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選修4-5 不等式選講
考點整合
1.含有絕對值的不等式的解法
(1)|f(x)|>a(a>0)?f(x)>a或f(x)<-a;
(2)|f(x)|<a(a>0)?-a<f(x)<a;
(3)|x-a|+|x-b|≥c(c>0)和|x-a|+|x-b|≤c(c>0)型不等式的解法
法一:利用絕對值不等式的幾何意義求解,體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合的思想;
法二:利用“零點分段法”求解,體現(xiàn)了分類討論的思想;
2.絕對值三角不等式
|a|-|b|≤|ab|≤|a|+|b|.此性質(zhì)可用來解不等式或證明不等式.
3.基本不等式
定理1:設(shè)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(shù),則≥,當且僅當a=b時,等號成立.
定理3:如果a,b,c為正數(shù),則≥,當且僅當a=b=c時,等號成立.
定理4:(一般形式的算術(shù)—幾何平均不等式)如果a1、a2、…、an為n個正數(shù),則≥,當且僅當a1=a2=…=an時,等號成立.
4.柯西不等式
(1)設(shè)a,b,c,d為實數(shù),則(a2+b2)(c2+d2)≥(ac+bd)2,當且僅當ad=bc時等號成立.
(2)若ai,bi(i∈N*)為實數(shù),則(a)(b)≥(aibi)2,當且僅當bi=0(i=1,2,…,n)或存在一個數(shù)k,使得ai=kbi(i=1,2,…,n)時,等號成立.
(3)柯西不等式的向量形式:設(shè)α,β為平面上的兩個向量,則|a||β|≥|αβ|,當且僅當這兩個向量同向或反向時等號成立.
類型一 絕對值不等式
[例1] (2016高考全國乙卷)已知函數(shù)f(x)=|x+1|-|2x-3|.
(1)畫出y=f(x)的圖象;
(2)求不等式|f(x)|>1的解集.
解:(1)f(x)=|x+1|-|2x-3|
=
故y=f(x)的圖象如圖所示.
(2)由f(x)的函數(shù)表達式及圖象可知,
當f(x)=1時,可得x=1或x=3;
當f(x)=-1時,可得x=或x=5.
故f(x)>1的解集為{x|1
1的解集為
.
[解后反思] 根據(jù)絕對值的意義,分段討論去絕對值號
1.(2016高考全國丙卷)已知函數(shù)f(x)=|2x-a|+a.
(1)當a=2時,求不等式f(x)≤6的解集;
(2)設(shè)函數(shù)g(x)=|2x-1|,當x∈R時,f(x)+g(x)≥3,求a的取值范圍.
解:(1)當a=2時,f(x)=|2x-2|+2.
解不等式|2x-2|+2≤6得-1≤x≤3.
因此f(x)≤6的解集為{x|-1≤x≤3}.
(2)當x∈R時,f(x)+g(x)=|2x-a|+a+|1-2x|≥
|2x-a+1-2x|+a=|1-a|+a,
當x=時等號成立,所以當x∈R時,f(x)+g(x)≥3等價于|1-a|+a≥3.①
當a≤1時,①等價于1-a+a≥3,無解.
當a>1時,①等價于a-1+a≥3,解得a≥2.
所以a的取值范圍是[2,+∞).
類型二 不等式證明
[例2] (2016高考全國甲卷)已知函數(shù)f(x)=+,M為不等式f(x)<2的解集.
(1)求M;
(2)證明:當a,b∈M時,|a+b|<|1+ab|.
解:(1)f(x)=
當x≤-時,由f(x)<2得-2x<2,解得x>-1;
當-<x<時,f(x)<2;
當x≥時,由f(x)<2得2x<2,解得x<1.
所以f(x)<2的解集M={x|-1<x<1}.
(2)證明:由(1)知,當a,b∈M時,-1<a<1,-1<b<1,
從而(a+b)2-(1+ab)2=a2+b2-a2b2-1=(a2-1)(1-b2)<0.
因此|a+b|<|1+ab|.
[解后反思] 不等式的證明可以用綜合法、作差法、分析法等.
2.設(shè)a,b,c,d均為正數(shù),且a+b=c+d,證明:
(1)若ab>cd,則+>+;
(2)+>+是|a-b|<|c-d|的充要條件.
證明:(1)因為(+)2=a+b+2,(+)2=c+d+2,
由題設(shè)a+b=c+d,ab>cd,
得(+)2>(+)2.
因此+>+.
(2)①若|a-b|<|c-d|,則(a-b)2<(c-d)2,
即(a+b)2-4ab<(c+d)2-4cd.
因為a+b=c+d,所以ab>cd.
由(1)得+> +.
②若+> +,則(+)2>(+)2,
即a+b+2>c+d+2.
因為a+b=c+d,所以ab>cd.
于是(a-b)2=(a+b)2-4ab<(c+d)2-4cd=(c-d)2.
因此|a-b|<|c-d|.
綜上,+> +是|a-b|<|c-d|的充要條件.
限時規(guī)范訓練十 選修4-1、4-4、4-5
(建議用時45分鐘)
解答題(解答應(yīng)寫出文字說明,證明過程或演算步驟)
1.如圖,P是⊙O外一點,PA是切線,A為切點,割線PBC與⊙O相交于點B,C,PC=2PA,D為PC的中點,AD的延長線交⊙O于點E.證明:
(1)BE=EC;
(2)ADDE=2PB2.
證明:(1)連接AB,AC,
由題設(shè)知PA=PD,故∠PAD=∠PDA,
因為∠PDA=∠DAC+∠DCA,
∠PAD=∠BAD+∠PAB,
∠DCA=∠PAB,
所以∠DAC=∠BAD,從而=,因此BE=EC.
(2)由切割線定理得PA2=PBPC.
因為PA=PD=DC,
所以DC=2PB,BD=PB.
由相交弦定理得ADDE=BDDC,
所以ADDE=2PB2.
2.(2015高考全國卷Ⅱ)如圖,O為等腰三角形ABC內(nèi)一點,⊙O與△ABC的底邊BC交于M,N兩點,與底邊上的高AD交于點G,且與AB,AC分別相切于E,F(xiàn)兩點.
(1)證明:EF∥BC;
(2)若AG等于⊙O的半徑,且AE=MN=2,求四邊形EBCF的面積.
解:(1)證明:由于△ABC是等腰三角形,AD⊥BC,
所以AD是∠CAB的平分線.
又因為⊙O分別與AB,AC相切于點E,F(xiàn),所以AE=AF,故AD⊥EF.從而EF∥BC.
(2)由(1)知,AE=AF,AD⊥EF,
故AD是EF的垂直平分線.
又EF為⊙O的弦,所以O(shè)在AD上.
連接OE,OM,則OE⊥AE.
由AG等于⊙O的半徑得AO=2OE,所以∠OAE=30.
因此△ABC和△AEF都是等邊三角形.
因為AE=2,所以AO=4,OE=2.
因為OM=OE=2,DM=MN=,所以O(shè)D=1.
于是AD=5,AB=.
所以四邊形EBCF的面積為2-(2)2=.
3.(2015高考全國卷Ⅰ)在直角坐標系xOy中,直線C1:x=-2,圓C2:(x-1)2+(y-2)2=1,以坐標原點為極點,x軸的正半軸為極軸建立極坐標系.
(1)求C1,C2的極坐標方程;
(2)若直線C3的極坐標方程為θ=(ρ∈R),設(shè)C2與C3的交點為M,N,求△C2MN的面積.
解:(1)因為x=ρcos θ,y=ρsin θ,所以C1的極坐標方程為ρcos θ=-2,C2的極坐標方程為ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+4=0.
(2)將θ=代入ρ2-2ρcos θ-4ρsin θ+4=0,得ρ2-3ρ+4=0,解得ρ1=2,ρ2=.故ρ1-ρ2=,即|MN|=.由于C2的半徑為1,所以△C2MN的面積為.
4.已知直線l的參數(shù)方程為(t為參數(shù)),圓C的參數(shù)方程為(θ為參數(shù)).
(1)求直線l和圓C的普通方程;
(2)若直線l與圓C有公共點,求實數(shù)a的取值范圍.
解:(1)直線l的普通方程為2x-y-2a=0,
圓C的普通方程為x2+y2=16.
(2)因為直線l與圓C有公共點,
故圓C的圓心到直線l的距離d=≤4,
解得-2≤a≤2.
5.設(shè)函數(shù)f(x)=+|x-a|(a>0).
(1)證明:f(x)≥2;
(2)若f(3)<5,求a的取值范圍.
解:(1)證明:由a>0,得f(x)=+|x-a|≥=+a≥2,所以f(x)≥2.
(2)f(3)=+|3-a|.
當a>3時,f(3)=a+,
由f(3)<5得3<a<.
當0<a≤3時,f(3)=6-a+,
由f(3)<5得<a≤3.
綜上,a的取值范圍是.
6.若a>0,b>0,且+=.
(1)求a3+b3的最小值;
(2)是否存在a,b,使得2a+3b=6?并說明理由.
解:(1)由=+≥,得ab≥2,且當a=b=時等號成立.
故a3+b3≥2≥4,且當a=b=時等號成立.
所以a3+b3的最小值為4.
(2)不存在a,b,使得2a+3b=6.理由如下:
由①知,2a+3b≥2≥4.
由于4>6,從而不存在a,b,使得2a+3b=6.
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