B=\varnothing\)

\(\left\{\begin{array}{l}{m\geqslant 2}\\{m+1>5}\end{array}\right.\)\(\left\{\begin{array}{l}{m\geqslant 2}\\{2m-1<-2}\end{array}\right.\)

解得\(m>4\)

综上可知,\(A\cap B=\varnothing\)时,\(m<2\)\(m>4\)

\(A\cap B\neq\varnothing\)时,\(2\leqslant m\leqslant 4\),故选\(C\)

解关于 \(x\) 的不等式 \(\log_2^{\;\;x}>\cfrac{2}{x}\);解集为 \((2,+\infty)\)


  1. 化简过程, \(\cfrac{4^x-1}{2^x}=\cfrac{(2^x)^2}{2^x}-\cfrac{1}{2^x}=2^x-2^{-x}\)↩︎