数学百大经典例题-绝对值不等式
典型例题一
例1 解不等式x +1>2x -3-2
⎧a (a ≥0)
分析:解含有绝对值的不等式,通常是利用绝对值概念a =⎨,将不等式中
-a (a
的绝对符号去掉,转化成与之同解的不含绝对值的不等式(组),再去求解.去绝对值符号
的关键是找零点(使绝对值等于零的那个数所对应的点),将数轴分成若干段,然后从左向右逐段讨论.
解:令x +1=0,∴ x =-1,令2x -3=0,∴x =
3
,如图所示. 2
(1)当x ≤-1时原不等式化为-(x +1) >-(2x -3) -2 ∴x >2与条件矛盾,无解.
3
时,原不等式化为x +1>-(2x -3) -2. 2
3
∴ x >0,故0
2
3
(3)当x >时,原不等式化为
2
3
x +1>2x -3-2.∴x
2
(2)当-1
综上,原不等式的解为x 0
说明:要注意找零点去绝对值符号最好画数轴,零点分段,然后从左向右逐段讨论,这样做条理分明、不重不漏.
{}
典型例题二
例2 求使不等式x -4+x -3
分析:此题若用讨论法,可以求解,但过程较繁;用绝对值的几何意义去求解十分简便.
解法一:将数轴分为(-∞, 3], [3, 4],(4, +∞) 三个区间 当x
7-a 7-a
有解的条件为
22
a >1;
当3≤x ≤4时,得(4-x ) +(x -3) 1;
a +7a +7
,有解的条件为 >4 ∴a >1.22
以上三种情况中任一个均可满足题目要求,故求它们的并集,即仍为a >1.
当x >4时,得(x -4) +(x -
3)
解法二:设数x ,3,4在数轴上对应的点分别为P ,A ,B ,如图,由绝对值的几何定义,原不等式PA +PB
因为AB =1,故数轴上任一点到A 、B 距离之和大于(等于1),即x -4+x -3≥1,故当a >1时,x -4+x -3
典型例题三
例3 已知x -a
εε
, 0
分析:根据条件凑x -a , y -b . 证明:xy -ab =xy -ya +ya -ab
=y (x -a ) +a (y -b ) ≤y x -a +a ⋅y -b
εε
+a ⋅=ε. 2M 2a
说明:这是为学习极限证明作的准备,要习惯用凑的方法.
典型例题四
例4 求证
a 2-b 2
a
≥a -b
分析:使用分析法
22
证明 ∵a >0,∴只需证明a -b ≥a -a b ,两边同除,即只需证明
2
2
a 2-b 2
b
2
≥
a b
22
-
a
,即 b
a a a () 2-≥() 2- b b b
当
a a a a a a
≥1时,() 2-1=() 2-1≥() 2-;当
a -b
说明:在绝对值不等式的证明,常用分析法.本例也可以一开始就用定理:
a 2-b 2
a
a -b b
≥=a -⋅
a a
22
(1)如果
a
≥1,则a -b ≤0,原不等式显然成立. b
b b b
-b ,利用不等式的传递性知a -,b >a -b ,∴a a a
(2)如果
原不等式也成立.
典型例题五
例5 求证
a +b 1+a +b
≤
a 1+a
+
b 1+b
.
分析:本题的证法很多,下面给出一种证法:比较要证明的不等式左右两边的形式完全相同,使我们联想利用构造函数的方法,再用单调性去证明.
证明:设f (x ) =
x 1+x -11
. ==1-
1+x 1+x 1+x
定义域为{x x ∈R ,且x ≠-1},f (x ) 分别在区间(-∞, -1) ,区间(-1, +∞) 上是增函数.
又0≤a +b ≤a +b , ∴f (a +b ) ≤f (a +b )
即
a +b 1+a +b
≤
a +b 1+a +b
=
a 1+a +b
+
b 1+a +b
≤
a 1+a
+
b 1+b
∴原不等式成立.
说明:在利用放缩法时常常会产生如下错误: ∵a +b ≤a +b ,1+a +b >0,
∴
a +b a b a b a +b ≤=+≤+.
1+a +b 1+a +b 1+a +b 1+a +b 1+a 1+b
错误在不能保证1+a +b ≥1+a ,1+a +b ≥1+b .绝对值不等式a ±b ≤a +b 在运用放缩法证明不等式时有非常重要的作用,其形式转化比较灵活.放缩要适度,要根据题目的要求,及时调整放缩的形式结构.
典型例题六
(a +1) 2(a -1) 2
例6 关于实数x 的不等式x -与x 2-3(a +1) x +2(3a +1) ≤0(a ∈R ) ≤
22
的解集依次为A 与B ,求使A ⊆B 的a 的取值范围.
分析:分别求出集合A 、B ,然后再分类讨论.
(a +1) 2(a -1) 2
≤解:解不等式x -, 22
(a -1) 2(a +1) 2(a -1) 2
, -≤x -≤
222
∴A =x 2a ≤x ≤a 2+1, a ∈R .
解不等式x 2-3(a +1) x +2(3a +1) ≤0,[x -(3a +1)](x -2) ≤0. 当a >
{}
⎧1⎫1
时(即3a +1>2时),得B =⎨x 2≤x ≤3a +1, a >⎬.
3⎭3⎩⎧1⎫1
时(即3a +1≤2时),得B =⎨x 3a +1≤x ≤2, a ≤⎬.
3⎭3⎩
当a ≤
⎧2a ≥2, 1
当a >时,要满足A ⊆B ,必须⎨2故1≤a ≤3;
3a +1≤3a +1, ⎩
当a ≤
⎧2a ≥3a +1, ⎧a ≤-1, 1
时,要满足A ⊆B ,必须⎨ ⎨2
-1≤a ≤1, 3⎩⎩2≥a +1;
∴a =-1.
所以a 的取值范围是a ∈R a =-1或1≤a ≤3.
说明:在求满足条件A ⊆B 的a 时,要注意关于a 的不等式组中有没有等号,否则会导致误解.
{}
典型例题七
例6 已知数列通项公式a n =
sin a sin 2a sin 3a sin na
对于正整数m 、n ,当+++ +23n
2222
m >n 时,求证:a m -a n
1. 2n
分析:已知数列的通项公式是数列的前n 项和,它的任意两项差还是某个数列的和,再
利用不等式a 1+a 2+ +a n ≤a 1+a 2+ +a n ,问题便可解决.
证明:∵m >n ∴a m -a n =
sin(n +1) a sin(n +2) a sin ma
++ +
2n +12n +22m
≤
sin(n +1) a sin(n +2) a sin ma
++ +
2n +12n +22m
1
12n +1
12n +2
1
+ +m =2
(1-n +1
)
m -n 1-2
1
≤+
1111(1-)
11111
说明:n +1+n +2+ +m 是以n +1为首项,以为公比,共有m -n 项的等比数列
22222
的和,误认为共有m -n -1项是常见错误.
=
正余弦函数的值域,即sin α≤1,cos α≤1,是解本题的关键.本题把不等式、三角函数、数列、n 个变量的绝对值不等式问题连在一起,是一个较为典型的综合题目.如果将本题中的正弦改为余弦,不等式同样成立.
典型例题八
例8 已知f (x ) =x 2-x +13,x -a
分析:本题中给定函数f (x ) 和条件x -a 证明:∵f (x ) =x 2-x +13,∴f (a ) =a 2-a +13, ∵x -a
∴x
∴f (x ) -f (a ) =x 2-a 2+a -x
=(x -a )(x +a ) -(x -a ) =(x -a )(x +a -1) =x -a ⋅x +a -
即f (x ) -f (a )
说明:这是绝对值和函数的综合题,这类题通常要涉及绝对值及绝对值不等式的性质等综合知识的运用.分析中对条件x -a
典型例题九
⎧x >0
⎪
例9 不等式组⎨3-x 2-x 的解集是( ).
>⎪3+x 2+x ⎩
A .{x 0
{}
3-x 2-x 3-x
,知>>0,∴
3+x 2+x 3+x
3-x 2-x
(0
3+x 2+x
-30,∴0
解法一:不等式两边平方得:(3-x ) 2(2+x ) 2>(3+x ) 2(2-x ) 2.
∴(x 2-x -6) 2>(x 2+x -6) 2,即(x 2-x -6+x 2+x -6)(x 2-x -6-x 2-x +6) >0, ∴x (6-x 2) >0,又0
⎧x 2-6
解法二:∵x >0,∴可分成两种情况讨论: (1)当0
(2)当x >2时,不等式组可化为解得2
综合(1)、(2)得,原不等式组的解为0
说明:本题是在x >0的条件下,解一个含绝对值的分式不等式,如何去绝对值是本题的关键所在,必须注意,只有在保证两边均为非负数时,才能将不等式两边同时平方.另一种方法则是分区间讨论,从而去掉绝对值符号.当然本题还可用特殊值排除法求解.
3-x 2-x
(0
3+x 2+x
3-x x -2
(x >2), >
3+x 2+x
典型例题十
例10 设二次函数f (x ) =ax 2+bx +c (a >0,且b ≠0) ,已知b ≤a ,f (0) ≤1,
f (-1) ≤1,f (1) ≤1,当x ≤1时,证明f (x ) ≤
5. 4
分析:从a >0知,二次函数的图像是开口向上的抛物线;从x ≤1且f (-1) ≤1f (1) ≤1
5
,所以抛物线的顶点一定在x 轴下方,取绝对值后,图像翻到x 轴4
上方.因此抛物线的顶点的取值非常重要,也是解这道题的关键所在.
知,要求证的是f (x ) ≤
证明:∵2b =(a +b +c ) -(a -b +c ) ≤a +b +c +a -b +c =f (1) +f (-1) ≤1+1 =2, ∴b ≤1.
又∵b ≤a ,∴
b
≤1. a
∴-
b 1
≤
b 4ac -b 2b 2
又c =f (0) ≤1,f (-) =, =c -
2a 4a 4a
b b 2b 2
≤c +∴f (-) =c -
2a 4a 4a
=c +
1b 15
⋅⋅b ≤1+⋅1⋅1=. 4a 44
而f (x ) 的图像为开口向上的抛物线,且x ≤1,-1≤x ≤1, ∴f (x ) 的最大值应在x =1,x =-1或x =-
b
处取得. 2a
∵f (1) ≤1,f (-1) ≤1,f (-
b 5) ≤, 2a 4
5
. 4
说明:本题考查了绝对值不等式的性质、二次函数的最值及分类讨论的思想和逻辑思维的能力,关键是通过对参数a ,b ,c 的分析,确定抛物线顶点的取值范围,然后通过比较
∴f (x ) ≤
求出函数在x ≤1范围内的最大值.
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