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選修4-5不等式和絕對值不等式

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  1. 二一教育資源

選修4-5不等式和絕對值不等式

資源簡介

授課主題
不等式和絕對值不等式
教學目標
1.會用基本不等式證明一些簡單問題.2.能夠利用兩項的平均值不等式求一些特定函數的最值,從而學會解決簡單的應用問題.3.會利用絕對值的幾何意義求解以下類型的不等式:①|ax+b|≤c; ②|ax+b|≥c.4.會利用絕對值的幾何意義求解以下類型的不等式:|x-a|+|x-b|≥c,|x-a|+|x-b|≤c.
教學內容
1.兩實數大小比較的三種情況.設a,b為兩個實數,它們在實軸上的點分別記為A,B.如果A落在B的右邊,則稱a大于b,記為a>b;如果A落在B的左邊,則稱a小于b,記作a<b;如果A與B重合,則稱a與b相等,記為a=b.2.不等式的基本性質.(1)對稱性:a>b?b<a.(2)傳遞性:a>b,b>c?a>c.(3)加(減):a>b?a+c>b+c.(4)乘(除):a>b,c>0?ac>bc;a>b,c<0?ac<bc.(5)乘方:a>b>0?an>bn,其中n為正整數,且n≥2.(6)開方(取算術根):a>b>0?>,其中n為正整數,且n≥2.(7)a>b,c>d?a+c>b+d.本性質說明兩個同向不等式相加,所得的不等式和原不等式同向.(8)a>b>0,c>d>0?ac>bd.本性質說明兩邊都是正數的同時不等式兩邊分別相乘,所得的不等式和原不等式同向.3.基本不等式.定理1:設a,b∈R,則a2+b2≥2ab,當且僅當a=b時,等號成立.定理2:如果a,b為正數,則≥,當且僅當a=b時,等號成立.我們稱為正數a,b的算術平均數,為正數a,b的幾何平均數,因而這一定理可用語言敘述為:兩個正數的算術平均數大于或等于它們的幾何平均數.定理3:如果a,b,c為正數,則≥,當且僅當a=b=c時,等號成立.我們稱為正數a,b,c的算術平均數,為正數a,b,c的幾何平均數,定理3中的不等式為三個正數的算術—幾何平均不等式,或簡稱為平均不等式.定理4(一般形式的算術—幾何平均不等式):如果a1,a2,…,an為n個正數,則≥,當且僅當a1=a2=…=an時,等號成立.4.絕對值的三角不等式.定理1:若a,b為實數,則|a+b|≤|a|+|b|,當且僅當ab≥0時,等號成立.定理2:設a,b,c為實數,則|a-c|≤|a-b|+|b-c|.等號成立?(a-b)(b-c)≥0,即b落在a,c之間,5.絕對值不等式的解法.(1)|ax+b|≤c,|ax+b|≥c型不等式的解法.①c>0,則|ax+b|≤c的解為-c≤ax+b≤c,|ax+b|≥c的解為ax+b≥c或ax+b≤-c,然后根據a,b的值解出即可.②c<0,則|ax+b|≤c的解集為?,|ax+b|≥c的解集為R.(2)|x-a|+|x-b|≥c,|x-a|+|x-b|≤c型不等式的解法.解這類含絕對值的不等式的一般步驟是:①令每個絕對值符號里的一次式為0,求出相應的根.②把這些根由小到大順序,它們把實數軸分為若干個區間.③在所分區間上,根據絕對值的定義去掉絕對值符號,討論所得的不等式在這個區間上的解集.④這些解集的并集就是原不等式的解集.6.解不等式常用技巧.解不等式時,在不等式的兩邊分別作恒等變形,在不等式的兩邊同時加上(或減去)一個數或代數式,移項,在不等式的兩邊同時乘以(或除以)一個正數或一個正的代數式,得到的不等式都和原來的不等式等價.這些方法,也是利用綜合法和分析法證明不等式時常常用到的技巧.題型一 用作差比較法比較大小例1 若x∈R,試比較(x+1)(x2++1)與(x+)(x2+x+1)的大小.分析:根據這個式子的特點,先把代數式變形,再用作差法比較法比較大小.解析:∵(x+1)(x2++1)=(x+1)(x2+x+1-)=(x+1)(x2+x+1)-(x+1),(x+)(x2+x+1)=(x+1-)(x2+x+1)=(x+1)(x2+x+1)-(x2+x+1).∴(x+1)(x2++1)-(x+)(x2+x+1)=(x+1)(x2+x+1)-(x+1)-(x+1)(x2+x+1)+(x2+x+1)=(x2+x+1)-(x2+x)=>0.∴(x+1)(x2++1)>(x+)(x2+x+1).點評:比較大小的一般方法是作差比較法,先作差,再判斷差與0的大小關系.若a-b>0.則a>b;若a-b<0,則a固 比較x2-x與x-2的大小.解析:(x2-x)-(x-2)=x2-2x+2=(x-1)2+1,因為(x-1)2≥0,所以(x-1)2+1>0,即(x2-x)-(x-2)>0.所以x2-x>x-2.題型二 用不等式性質證明或判斷不等式例2 已知a>b,cb-d.證明:∵c-d.又∵a>b,∴a+(-c)>b+(-d).即a-c>b-d.鞏
固 設f(x)=ax2+bx,且-1≤f(-1)≤2,2≤f(1)≤4.求證:-1≤f(-2)≤10.證明:設f(-2)=mf(-1)+nf(1),即4a-2b=m(a-b)+n(a+b)=(m+n)a+(n-m)b.比較系數得解得所以f(-2)=3f(-1)+f(1).又因為-1≤f(-1)≤2,2≤f(1)≤4,所以-1≤f(-2)≤10.鞏
固 如果a,b,c均為正數且b0.∴y=4x-2+=-(5-4x+)+3≤-2+3=1.當且僅當5-4x=,即x=1(x=舍去)時等號成立,∴當x=1時,ymax=1.鞏
固 設x≥0,y≥0,x2+=1,則x
的最大值為__________.分析:∵x2+=1是常數,∴x2與的積可能有最大值.∴可把x放到根號里面去考慮,即化為,注意到x2與1+y2的積,應處理成2x2·.解析:方法一 ∵x≥0,y≥0,x2+=1,∴x==
≤==,當且僅當x2=,即x=,y=時,x取得最大值.方法二 令,則x
=cos
θ=
≤=.當2cos2θ=1+2sin2θ,即θ=時,也即x=,y=時,x
取得最大值.答案:題型四 利用基本不等式證明不等式例4 已知a,b∈(0,+∞)且a+b=1,求證:(1)a2+b2≥;(2)+≥8.證明:由得≤.∴ab≤,≥4.(1)∵a2+b2=(a+b)2-2ab=1-2ab≥1-2×=.∴a2+b2≥(2)∵+≥≥8,∴+≥8鞏
固 已知x,y>0且x+y=1.求證:(1+)(1+)≥9.證明:(1+)(1+)====5+≥5+=9.當且僅當x=y=時取等號.∴(1+)(1+)≥9.題型五 證明不等式例5 設a,b,c∈R+,求證:(a+b+c)(++)≥9.分析:觀察式子的結構,通過變形轉化來證明.證明:∵a,b,c∈R+,∴a+b+c≥3,++≥3,兩不等式相乘,有:(a+b+c)(++)≥3×3=9.∴(a+b+c)(++)≥9.當且僅當a=b=c=0時,等號成立.鞏
固 已知a,b,c∈R+,a+b+c=1,求證:++≥9.證明:∵a,b,c∈R+,a+b+c≥3.又a+b+c=1,∴≤,∴≥3,∴++≥3≥9.即原不等式成立.題型六 求函數的最值例6 已知x∈R+,求函數y=x(1-x2)的最大值.分析:為使數的“和”為定值,可以先平方,即y2=x2(1-x2)2=x2(1-x2)(1-x2)=2x2(1-x2)(1-x2)×,求出最值后再開方.解析:∵y=x(1-x2),∴y2=x2(1-x2)2=×2x2(1-x2)(1-x2)≤3=.當且僅當2x2=1-x2,即x=時等號成立.∴y≤.∴ymax=.鞏
固 設θ為銳角,求y=sin2
θ
cos
θ的最大值.解析:y2=sin4θcos2θ=×2sin2θ
sin2θ
cos2θ≤3=.當且僅當sin2
θ=2cos2θ=2-2sin2θ.即sin
θ=時取等號,此時ymax=.題型七 利用絕對值三角不等式證明不等式例7 若|a-b|>c,|b-c|<a,求證:c<a.證明:由|a-b|>c及|b-c|<a得c-a<|a-b|-|b-c|≤|(a-b)+(b-c)|=|a-c|=|c-a|.由c-a<|c-a|知c-a<0,故c<a.點評:不等式的證明方法比較多.關鍵是從式子的結構入手進行分析.多聯想定理的形式以便用好它.鞏
固 設ε>0,|x-a|<,|y-b|<.
求證:|2x+3y-2a-3b|<ε.分析:將2x+3y-2a-3b寫成2(x-a)+3(y-b)的形式后利用定理1和不等式性質證明.證明:|2x+3y-2a-3b|=|2(x-a)+3(y-b)|≤|2(x-a)|+|3(y-b)|=2|x-a|+3|y-b|<2×+3×=ε.鞏
固 設m等于|a|、|b|和1中最大的一個.當|x|>m時,求證:<2.分析:本題的關鍵是對題設條件的理解和運用,|a|、|b|和1這三個數中哪一個最大.如果兩兩比較大小,將十分復雜,我們可得到一個重要的信息:m≥|a|,m≥|b|,m≥1.證明:∵m等于|a|,|b|和1中最大的一個,|x|>m,∴?∴≤+=+<+=2,故原不等式成立.鞏
固 設A、ε>0,|x-a|<,|y-b|<,|b|≤A,|x|≤A,求證:|xy-ab|固 已知函數f(x)=x2-x+13,|x-a|<1,求證:|f(x)-f(a)|<2(|a|+1).證明:|f(x)-f(a)|=|x2-x+13-(a2-a+13)|=|x2-a2-x+a|=|(x-a)(x+a-1)|=|x-a||x+a-1|<|x+a-1|=|x-a+2a-1|≤|x-a|+|2a-1|<1+|2a|+1=2(|a|+1).∴|f(x)-f(a)|<2(|a|+1).題型八 利用絕對值三角不等式求最值例8 設a,b∈R且|a+b+1|≤1,|a+2b+4|≤4,求|a|+|b|的最大值.解析:|a+b|=|(a+b+1)-1|≤|a+b+1|+|-1|≤1+1=2,|a-b|=|3(a+b+1)-2(a+2b+4)+5|≤3|a+b+1|+2|a+2b+4|+5≤3×1+2×4+5=16.①當ab≥0時,|a|+|b|=|a+b|≤2;②當ab<0時,則a(-b)>0,|a|+|b|=|a|+|-b|=|a+(-b)|≤16.總之,恒有|a|+|b|≤16.而a=8,b=-8時,滿足|a+b+1|=1,|a+2b+4|=4,且|a|+|b|=16.因此|a|+|b|的最大值為16.鞏
固 求函數y=|x-3|-|x+1|的最大值和最小值.分析:若把x-3,x+1看作兩個實數,則所給的代數式符合兩個數絕對值的差的形式,因而可以聯想到兩個數和(差)的絕對值與兩個數絕對值的和(差)之間的關系,進而可轉化求解,另一思維是:含有這種絕對值函數式表示的是分段函數,所以也可以視為是分段函數求最值.解析:方法一 ∵||x-3|-|x+1||≤|(x-3)-(x+1)|=4,∴-4≤|x-3|-|x+1|≤4.∴ymax=4,ymin=-4.方法二 把函數看作分段函數.y=|x-3|-|x+1|=∴-4≤y≤4,∴ymax=4,ymin=-4.點評:對于含有兩個以上絕對值的代數式,通常利用分段討論的方法轉化為分段函數,進而利用分段函數的性質解決相應問題.利用含絕對值不等式的性質定理進行“放縮”,有時也能產生比較好的效果,但這需要準確地處理“數”的差或和,以達到所需要的結果.題型九 |ax+b|≤e(或|ax+b|≥e)(e>0)型不等式的解法例9 解下列不等式.(1)>2;(2)|3x-1|≤6.分析:解兩個不等式的關鍵是去掉絕對值符號.解析:(1)方法一 原不等式即>2,它表示與點-的距離大于2的點的集合,如下圖所示,所以符合條件的x的范圍是x>2+或x<-2+,即原不等式的解集是.方法二 因為>2?x+>2或x+<-2?x>或x<-,所以原不等式的解集是.(2)由于|3x-1|≤6?-6≤3x-1≤6,即-5≤3x≤7,∴-≤x≤,所以原不等式的解集是.鞏
固 解下列不等式(1)|1-2x|>5;(2)|4x-1|+2≤10.解析:(1)|1-2x|>5?|2x-1|>5?2x-1>5或2x-1<-5?2x>6或2x<-4?x>3或x>-2.所以原不等式的解集為{x|x>3或x<-2}(2)|4x-1|+2≤10?|4x-1|≤10-2?|4x-1|≤8?-8≤4x-1≤8?-7≤4x≤9?-≤x≤.所以原不等式的解集為.題型十 絕對值不等式的綜合性問題例10 已知不等式|x+3|>2|x|,①    
≥1,②  
2x2+mx-1<0,③若同時滿足①②的x值也滿足③,求m的取值范圍.解析:由|x+3|>2|x|解得-1<x<3,由≥1解得0≤x<1或2<x≤4,∴0≤x<1或2<x<3.由2x2+mx-1<0解得<x<,滿足①②的x值也滿足③,則有∴m≤-,即m的取值范圍是.鞏
固 x2-2|x|-15>0的解集是________.解析:∵|x|2-2|x|-15>0,∴|x|>5或|x|<-3(舍去).
∴x<-5或x>5.故不等式的解集為{x|x<-5或x>5}.答案:{x|x<-5或x>5}題型十一 |x-a|+|x-b|≥c(或|x-a|+|x-b|≤c)型不等式的解法例11 解不等式|x+1|+|x-1|≥3.分析:本題可以用分段討論法或數形結合法求解.對于形如|x+a|+|x+b|的代數式,可以認為是分段函數.解析:方法一 如下圖,設數軸上與-1,1對應的點分別為A,B,那么A,B兩點的距離和為2,因此區間[-1,1]上的數都不是不等式的解.設在A點左側有一點A1到A,B兩點的距離和為3,A1對應數軸上的x.∴-1-x+1-x=3,得x=-,同理設B點右側有一點B1到A,B兩點距離和為3,B1對應數軸上的x,∴x-1+x-(-1)=3.∴x=.從數軸上可看到,點A1,B1之間的點到A,B的距離之和都小于3;點A1的左邊或點B1的右邊的任何點到A,B的距離之和都大于3.∴原不等式的解集是(-∞,-]∪[,+∞).方法二 當x≤-1時,原不等式可以化為-(x+1)-(x-1)≥3,解得x≤-.當-1固 解不等式|x-1|+|x-2|>5.解析:方法一 分類討論|x-1|=0.|x-2|=0的根1,2把數軸分成三個區間.在這三個區間上,根據絕對值的定義.代數式|x-1|+|x-2|有不同的解析表達式,因而原不等式的解集為以下三個不等式組解集的并集.
(1)因為在x≤1的限制條件之下:|x-1|+|x-2|=1-x+2-x=3-2x,所以當x≤1時,|x-1|+|x-2|>5?3-2x>5?2x<-2?x<-1.因此不等式組的解集為(-∞,-1).(2)因為在15無解.因此不等式組的解集為?.(3)由于在x≥2的限制條件之下:|x-1|+|x-2|=x-1+x-2=2x-3,所以當x≥2時,|x-1|+|x-2|>5?2x-3>5?2x>8?x>4.所以不等式組的解集為(4,+∞).于是原不等式的解集為以上三個不等式組解集的并集,即(-∞,-1)∪?∪(4,+∞)=(-∞,-1)∪(4,+∞).方法二 |x-1|+|x-2|>5?|x-1|+|x-2|-5>0.構造函數f(x)=|x-1|+|x-2|-5,于是原不等式的解集為{x|f(x)>0}.寫出f(x)的分段解析表達式:f(x)=作出函數f(x)的圖象如下圖所示.f(x)為分段函數,其零點為-1,4,于是f(x)>0?x<-1或x>4.所以原不等式的解集為(-∞,-1)∪(4,+∞).方法三 x為不等式|x-1|+|x-2|>5的解集?x是與數軸的點A(1)及B(2)兩點距離之和大于5的點.由于A、B兩點的距離1,線段AB上的點不符合要求,利用圖形(如上圖),可知符合條件的點應該是在A點的左側離A最近距離是2,在B點的右側離B最近距離為2的點處,即x>4或x<-1,所以原不等式的解集為(-∞,-1)∪(4,+∞).題型十二 函數圖象相關的應用題例12 解關于x的不等式|logaax2|<|logax|+2.分析:換元求解,令logax=t.解析:原不等式化為|1+2logax|<|logax|+2,令t=logax,所以|2t+1|<|t|+2,兩邊平方得:4t2+4t+1<t2+4|t|+4?3t2+4t-4|t|-3<0.當t≥0時,3t2-3<0?t2<1?-1<t<1,所以0≤t<1;當t<0時,3t2+8t-3<0?-3<t<,所以-3<t<0.綜上所述,-3<t<1.因為t=logax,所以-3<logax<1.當0<a<1時,a<x<a-3,當a>1時,a-3<x<a,所以原不等式的解集為:當0<a<1時,{x|a<x<a-3};當a>1時,{x|a-3<x<a}.鞏
固 已知y=loga(2-ax)在(0,1)上是增函數,則不等式loga|x+1|>loga|x-3|的解集為(  )A.{x|x<-1}B.{x|x<1}C.{x|x<1,且x≠-1}D.{x|x>1}解析:∵y=loga(2-ax)在(0,1)上是增函數,又a>0,∴2-ax為減函數.∴0B.ac>bdC.->-
D.a-d>b-c答案:D 2.若<<0,則下列等式:①<;②|a|+b>0;③a->b-;④ln
a2>ln
b2.其中,正確的不等式是(  )A.①④
B.②③C.①③
D.②④答案:C3.若a,b∈R,則不等式:①a2+3>2a;②a2+b2≥2(a-b-1);③a5+b5>a3b2+a2b3;④a+≥2中一定成立的是(  )A.①②③
B.①②④
C.①②
D.②④答案:C4.若x>,則f(x)=4x+的最小值為(  )A.-3
B.2
C.5
D.7答案:D5.若a>0,b>0,且ln(a+b)=0,則+的最小值是(  )A.
B.1
C.4
D.8答案:C 6.當點(x,y)在直線x+3y=2上移動時,表達式3x+27y+1的最小值為(  )A.3
B.5
C.1
D.7答案:D7.若10,y>0,2x+y+6=xy得xy≥2+6(當且僅當2x=y時,取“=”),即()2-2()-6≥0.∴(-3)(+)≥0.又∵>0,∴≥3,即xy≥18.∴xy的最小值為18.答案:1811.已知a,b,c均為正數,且a+b+c=1.求證:++≥9.證明:++=++=3+++≥3+2+2+2=9.當且僅當a=b=c=時取等號.12.已知x,y,z都為正數,且xyz(x+y+z)=1.求證:(x+y)(y+z)≥2.證明:由已知得xz>0,y(x+y+z)>0.又xyz(x+y+z)=1,所以(x+y)(y+z)=xy+xz+y2+yz=xz+y(x+y+z)≥2=2,即(x+y)(y+z)≥2.當且僅當時取等號.13.(1)已知x>1,求函數y=的最小值;(2)若x<,求函數y=2x+2+的最大值.解析:(1)y===x+1+=x-1++2.∵x>1,∴x-1>0.∴y=x-1++2≥2+2=4.當且僅當x-1=,即x=2時等號成立.∴ymin=4.(2)y=2x+2+=(2x-1)++3∵x<,∴2x-1<0.即1-2x>0.∴y=2x+2+=-+3≤-2+3=1.當且僅當1-2x=,即x=0時,等號成立.∴ymax=1.
絕對值不等式1.已知集合A={x|x2-5x+6≤0},B=x|2x-1|>3,則A∩B等于(  )A.{x|2≤x≤3}
B.{x|2≤x<3}C.{x|2D.{x|-13的解集是(  )A.{x|x>}
B.{x|D.{x|-310的解集是________.答案:{x|x>3或x<-} 5.x2-2|x|-15>0的解集是________.答案:(-∞,-5)∪(5,+∞)6.解不等式|x+5|-|x-3|>10.解析:|x+5|=0,|x-3|=0的根為-5,3.(1)當x≤-5時,|x+5|-|x-3|>10?-x-5+x-3>10?-18>10.所以的解集為?.(2)當-510?x+5+x-3>10?2x+2>10?x>4.所以的解集為?.(3)當x≥3時,|x+5|-|x-3|>10?x+5-x+3>10?8>10.所以的解集為?.綜上所述,原不等式的解集為?.7.解不等式x+|2x-1|<3.解析:原不等式可化為或解得≤x<或-2x.解析:當x<0時,原不等式恒成立;當x≥0時,原不等式可化為x2+x-2>x或x2+x-2<-x.即x2>2或x2+2x-2<0.∴x>或x<-或-1-.綜上所述,原不等式的解集是{x|x<-1或x>}.9.解不等式|x2-3x-4|>x+2.解析:方法一 原不等式等價于x+2≤0①或②由①?x≤-2,由②??-2<x<2-或x>2+或1-<x<1+,所以原不等式的解集為(-∞,2-)∪(1-,1+)∪(2+,+∞).方法二 原不等式等價于或即①或②∴不等式組①的解集為(-∞,2-)∪(2+,+∞),不等式組②的解集為(1-,1+).所以原不等式的解集為(-∞,2-)∪(1-,1+)∪(2+,+∞).方法三 原不等式等價于[(x2-3x-4)+(x+2)][(x2-3x-4)-(x+2)]>0即(x2-2x-2)(x2-4x-6)>0,(x-1-)(x-1+)(x-2-)(x-2+)>0,結合圖形(如上圖)可知原不等式的解集為(-∞,2-)∪(1-,1+)∪(2+,+∞).10.若x∈R不等式|x-1|+|x-2|≤a的解集為非空集合.求實數a的取值范圍.解析:要使|x-1|+|x-2|≤a的解集非空,只需a不小于|x-1|+|x-2|的最小值即可.由|x-1|,|x-2|可以看作數軸上的點到1,2兩點的距離,可以看出|x-1|+|x-2|的最小值為1.所以a≥1.故a的取值范圍是[1,+∞).11.已知f(x)=|ax+1|(a∈R),不等式f(x)≤3的解集為{x|-2≤x≤1}.(1)求a的值;(2)若f(x)-2f≤k恒成立,求k的取值范圍.解析:(1)由|ax+1|≤3得-4≤ax≤2,又f(x)≤3的解集為{x|-2≤x≤1},所以當a≤0時,不合題意.當a>0時,-≤x≤,得a=2.(2)記h(x)=f(x)-2f(),則h(x)=所以|h(x)|≤1,因此k≥1.所以k的取值范圍是[1,+∞).12.已知函數f(x)=|2x-1|+|2x+a|,g(x)=x+3.(1)當a=-2時,求不等式f(x)-1,且當x∈-,時,f(x)≤g(x),求a的取值范圍.解析:(1)當a=-2時,不等式f(x)PAGE

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