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- 2021-06-15 发布
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选修4-5 不等式选讲
第一节绝对值不等式
1.绝对值三角不等式
定理1 如果a,b是实数,则|a+b|≤|a|+|b|,当且仅当ab≥0时,等号成立.
定理2 如果a,b,c是实数,那么|a-c|≤|a-b|+|b-c|,当且仅当(a-b)(b-c)≥0时,等号成立.
2.绝对值不等式的解法
(1)含绝对值不等式|x|a的解法
不等式
a>0
a=0
a<0
|x|a
(2)|ax+b|≤c(c>0)和|ax+b|≥c(c>0)型不等式的解法
①|ax+b|≤c⇔-c≤ax+b≤c;
②|ax+b|≥c⇔ax+b≥c或ax+b≤-c.
1.设a,b为满足ab<0的实数,那么( )
A.|a+b|>|a-b| B.|a+b|<|a-b|
C.|a-b|<||a|-|b|| D.|a-b|<|a|+|b|
解析 选B ∵ab<0,
∴|a-b|=|a|+|b|>|a+b|.
2.若不等式| x-4|≤2的解集为,则实数 =________.
解析 由| x-4|≤2⇔2≤ x≤6.
∵不等式的解集为,∴ =2.
答案 2
3.函数y=|x-4|+|x+4|的最小值为________.
解析 因为|x-4|+|x+4|≥|(x-4)-(x+4)|=8,
所以所求函数的最小值为8.
答案 8
4.不等式|x+1|-|x-2|≥1的解集是________.
解析 令f(x)=|x+1|-|x-2|=
当-11恒成立.
所以不等式的解集为.
答案
[考什么·怎么考]
绝对值不等式的解法是每年高考的重点,既单独考查,也与函数的图象、含参问题等的综合考查,难度较小,属于低档题.
1.(2016·全国卷Ⅰ)已知函数f(x)=|x+1|-|2x-3|.
(1)画出y=f(x)的图象;
(2)求不等式|f(x)|>1的解集.
解 (1)由题意得f(x)=
故y=f(x)的图象如图所示.
(2)由f(x)的函数表达式及图象可知,
当f(x)=1时,可得x=1或x=3;
当f(x)=-1时,可得x=或x=5.
故f(x)>1的解集为{x|11的解集为.
2.解下列不等式.
(1)|2x+1|-2|x-1|>0;
(2)|x+3|-|2x-1|<+1.
解 (1)法一 原不等式可化为|2x+1|>2|x-1|,
两边平方得4x2+4x+1>4(x2-2x+1),
解得x>,
所以原不等式的解集为.
法二 原不等式等价于
或或
解得x>,所以原不等式的解集为.
(2)①当x<-3时,
原不等式化为-(x+3)-(1-2x)<+1,
解得x<10,∴x<-3.
②当-3≤x≤时,
原不等式化为(x+3)-(1-2x)<+1,
解得x<-,∴-3≤x<-.
③当x>时,
原不等式化为(x+3)+(1-2x)<+1,
解得x>2,∴x>2.
综上可知,原不等式的解集为.
[怎样快解·准解]
绝对值不等式的常见3解法
(1)零点分段讨论法
含有两个或两个以上绝对值符号的不等式,可用零点分段讨论法脱去绝对值符号,将其转化为与之等价的不含绝对值符号的不等式(组),一般步骤如下
①令每个绝对值符号里的代数式为零,并求出相应的根;
②将这些根按从小到大排序,它们把实数集分为若干个区间;
③在所分的各区间上,根据绝对值的定义去掉绝对值符号,求所得的各不等式在相应区间上的解集;
④这些解集的并集就是原不等式的解集.
(2)利用绝对值的几何意义
由于|x-a|+|x-b|与|x-a|-|x-b|分别表示数轴上与x对应的点到与a,b对应的点的距离之和与距离之差,因此对形如|x-a|+|x-b|0)或|x-a|-|x-b|>c(c>0)的不等式,利用绝对值的几何意义求解更直观.
(3)数形结合法
在直角坐标系中作出不等式两边所对应的两个函数的图象,利用函数图象求解.
[易错提醒] 用零点分段法和几何意义求解绝对值不等式时,去绝对值符号的关键点是找零点,将数轴分成若干段,然后从左到右逐段讨论.
[典题领悟]
1.若对于实数x,y有|1-x|≤2,|y+1|≤1,求|2x+3y+1|的最大值.
解 因为|2x+3y+1|=|2(x-1)+3(y+1)|
≤2|x-1|+3|y+1|≤7,
所以|2x+3y+1|的最大值为7.
2.若a≥2,x∈R,求证 |x-1+a|+|x-a|≥3.
证明 因为|x-1+a|+|x-a|
≥|(x-1+a)-(x-a)|=|2a-1|,
又a≥2,故|2a-1|≥3,
所以|x-1+a|+|x-a|≥3成立.
[解题师说]
证明绝对值不等式的3种主要方法
(1)利用绝对值的定义去掉绝对值符号,转化为一般不等式再证明.
(2)利用三角不等式||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|进行证明.
(3)转化为函数问题,利用数形结合进行证明.
[冲关演练]
已知x,y∈R,且|x+y|≤,|x-y|≤,求证 |x+5y|≤1.
证明 ∵|x+5y|=|3(x+y)-2(x-y)|.
∴由绝对值不等式的性质,得
|x+5y|=|3(x+y)-2(x-y)|≤|3(x+y)|+|2(x-y)|
=3|x+y|+2|x-y|≤3×+2×=1.
即|x+5y|≤1成立.
绝对值不等式的综合应用是每年高考的热点,主要涉及绝对值不等式的解法、恒成立问题,难度适中,属于中档题.
[典题领悟]
(2017·全国卷Ⅲ)已知函数f(x)=|x+1|-|x-2|.
(1)求不等式f(x)≥1的解集;
(2)若不等式f(x)≥x2-x+m的解集非空,求m的取值范围.
解 (1)f(x)=
当x<-1时,f(x)≥1无解;
当-1≤x≤2时,由f(x)≥1,得2x-1≥1,解得1≤x≤2;
当x>2时,由f(x)≥1,解得x>2.
所以f(x)≥1的解集为{x|x≥1}.
(2)由f(x)≥x2-x+m,得m≤|x+1|-|x-2|-x2+x.
而|x+1|-|x-2|-x2+x≤|x|+1+|x|-2-x2+|x|=-2+≤,
当且仅当x=时,|x+1|-|x-2|-x2+x=.
故m的取值范围为.
[解题师说]
设函数f(x)中含有绝对值,则
(1)f(x)>a有解⇔f(x)max>a.
(2)f(x)>a恒成立⇔f(x)min>a.
(3)f(x)>a恰在(c,b)上成立⇔c,b是方程f(x)=a的解.
[冲关演练]
1.(2017·全国卷Ⅰ)已知函数f(x)=-x2+ax+4,g(x)=|x+1|+|x-1|.
(1)当a=1时,求不等式f(x)≥g(x)的解集;
(2)若不等式f(x)≥g(x)的解集包含[-1,1],求a的取值范围.
解 (1)当a=1时,不等式f(x)≥g(x)等价于
x2-x+|x+1|+|x-1|-4≤0. ①
当x<-1时,①式化为x2-3x-4≤0,无解;
当-1≤x≤1时,①式化为x2-x-2≤0,从而-1≤x≤1;
当x>1时,①式化为x2+x-4≤0,
从而1<x≤.
所以f(x)≥g(x)的解集为.
(2)当x∈[-1,1]时,g(x)=2.
所以f(x)≥g(x)的解集包含[-1,1],等价于当x∈[-1,1]时,f(x)≥2.
又f(x)在[-1,1]的最小值必为f(-1)与f(1)之一,
所以f(-1)≥2且f(1)≥2,得-1≤a≤1.
所以a的取值范围为[-1,1].
2.已知函数f(x)=|2x-a|+a.
(1)当a=2时,求不等式f(x)≤6的解集;
(2)设函数g(x)=|2x-1|.当x∈R时,f(x)+g(x)≥3,求a的取值范围.
解 (1)当a=2时,f(x)=|2x-2|+2.
解不等式|2x-2|+2≤6,得-1≤x≤3.
因此f(x)≤6的解集为{x|-1≤x≤3}.
(2)当x∈R时,f(x)+g(x)=|2x-a|+a+|1-2x|≥3,
即+≥.
又min=,
所以≥,解得a≥2.
所以a的取值范围是[2,+∞).
1.已知函数f(x)=|x-4|+|x-a|(a∈R)的最小值为a.
(1)求实数a的值;
(2)解不等式f(x)≤5.
解 (1)f(x)=|x-4|+|x-a|≥|a-4|=a,
从而解得a=2.
(2)由(1)知,f(x)=|x-4|+|x-2|=
故当x≤2时,由-2x+6≤5,得≤x≤2,
当24时,由2x-6≤5,得40,b>0,函数f(x)=|x+a|+|2x-b|的最小值为1.
(1)证明 2a+b=2;
(2)若a+2b≥tab恒成立,求实数t的最大值.
解 (1)证明 因为-a<,所以f(x)=|x+a|+|2x-b|=显然f(x)在上单调递减,在上单调递增,所以f(x)的最小值为f=a+,所以a+=1,即2a+b=2.
(2)因为a+2b≥tab恒成立,所以≥t恒成立,
=+=(2a+b)
=≥=.
当且仅当a=b=时,取得最小值,
所以t≤,即实数t的最大值为.
7.已知函数f(x)=|x+1|-2|x-a|,a>0.
(1)当a=1时,求不等式f(x)>1的解集;
(2)若f(x)的图象与x轴围成的三角形面积大于6,求a的取值范围.
解 (1)当a=1时,
f(x)>1化为|x+1|-2|x-1|-1>0.
当x≤-1时,不等式化为x-4>0,无解;
当-10,
解得0,解得1≤x<2.
所以f(x)>1的解集为.
(2)由题设可得f(x)=
所以函数f(x)的图象与x轴围成的三角形的三个顶点分别为A,B(2a+1,0),C(a,a+1),
所以△ABC的面积为(a+1)2.
由题设得(a+1)2>6,故a>2.
所以a的取值范围为(2,+∞).
8.已知函数f(x)=|3x+2|.
(1)解不等式f(x)<4-|x-1|;
(2)已知m+n=1(m,n>0),若|x-a|-f(x)≤+(a>0)恒成立,求实数a的取值范围.
解 (1)不等式f(x)<4-|x-1|,
即|3x+2|+|x-1|<4.
当x<-时,不等式化为-3x-2-x+1<4,
解得-1时,不等式化为3x+2+x-1<4,无解.
综上所述,原不等式的解集为.
(2)+=(m+n)=1+1++≥4,
当且仅当m=n=时等号成立.
令g(x)=|x-a|-f(x)=|x-a|-|3x+2|=
∴x=-时,g(x)max=+a,
要使不等式恒成立,只需g(x)max=+a≤4,
解得00,b>0时,aabb≥(ab).
证明 ∵=,
∴当a=b时,=1,
当a>b>0时,>1,>0,
∴>1,
当b>a>0时,0<<1,<0,
∴>1,
∴aabb≥(ab).
[典题领悟]
(2017·全国卷Ⅱ)已知a>0,b>0,a3+b3=2.证明
(1)(a+b)(a5+b5)≥4;
(2)a+b≤2.
证明 (1)(1)(a+b)(a5+b5)=a6+ab5+a5b+b6
=(a3+b3)2-2a3b3+ab(a4+b4)
=4+ab(a2-b2)2≥4.
(2)∵(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3
=2+3ab(a+b)≤2+(a+b)
=2+,
∴(a+b)3≤8,因此a+b≤2.
[解题师说]
1.综合法证明不等式的方法
(1)综合法证明不等式,要着力分析已知与求证之间,不等式的左右两端之间的差异与联系.合理进行转换,恰当选择已知不等式,这是证明的关键;
(2)在用综合法证明不等式时,不等式的性质和基本不等式是最常用的.在运用这些性质时,要注意性质成立的前提条件.
2.综合法证明时常用的不等式
(1)a2≥0.
(2)|a|≥0.
(3)a2+b2≥2ab,它的变形形式有
a2+b2≥2|ab|;a2+b2≥-2ab;(a+b)2≥4ab;
a2+b2≥(a+b)2;≥2.
(4)≥,它的变形形式有
a+≥2(a>0);+≥2(ab>0);
+≤-2(ab<0).
(5)(a2+b2)(c2+d2)≥(ac+bd)2.
[冲关演练]
1.已知a>0,b>0,a+b=1,求证
(1)++≥8;
(2)≥9.
证明 (1)∵a+b=1,a>0,b>0,
∴++
=++
=2
=2
=2+4
≥4 +4=8,当且仅当a=b=时,等号成立,
∴++≥8.
(2)∵=+++1,
由(1)知++≥8.
∴≥9.
2.已知函数f(x)=2|x+1|+|x-2|.
(1)求f(x)的最小值m;
(2)若a,b,c均为正实数,且满足a+b+c=m,求证 ++≥3.
解 (1)当x<-1时,f(x)=-2(x+1)-(x-2)=-3x∈(3,+∞);
当-1≤x<2时,f(x)=2(x+1)-(x-2)=x+4∈[3,6);
当x≥2时,f(x)=2(x+1)+(x-2)=3x∈[6,+∞).
综上,f(x)的最小值m=3.
(2)证明 因为a,b,c均为正实数,且满足a+b+c=3,
所以+++(a+b+c)
=++
≥2=2(a+b+c),
当且仅当a=b=c=1时,取“=”,
所以++≥a+b+c,即++≥3.
[典题领悟]
已知函数f(x)=|x+1|.
(1)求不等式f(x)<|2x+1|-1的解集M;
(2)设a,b∈M,证明 f(ab)>f(a)-f(-b).
解 (1)由题意,|x+1|<|2x+1|-1,
①当x≤-1时,
不等式可化为-x-1<-2x-2,
解得x<-1;
②当-1<x<-时,
不等式可化为x+1<-2x-2,
此时不等式无解;
③当x≥-时,
不等式可化为x+1<2x,解得x>1.
综上,M={x|x<-1或x>1}.
(2)证明 因为f(a)-f(-b)=|a+1|-|-b+1|≤|a+1-(-b+1)|=|a+b|,
所以要证f(ab)>f(a)-f(-b),
只需证|ab+1|>|a+b|,
即证|ab+1|2>|a+b|2,
即证a2b2+2ab+1>a2+2ab+b2,
即证a2b2-a2-b2+1>0,
即证(a2-1)(b2-1)>0.
因为a,b∈M,所以a2>1,b2>1,
所以(a2-1)(b2-1)>0成立,所以原不等式成立.
[解题师说]
1.分析法的应用条件
当所证明的不等式不能使用比较法,且和重要不等式(a2+b2≥2ab)、基本不等式没有直接联系,较难发现条件和结论之间的关系时,可用分析法来寻找证明途径,使用分析法证明的关键是推理的每一步必须可逆.
2.用分析法证“若A则B”这个命题的模式
为了证明命题B为真,
只需证明命题B1为真,从而有…
只需证明命题B2为真,从而有…
……
只需证明命题A为真,而已知A为真,故B必真.
[冲关演练]
已知a>0,b>0,2c>a+b,求证 c-0,所以只要证a-2c<-b,
即证a+b<2c.
由已知条件知,上式显然成立,所以原不等式成立.
1.设a,b,c∈R+,且a+b+c=1.
(1)求证 2ab+bc+ca+≤;
(2)求证 ++≥2.
证明 (1)因为1=(a+b+c)2=a2+b2+c2+2ab+2bc+2ca≥4ab+2bc+2ca+c2,
所以2ab+bc+ca+=(4ab+2bc+2ca+c2)≤.
(2)因为≥,≥,≥,
所以++≥++=a+b+c≥2a+2b+2c=2.
2.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?并说明理由.
解 (1)由=+≥,
得ab≥2,且当a=b=时等号成立.
故a3+b3≥2≥4,且当a=b=时等号成立.
所以a3+b3的最小值为4.
(2)由(1)知,2a+3b≥2≥4.
由于4>6,从而不存在a,b,使得2a+3b=6.
3.设a,b,c,d均为正数,且a+b=c+d,求证
(1)若ab>cd,则+>+;
(2)+>+是|a-b|<|c-d|的充要条件.
证明 (1)因为(+)2=a+b+2,
(+)2=c+d+2,
由题设a+b=c+d,ab>cd,
得(+)2>(+)2.
因此+>+.
(2)①必要性 若|a-b|<|c-d|,
则(a-b)2<(c-d)2,
即(a+b)2-4ab<(c+d)2-4cd.
因为a+b=c+d,所以ab>cd.
由(1),得+>+.
②充分性 若+>+,
则(+)2>(+)2,
即a+b+2>c+d+2.
因为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|.
综上,+>+是|a-b|<|c-d|的充要条件.
4.已知定义在R上的函数f(x)=|x+1|+|x-2|的最小值为a.
(1)求a的值;
(2)若p,q,r是正实数,且满足p+q+r=a,求证 p2+q2+r2≥3.
解 (1)因为|x+1|+|x-2|≥|(x+1)-(x-2)|=3,
当且仅当-1≤x≤2时,等号成立,
所以f(x)的最小值等于3,即a=3.
(2)证明 由(1)知p+q+r=3,
又因为p,q,r是正实数,
所以(p2+q2+r2)(12+12+12)≥(p×1+q×1+r×1)2=(p+q+r)2=9,即p2+q2+r2≥3.
5.已知函数f(x)=|x-1|.
(1)解不等式f(2x)+f(x+4)≥8;
(2)若|a|<1,|b|<1,a≠0,求证 >f.
解 (1)f(2x)+f(x+4)=|2x-1|+|x+3|
=
当x<-3时,由-3x-2≥8,解得x≤-;
当-3≤x<时,-x+4≥8无解;
当x≥时,由3x+2≥8,解得x≥2.
所以不等式f(2x)+f(x+4)≥8的解集为
.
(2)证明 >f等价于f(ab)>|a|f,
即|ab-1|>|a-b|.
因为|a|<1,|b|<1,
所以|ab-1|2-|a-b|2
=(a2b2-2ab+1)-(a2-2ab+b2)
=(a2-1)(b2-1)>0,
所以|ab-1|>|a-b|.
故所证不等式成立.
6.(2018·武昌调研)设函数f(x)=|x-2|+2x-3,记f(x)≤-1的解集为M.
(1)求M;
(2)当x∈M时,证明 x[f(x)]2-x2f(x)≤0.
解 (1)由已知,得f(x)=
当x≤2时,由f(x)=x-1≤-1,
解得x≤0,此时x≤0;
当x>2时,由f(x)=3x-5≤-1,
解得x≤,显然不成立.
故f(x)≤-1的解集为M={x|x≤0}.
(2)证明 当x∈M时,f(x)=x-1,
于是x[f(x)]2-x2f(x)
=x(x-1)2-x2(x-1)
=-x2+x
=-2+.
令g(x)=-2+,
则函数g(x)在(-∞,0]上是增函数,
∴g(x)≤g(0)=0.
故x[f(x)]2-x2f(x)≤0.
7.已知a,b都是正实数,且a+b=2,求证 +≥1.
证明 ∵a>0,b>0,a+b=2,
∴+-1=
=
=
===.
∵a+b=2≥2,∴ab≤1.
∴≥0.
∴+≥1.
8.设函数f(x)=x-|x+2|-|x-3|-m,若∀x∈R,-4≥f(x)恒成立.
(1)求实数m的取值范围;
(2)求证 log(m+1)(m+2)>log(m+2)(m+3).
解 (1)∵∀x∈R,-4≥f(x)恒成立,
∴m+≥x-|x+2|-|x-3|+4恒成立.
令g(x)=x-|x+2|-|x-3|+4=
∴函数g(x)在(-∞,3]上是增函数,在(3,+∞)上是减函数,
∴g(x)max=g(3)=2,
∴m+≥g(x)max=2,
即m+-2≥0⇒=≥0,
∴m>0,
综上,实数m的取值范围是(0,+∞).
(2)证明 由m>0,知m+3>m+2>m+1>1,
即lg(m+3)>lg(m+2)>lg(m+1)>lg 1=0.
∴要证log(m+1)(m+2)>log(m+2)(m+3).
只需证>,
即证lg(m+1)·lg(m+3)log(m+2)(m+3)成立.