含参不等式的解法【主要是二次不等式】

一、二次不等式

\(\fbox{例1}\) (数字系数的二次不等式)

解关于\(x\)的不等式\(-x^2+4x-3 \ge 0\)

\(\fbox{例2}\) (含参数的二次不等式,一动根一静根)

解关于\(x\)的不等式\((x-2)[x-(3a+1)]<0\)

\(\fbox{例3}\) (含参数的二次不等式,两动根)

解关于\(x\)的不等式\(x^2-\cfrac{a}{2}x-\cfrac{a^2}{2}<0\)

分析:将原不等式等价转化为\((x-a)(x+\cfrac{a}{2})<0\),令\((x-a)(x+\cfrac{a}{2})=0\),则方程的两个根为\(x=-\cfrac{a}{2}\)\(x=a\),下来根据这两个动根的大小分类讨论


\(-\cfrac{a}{2}<a\)时,即\(a>0\)时,不等式的解集为\((-\cfrac{a}{2},a)\)

\(-\cfrac{a}{2}=a\)时,即\(a=0\)时,不等式的解集为\(\varnothing\)

\(-\cfrac{a}{2}>a\)时,即\(a<0\)时,不等式的解集为\((a,-\cfrac{a}{2})\)

\(\fbox{例4}\) (含参数的二次不等式,两动根)

解关于\(x\)的不等式\(x^2-(a^2+a)x+a^3\leq 0\)

分析:将原不等式等价转化为\((x-a^2)(x-a)\leq 0\),其对应方程的两个根为\(x=a^2\)\(x=a\),分类讨论如下:

\(1^{\circ}\)\(a^2>a\),即\(a<0\)\(a>1\)时,解集为\([a,a^2]\)

\(2^{\circ}\)\(a^2=a\),即\(a=0\)\(a=1\)时,解集为\(\{0,1\}\)

\(3^{\circ}\)\(a^2<a\),即\(0<a<1\)时,解集为\([a^2,a]\)

综上所述,当\(a<0\)\(a>1\)时,解集为\([a,a^2]\);当\(a=0\)\(a=1\)时,解集为\(\{0,1\}\);当\(0<a<1\)时,解集为\([a^2,a]\)

\(\fbox{例5}\) (含参数的二次不等式,两动根)

解关于\(x\)的不等式\(\cfrac{x-2a}{x-(a^2+1)}<0\).

分析:

\(a=1\)时,

\(a\neq 1\)时,

二、能转化为含有参数的二次不等式

设函数\(f(x)=\cfrac{1}{2}{x^2}+aln(1+x)\)

(Ⅰ)讨论\(f(x)\)的单调性;

【分析】(Ⅰ)利用导数转化为求解含有参数a的不等式,给导函数的分子配方就能找到分类讨论的标准。

【解答】(Ⅰ)导数法研究单调性,先求出定义域\((-1,+\infty)\)

\(f'(x)=x+\cfrac{a}{x+1}=\cfrac{x(x+1)+a}{x+1}\)

\(=\cfrac{x^2+x+a}{x+1}\)

\(=\cfrac{(x+\cfrac{1}{2})^2+a-\cfrac{1}{4}}{x+1}\)

①当\(a≥\cfrac{1}{4}\)时,\(f'(x)≥0\)恒成立,且当\(a=\cfrac{1}{4}\)时仅仅在\(x=-\cfrac{1}{2}\)处取到等号,故函数\(f(x)\)\((-1,+∞)\)上单调递增;

②当\(a<\cfrac{1}{4}\)时,令\(x^2+x+a=0\),得到\(x=\cfrac{-1±\sqrt{1-4a}}{2}\),接下来将其中的小根和-1作比较,

\(-1<\cfrac{-1-\sqrt{1-4a}}{2}\)时,即\(0<a<\cfrac{1}{4}\)时,

\(x\in (-1,\cfrac{-1-\sqrt{1-4a}}{2})\)时,\(f'(x)>0\)\(f(x)\)单调递增,

\(x\in(\cfrac{-1-\sqrt{1-4a}}{2},\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2})\)时,\(f'(x)<0\)\(f(x)\)单调递减,

\(x\in(\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2},+\infty)\)时,\(f'(x)>0\)\(f(x)\)单调递增,

\(-1=\cfrac{-1-\sqrt{1-4a}}{2}\)时,即\(a=0\)时,\(x\in (-1,\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2})\)时,\(f'(x)<0\)\(f(x)\)单调递减,\(x\in(\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2},+\infty)\)时,\(f'(x)>0\)\(f(x)\)单调递增,

\(-1>\cfrac{-1-\sqrt{1-4a}}{2}\)时,即\(a<0\)时,\(x\in(-1,\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2})\)时,\(f'(x)<0\)\(f(x)\)单调递减,\(x\in(\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2},+\infty)\)时,\(f'(x)>0\)\(f(x)\)单调递增,

综上所述,当\(a≥\cfrac{1}{4}\)时,函数\(f(x)\)的单调递增区间为\((-1,+∞)\),无单调递减区间;

\(0<a<\cfrac{1}{4}\)时,单调递增区间为\((-1,\cfrac{-1-\sqrt{1-4a}}{2})\)\((\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2},+\infty)\),单调递减区间为\((\cfrac{-1-\sqrt{1-4a}}{2},\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2})\)

\(a≤0\)时,单调递减区间为\((-1,\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2})\),单调递增区间为\((\cfrac{-1+\sqrt{1-4a}}{2},+\infty)\)

三、关于二次不等式的恒成立问题

角度一 形如\(f(x)\ge 0(f(x)\leq 0)(x\in R)\)型的不等式确定参数范围

\(\fbox{例3}\)(2017铜川模拟)不等式\(a^2+8b^2\ge \lambda b(a+b)\)对于任意的\(a,b\in R\)恒成立,则实数\(\lambda\)的取值范围为_____________。

法1:(将\(b\)\(\lambda\)看做系数)将不等式转化为\(a^2-\lambda ba+8b^2-\lambda b^2\ge 0\)对任意的\(a\in R\)恒成立,则\(\Delta =b^2\lambda^2-4(8b^2-\lambda b^2)=b^2(\lambda^2+4\lambda-32)\leq 0\),解得\(-8\leq \lambda \leq 4\)

法2:当\(b=0\)时,即\(a^2\ge 0\)恒成立,\(\lambda\in R\)

\(b\neq 0\)时,原不等式等价于\((\cfrac{a}{b})^2+8\ge \lambda (\cfrac{a}{b})+\lambda\),令\(\cfrac{a}{b}=t\in R\),即\(t^2-\lambda t+8-\lambda\ge 0\)对任意的\(t\in R\)恒成立,则\(\Delta =(\lambda)^2-4(8-\lambda)\leq 0\),解得\(-8\leq \lambda \leq 4\)

综上所述(两种情况取交集),实数\(\lambda\)的取值范围为\(-8\leq \lambda \leq 4\)

角度二 形如\(f(x)\ge 0(x\in[a,b])\)型的不等式确定参数范围

\(\fbox{例4}\) 设函数\(f(x)=mx^2-mx-x(m\neq 0)\),若对于\(x\in [1,3]\)\(f(x)<-m+5\)恒成立,求\(m\)的取值范围。

法1:利用二次函数求解,要使\(f(x)<-m+5\)恒成立,即\(mx^2-mx+m-6<0\),即\(m(x-\cfrac{1}{2})^2+\cfrac{3}{4}x-6<0\)\(x\in[1,3]\)上恒成立,令\(g(x)=m(x-\cfrac{1}{2})^2+\cfrac{3}{4}x-6,x\in [1,3]\)
\(m>0\)时,\(g(x)\)\([1,3]\)上是增函数,所以\(g(x)_{max}=g(3)=7m-6<0\), 解得\(m<\cfrac{6}{7}\),则有\(0<m<\cfrac{6}{7}\)
\(m<0\)时,\(g(x)\)\([1,3]\)上是减函数,所以\(g(x)_{max}=g(1)=m-6<0\), 解得\(m<6\),则有\(m<0\)
综上所述,\(m\)的取值范围是\((-\infty,0)\cup(0,\cfrac{6}{7})\)
法2:分类参数法,因为\(x^2-x+1>0\),由\(f(x)<-m+5\)可得\(m(x^2-x+1)-6<0\),故有\(m<\cfrac{6}{x^2-x+1}\)恒成立,
又因为函数\(y=\cfrac{6}{x^2-x+1}=\cfrac{6}{(x-\cfrac{1}{2})^2+\cfrac{3}{4}}\)在区间\([1,3]\)上的最小值为\(\cfrac{6}{7}\),故只需\(m<\cfrac{6}{7}\)即可,
又因为\(m\neq 0\),所以\(m\)的取值范围是\((-\infty,0)\cup(0,\cfrac{6}{7})\)

角度三 形如\(f(x)\ge 0(参数m\in[a,b])\)型的不等式确定参数范围

\(\fbox{例5}\)已知\(a\in[-1,1]\)时不等式\(x^2+(a-4)x+4-2a>0\)恒成立,则\(x\)的取值范围是多少?
分析:主辅元换位,把不等式的左端看成关于\(a\)的一次函数,记为\(f(a)=(x-2)a+x^2-4x+4\),则由\(f(a)>0\)对于任意的\(a\in[-1,1]\)恒成立,只需\(\begin{cases}f(-1)>0\\f(1)>0\end{cases}\)即可,即\(\begin{cases}x^2-5x+6>0\\x^2-3x+2>0\end{cases}\),解得\(x<1\)\(x>3\),则\(x\)的取值范围是\((-\infty,1)\cup(3,+\infty)\).

四、对应练习:

1、(2017新余模拟)不等式\(x^2-2x+5\ge a^2-3a\)对任意实数\(x\)恒成立,则实数\(a\)的取值范围是
分析:令\(a^2-3a=A\)\(x^2-2x+5=f(x)\),则转化为\(f(x)\ge A\)对任意实数恒成立,即需要求解\(f(x)_{min}\);

2、已知不等式\(x^2-2x+a>0\)对任意实数\(x\in[2,3]\)恒成立,则实数\(a\)的取值范围是___________.

分析:分离参数得到\(a>-x^2+2x\)对任意实数\(x\in[2,3]\)恒成立,即需要求函数\(f(x)=-x^2+2x,x\in[2,3]\)\(f(x)_{max}\),\(f(x)=-(x-1)^2+1,x\in[2,3]\),故\(f(x)_{max}=f(2)=0\),则得到\(a>0\).

3、已知函数\(f(x)=-x^2+ax+b^2-b+1(a\in R,b\in R)\),对任意实数\(x\)都有\(f(1-x)=f(1+x)\)成立,若当\(x\in[-1,1]\)时,\(f(x)>0\)恒成立,则\(b\)的取值范围是_____________.

分析:先由\(f(1-x)=f(1+x)\)得到,二次函数的对称轴\(x=-\cfrac{a}{-2}=1\),解得\(a=2\)

故题目转化为\(-x^2+2x+b^2-b+1>0\)对任意\(x\in [-1,1]\)恒成立,

整体法分离参数,得到\(b^2-b>x^2-2x-1\)对任意\(x\in[-1,1]\)恒成立。

\(g(x)=x^2-2x-1,x\in[-1,1]\),需要求函数\(g(x)_{max}\)

\(g(x)=x^2-2x-1=(x-1)^2-2,x\in[-1,1]\),故\(g(x)\)在区间\([-1,1]\)上单调递减,则\(g(x)_{max}=g(-1)=2\)

\(b^2-b>2\),解得\(b<-1\)\(b>2\)

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