新教材人教A版高中数学必修第一册第二章一元二次函数、方程和不等式 知识点易错点解题方法提炼汇总.doc
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第二章一元二次函数、方程和不等式
2.1 等式性质与不等式性质 -1-
2.2 基本不等式 -6-
第一课时 基本不等式 -6-
第二课时 基本不等式与最大值、最小值 -9-
2.3二次函数与一元二次方程、不等式
(1) -15-
2.3二次函数与一元二次方程、不等式
(2) -22-
2.1 等式性质与不等式性质
知识点一 实数a、b大小
设a、b是两个实数,它们在数轴上所对应的点分别是A、B,那么A、B的位置与a、b的大小有什么关系?
知识梳理 关于实数a,b大小的比较,有以下基本事实:
如果a-b是正数,那么a>b;如果a-b等于0,那么a=b;如果a-b是负数,那么a<b.反过来也对,这个基本事实可以表示为a>b⇔a-b>0;a=b⇔a-b=0;a<b⇔a-b<0.
从上述基本事实可知,要比较两个实数的大小,可以转化为比较它们的差与0的大小.
知识点二 等式的基本性质
如果a=b,那么a±c与b±c、ac与bc、与相等吗?
知识梳理 等式有下面的基本性质:
性质1 如果a=b,那么b=a;
性质2 如果a=b,b=c,那么a=c;
性质3 如果a=b,那么a±c=b±c;
性质4 如果a=b,那么ac=bc;
性质5 如果a=b,c≠0,那么=.
知识点三 不等式的性质
如果a>b,那么a±c与b±c,ac与bc有什么关系?
知识梳理
性质
别名
性质内容
注意
1
对称性
a>b⇔b<a
⇔
2
传递性
a>b,b>c⇒a>c
⇒
3
可加性
a>b⇔a+c>b+c
可逆
4
可乘性
⇒ac>bc
c的符号
⇒ac<bc
5
同向可加性
⇒a+c>b+d
同向
6
同向同正可乘性
⇒ac>bd
同向
7
可乘方性
a>b>0⇒an>bn
(n∈N*,n≥2)
同正
解题方法探究
探究一 作差法比较大小
[例1] 设x<y<0,试比较(x2+y2)(x-y)与(x2-y2)(x+y)的大小.
[解析] (x2+y2)(x-y)-(x2-y2)(x+y)
=(x-y)(x2+y2)-(x-y)(x+y)2
=(x-y)[(x2+y2)-(x+y)2]
=(x-y)(-2xy).
由于x<y<0,所以x-y<0,-2xy<0,
所以(x-y)(-2xy)>0,
即(x2+y2)(x-y)>(x2-y2)(x+y).
作差法比较两个数大小的步骤及变形方法
(1)作差法比较的步骤:
作差→变形→定号→结论.
(2)变形的方法:
①因式分解;②配方;③通分;④对数与指数的运算性质;⑤分母或分子有理化;⑥分类讨论.
探究二 用不等式的性质证明不等式
[例2] [教材P42例2拓展探究]
(1)已知a>b>0,c<d<0,e<0,求证:
>.
[证明] ∵c<d<0,∴-c>-d>0,
又∵a>b>0,∴a+(-c)>b+(-d)>0,
即a-c>b-d>0,∴0<<,
又∵e<0,∴>.
(2)已知b克糖水中含有a克糖(b>a>0),再添加m克糖(m>0)(假设全部溶解),糖水变甜了.请将这一事实表示为一个不等式,并证明这个不等式成立.
[证明] -==,
∵b>a>0,m>0,∴a-b<0,
<0,
∴<.
利用不等式的性质证明不等式注意事项
(1)利用不等式的性质及其推论可以证明一些不等式.解决此类问题一定要在理解的基础上,记准、记熟不等式的性质并注意在解题中灵活准确地加以应用.
(2)应用不等式的性质进行推导时,应注意紧扣不等式的性质成立的条件,且不可省略条件或跳步推导,更不能随意构造性质与法则.
探究三 求表达式的范围
[例3] 已知30<x<42,16<y<24,分别求x+y,x-3y及的范围.
[解析] 因为30<x<42,16<y<24,
所以30+16<x+y<42+24,
故46<x+y<66.
又30<x<42,-72<-3y<-48,
所以30-72<x-3y<42-48,
故-42<x-3y<-6.
又30<x<42,-42<x-3y<-6,
所以-<<-,
所以0<<-<,
所以<-<,
故-<<-,
得-7<<-.
根据某些代数式的范围求其它代数式的范围,要整体应用已知的代数式,结合不等式的性质进行推理.
易错点归纳
一、借不等式性质之根“移花接木”——不等式性质的拓展
1.由不等式性质4:
a>b,c>0,那么ac>bc拓展为倒数性质:
若,则<.
证明:
∵ab>0,∴>0
由a>b得a×>b×.
∴>,即<.
2.由性质7:
如果a>b>0,那么an>bn.(n∈N且n≥1).
拓展为开方性质:
如果a>b>0,那么>.(n∈N且n≥2).
证明:
假设0<≤.
由性质7得()n≤()n
∴a≤b与a>b矛盾.
∴>.
[典例] 已知a>b>0,求证>.
[证明] ∵a=()2,b=()2.
由a>b得:
()2>()2>0
∴>.
二、同样正确用不等式性质,差别这么大
[典例] 已知1≤a-b≤2,2≤a+b≤4,求4a-2b的范围.
[解析] 设4a-2b=m(a-b)+n(a+b)
=(m+n)a+(n-m)b,
于是得,解得,
∴4a-2b=3(a-b)+(a+b)
1≤a-b≤2,2≤a+b≤4
∴5≤3(a-b)+(a+b)≤10
∴4a-2b范围是[5,10].
纠错心得
(1)使用不等式的性质时,一定要注意它们成立的前提条件,不可强化或弱化它们成立的条件,盲目套用.
(2)注意同一个问题中应用同向不等式相加性质时不能多次使用(因多次使用时取等号的条件会发生改变),否则不等式范围将会扩大.
2.2 基本不等式
第一课时 基本不等式
知识点 基本不等式
(1)对∀a、b∈R.a2+b2与2ab的大小如何?
在右图中,AB是圆的直径,点C是AB上一点,AC=a,BC=b.过点C作垂直于AB的弦DE,连接AD,BD.可得到CD=,AB=,由CD小于或等于圆的半径,可得出什么样的不等关系?
知识梳理
(1)∀a,b∈R,有a2+b2≥2ab,当且仅当a=b时,等号成立.
(2)如果a>0,b>0,我们用,分别代替上式中的a,b,可得≤,①当且仅当a=b时,等号成立.
通常称不等式①为基本不等式(basicinequality).其中,叫做正数a,b的算术平均数,叫做正数a,b的几何平均数.
基本不等式表明:
两个正数的算术平均数不小于它们的几何平均数.
解题方法探究
探究一 用基本不等式判断不等式的成立
[例1] 有下列式子:
①a2+1>2a;②≥2;③≥2;④x2+≥1,其中正确的个数是( )
A.0 B.1
C.2 D.3
[解析] ∵a2-2a+1=(a-1)2≥0,∴a2+1≥2a,
故①不正确;对于②,当x>0时,=x+≥2(当且仅当x=1时取“=”);当x<0时,=-x-≥2(当且仅当x=-1时取“=”),∴②正确;对于③,若a=b=-1,则=-2<2,故③不正确;对于④,x2+=x2+1+-1≥1(当且仅当x=0时取“=”),故④正确.∴选C.
[答案] C
利用基本不等式比较实数大小的注意事项
(1)利用基本不等式比较大小,常常要注意观察其形式(和与积),同时要注意结合函数的性质(单调性).
(2)利用基本不等式时,一定要注意条件是否满足a>0,b>0.
探究二 用基本不等式证明不等式
[例2] [教材P44由公式≥的证明过程探究]
(1)证明不等式a2+b2+c2≥ab+bc+ca.
[证明] ∵a2+b2≥2ab
b2+c2≥2bc
c2+a2≥2ac.
∴2(a2+b2+c2)≥2(ab+bc+ca)(当且仅当a=b=c取等号)
∴a2+b2+c2≥ab+bc+ca.
(2)已知a>0,b>0,c>0,求证:
++≥a+b+c.
[证明] ∵a>0,b>0,c>0,∴>0,>0,>0.
则+≥2=2c,+≥2b,+≥2a.
由不等式的性质知,2≥2(a+b+c),
∴++≥a+b+c.
利用基本不等式证明不等式的注意事项
(1)策略:
从已证不等式和问题的已知条件出发,借助不等式的性质和有关定理,经过逐步的逻辑推理,最后转化为所求问题,其特征是以“已知”看“可知”,逐步推向“未知”.
(2)注意事项:
①多次使用基本不等式时,要注意等号能否成立;
②累加法是不等式证明中的一种常用方法,在证明不等式时注意使用条件;
③对不能直接使用基本不等式的证明可重新组合,形成基本不等式模型再使用.
易错点归纳
一、千变万化,不离其宗
基本不等式的几种常见变形及结论
(1)a+b≥2(a>0,b>0);
(2)ab≤(a,b∈R);
(3)ab≤2,(a,b∈R);
(4)+≥2(ab>0);
(5)a+≥2(a>0,k>0);
(6)≤≤≤(a,b都是正实数).
[典例] 已知a,b,c∈R,a+b+c=1,求证:
++≤1.
[证明] ∵≤,≤,≤,
∴++≤=1.
故原不等式成立.
二、忽视基本不等式的条件
[典例] 设y=x+,求y的取值范围.
[解析] 当x>0时,y=x+≥2=2.
当且仅当x=,即x=1时取“=”.
当x<0时,y=x+=-[(-x)+]
∵(-x)+≥2
∴-[(-x)+]≤-2.
当且仅当x=时,即x=-1时取“=”.
∴y的取值范围为{y|y≤-2或y≥2}.
第二课时 基本不等式与最大值、最小值
知识点 基本不等式求最大值、最小值
(1)当x>0,y=x+的最小值是几?
(2)当x>0,y>0,x+y=1,xy的最大值是几?
知识梳理
(1)用基本不等式求最值.
①设x,y为正实数,若x+y=s(s为定值),则当x=y=时,积xy有最大值为.
②设x,y为正实数,若xy=p(p为定值),则当x=y=时,和x+y有最小值为2.
(2)基本不等式求最值的条件
①x,y必须是正数.
②求积xy的最大值时,应看和x+y是否为定值;求和x+y的最小值时,应看积xy是否为定值.
③等号成立的条件是否满足.
解题方法探究
探究一 用基本不等式求最值
[例1] [教材P45例1探究拓展]
(1)若x>0,求函数y=x+的最小值,并求此时x的值;
[解析] ∵x>0.
∴x+≥2=4
当且仅当x=,即x2=4,x=2时取等号.
∴函数y=x+(x>0)在x=2时取得最小值4.
(2)设0<x<,求函数y=4x(3-2x)的最大值;
[解析] ∵0<x<,∴3-2x>0,
∴y=4x(3-2x)=2[2x(3-2x)]
≤22=.
当且仅当2x=3-2x,即x=时,等号成立.
∵∈,
∴函数y=4x(3-2x)的最大值为.
(3)已知x>2,求x+的最小值;
[解析] ∵x>2,∴x-2>0,
∴x+=x-2++2
≥2+2=6,
当且仅当x-2=,
即x=4时,等号成立.∴x+的最小值为6.
(4)已知x>0,y>0,且+=1,求x+y的最小值.
[解析] ∵x>0,y>0,+=1,
∴x+y=(x+y)=++10≥2+10=6+10=16,
当且仅当=,+=1,
即x=4,y=12时,上式取等号.
故当x=4,y=12时,(x+y)min=16.
应用基本不等式的常用技巧
(1)常值代替
这种方法常用于“已知ax+by=m(a,b,x,y均为正数),求+的最小值”和“已知+=1(a,b,x,y均为正数),求x+y的最小值”两类题型.
(2)构造不等式
当和与积同时出现在同一个等式中时,可利用基本不等式构造一个不等式从而求出和或积的取值范围.
(3)利用基本不等式求最值的关键是获得定值条件,解题时应对照已知和欲求的式子运用适当的“拆项、添项、配凑、变形”等方法创设应用基本不等式的条件.
探究二 基本不等式的实际应用
[例2] 如图,汽车行驶时,由于惯性作用,刹车后还要向前滑行一段距离才能停住,我们把这段距离叫做“刹车距离”.在某公路上,“刹车距离”s(米)与汽车车速v(米/秒)之间有经验公式:
s=v2+v.为保证安全行驶,要求在这条公路上行驶着的两车之间保持的“安全距离”为“刹车距离”再加25米.现假设行驶在这条公路上的汽车的平均身长5米,每辆车均以相同的速度v行驶,并且每两辆车之间的间隔均是“安全距离”.
(1)试写出经过观测点A的每辆车之间的时间间隔T与速度v的函数关系式;
(2)问v为多少时,经过观测点A的车流量(即单位时间通过的汽车数量)最大?
[解析]
(1)T===++.
(2)经过A点的车流量最大,即每辆车之间的时间间隔T最小.
∵T=++≥2+=,
当且仅当=,即v=20时取等号.
∴当v=20米/秒时,经过观测点A的车流量最大.
利用基本不等式解决实际问题时,一般是先建立关于目标量的函数关系,再利用基本不等式求解目标函数的最大(小)值及取最大(小)值的条件.
易错点归纳
一、用基本不等式求最值的策略
1.配凑
以拼凑出和是定值或积是定值的形式为目标,根据代数式的结构特征,利用系数的变化或对常数的调整进行巧妙变形,注意做到等价变形.一般地,形如f(x)=ax+b+的函数求最值时可以考虑配凑法.
[典例] 函数y=(x>-1)的最小值为________.
[解析] 因为y==x-1+=x+1+-2,因为x>-1,所以x+1>0,
所以y≥2-2=0,
当且仅当x=0时,等号成立.
[答案] 0
2.常值代换
利用“1”的代换构造积为定值的形式,一般形如“已知ax+by(或+)为定值,求cx+dy(或+)的最值(其中a,b,c,d均为常参数)”时可用常值代换处理.
[典例] 若正数x,y满足3x+y=5xy,则4x+3y的最小值是( )
A.2 B.3
C.4 D.5
[解析] 由3x+y=5xy,得=+=5,所以4x+3y=(4x+3y)·(+)=(4+9++)≥(4+9+2)=5,当且仅当=,即y=2x时,等号成立,故4x+3y的最小值为5.
[答案] D
3.探究
通过换元法使得问题的求解得到简化,从而将复杂问题化为熟悉的最值问题处理,然后利用常值代换及基本不等式求最值.
[典例] 设x,y是正实数,且x+y=1,则+的最小值为________.
[解析] 令x+2=m,y+1=n,则m+n=4,且m>2,n>1,
所以+=+
=+-2=(+)(+)-2
=+-≥2-=,
当且仅当即m=,n=时取等号.
所以+的最小值为.
[答案]
4.减元
当题中出现了三个变元,我们要利用题中所给的条件构建不等关系,并减元,在减元后应注意新元的取值范围.
[典例] 已知x,y,z均为正实数,且x-2y+3z=0,则的最小值为________.
[解析] 由x-2y+3z=0得y=,所以==++.
又x,z均为正实数,所以>0,>0,所以=++≥2+=3,
当且仅当=即x=3z时取等号.
所以的最小值为3.
[答案] 3
二、忽视基本不等式的应用条件
[典例] 已知一次函数mx+ny=-2过点(-1,-2)(m>0,n>0).则+的最小值为( )
A.3 B.2
C. D.
[解析] 由题意得+n=1,
所以+=(+)(+n)=++≥+2=,当且仅当=即m=n时取等号.故选C.
[答案] C
纠错心得 应用基本不等式求最值时,必须遵循“一正、二定、三相等”的顺序.本题中求出+n=1后,若采用两次基本不等式,有如下错解:
+n=1≥2,所以≤,≥,①
又+≥2,②
所以+≥2.选B.
此错解中,①式取等号的条件是=n,②式取等号的条件是=即m=n,两式的等号不可能同时取得,所以2不是+的最小值.
2.3二次函数与一元二次方程、不等式
(1)
知识点一 一元二次不等式的概念
我们知道,方程x2=1的一个解是x=1,解集是{1,-1},解集中的每一个元素均可使等式成立.那么什么是不等式x2>1的解?
你能举出一个解吗?
你能写出不等式x2>1的解集吗?
知识梳理
(1)一般地,我们把只含有一个未知数,并且未知数的最高次数是2的不等式,称为一元二次不等式(quadricinequalityinoneunknown).一元二次不等式的一般形式是ax2+bx+c>0或ax2+bx+c<0,其中a,b,c均为常数,a≠0.
(2)一般地,对于二次函数y=ax2+bx+c,我们把使ax2+bx+c=0的实数x叫做二次函数y=ax2+bx+c的零点.即一元二次方程的根是相应一元二次函数的零点.
知识点二 二次函数与一元二次方程、不等式的解的对应关系
函数y=x2-1的零点与方程x2-1=0及不等式x2-1>0解之间有什么关系?
知识梳理
(1)
Δ=b2-4ac
Δ>0
Δ=0
Δ<0
y=ax2+bx+c(a>0)的图象
ax2+bx+c=0(a>0)的根
有两个不相等的实数根x1,x2(x1<x2)
有两个相等的实数根x1=x2=-
没有实数根
ax2+bx+c>0(a>0)的解集
{x|x<x1,或x>x2}
{x|x≠-}
R
ax2+bx+c<0(a>0)的解集
{x|x1<x<x2}
∅
∅
(2)不等式ax2+bx+c>0(a>0)的求解方法
Δ>0
Δ=0
Δ<0
解题方法探究
探究一 一元二次不等式的解法
[例1] 解下列不等式.
(1)-x2+2x->0;
(2)-x2+3x-5>0;
(3)4x2-18x+≤0.
[解析]
(1)两边都乘以-3,得3x2-6x+2<0,
∵3>0,Δ=36-24=12>0,且方程3x2-6x+2=0的根是x1=1-,x2=1+.
∴原不等式的解集是{x|1-<x<1+}.
(2)不等式可化为x2-6x+10<0,
Δ=(-6)2-4×10=-4<0,
∴原不等式的解集为∅.
(3)不等式可化为16x2-72x+81≤0,
即(4x-9)2≤0,∵4x-9=0时,x=.
∴原不等式的解集为{x|x=}.
解一元二次不等式的一般步骤
(1)通过对不等式变形,使二次项系数大于零;
(2)计算对应方程的判别式;
(3)求出相应的一元二次方程的根,或根据判别式说明方程没有实根;
(4)根据函数图象与x轴的相关位置写出不等式的解集.
探究二 含参数的一元二次不等式
[例2] 解关于x的不等式x2-(a+a2)x+a3>0(a∈R).
[解析] 原不等式可化为(x-a)(x-a2)>0.
当a<0时,a<a2,原不等式的解集为{x|x<a,或x>a2};
当a=0时,x2>0,原不等式的解集为{x|x≠0};
当0<a<1时,a2<a,原不等式的解集为{x|x<a2,或x>a};
当a=1时,a2=a,原不等式的解集为{x|x≠1};
当a>1时,a<a2,原不等式的解集为{x|x<a,或x>a2}.
综上所述:
当a<0或a>1时,原不等式的解集为{x|x<a,或x>a2};
当0<a<1时,原不等式的解集为{x|x<a2,或x>a};
当a=0时,解集为{x|x≠0};
当a=1时,解集为{x|x≠1}.
解含参数的不等式,可以按常规思路进行:
先考虑开口方向,再考虑判别式的正负,最后考虑两根的大小关系,当遇到不确定因素时再讨论.
探究三 三个二次之间的关系
[例3] [教材P52例1、例2的拓展探究]
(1)已知解集求函数
若不等式y=ax2-x-c>0的解集为(-2,1),则函数的图象为( )
[解析] 因为不等式的解集为(-2,1),所以a<0,排除C,D;又与坐标轴交点的横坐标为-2,1,故选B.
[答案] B
(2)已知方程的根或函数零点求不等式
若函数y=x2-ax+1有负数零点,则a的范围为________.
[解析] 有零点,
∴Δ=a2-4≥0,
∴a≥2或a≤-2,
∵f(0)=1,要使x2-ax+1=0有负根,则对称轴x=<0,即a<0.
∴a≤-2.
[答案] a≤-2
(3)已知解集求不等式
已知x2+px+q<0的解集是,解关于x的不等式qx2+px+1>0.
[解析] 由已知得,x1=-,x2=是方程x2+px+q=0的根,
∴-p=-+,q=-×,
∴p=,q=-.
∵不等式qx2+px+1>0,
∴-x2+x+1>0,
即x2-x-6<0,∴-2<x<3,
故不等式qx2+px+1>0的解集为{x|-2<x<3}.
应用三个“二次”之间的关系解题的思想
一元二次不等式与其对应的函数与方程之间存在着密切的联系,即给出了一元二次不等式的解集,则可知不等式二次项系数的符号和相应一元二次方程的根.在解决具体的数学问题时,要注意三者之间的相互联系,并在一定条件下相互转换.
易错点归纳
分久必合——分类讨论思想解含参数不等式
含有参数的一元二次不等式,因为含有参数,便大大增加了问题的复杂程度.分类讨论是解决这类问题的主要方法,确定分类讨论的标准时,要着重处理好以下三点:
(1)讨论的“时刻”,即在什么时候才开始进行讨论.要求转化必到位,过早或过晚讨论都会使问题更加复杂化.
(2)讨论的“点”,即以哪个量为标准进行讨论.若把握不好这一类,问题就不能顺利解决.
(3)考虑要周到,即讨论对象的各种情况都要加以分析,给出结论.
1.讨论二次项系数型为主
当二次项系数为字母时,首先要讨论二次项系数是否为0,若二次项系数为0,则该不等式变为一次不等式;若二次项系数不为0,解集则与二次项系数的正负相关.
[典例] 解关于x的不等式,ax2+(1-a)x-1>0.
[解析] 原不等式化为(x-1)(ax+1)>0
(1)当a=0时,原不等式为x-1>0,∴x>1,
(2)当a>0时,原不等式为(x-1)(x+)>0.
两根为1与-且1>-,
∴得x>1或x<-;
(3)当a<0时,原不等式化为(x-1)(x+)<0
两根为1与-,
又∵当-1<a<0时,->1,
∴得1<x<-.
当a=-1时,不等式为(x-1)2<0,解集为∅,
当a<-1时,-<1,∴得-<x<1.
综上,当a>0时,解集为{x|x>1,或x<-};
当a=0时,解集为{x|x>1};
当-1<a<0时,解集为{x|1<x<-};
当a=-1,解集为∅;
当a<-1时,解集为{x|-<x<1}.
规律总结
解二次项含参数的一元二次不等式一定要对参数大于0,等于0和小于0展开讨论.
2.讨论判别式型为主
当二次不等式中有字母,且不易观察出所对应方程是否有实根,此时应对方程有无实根进行讨论.
[典例] 解关于x的不等式:
2x2+ax+2>0.
[解析] Δ=a2-16=(a-4)(a+4).
(1)当a>4或a<-4时,Δ>0,方程2x2+ax+2=0的两根为x1=(-a-),x2=(-a+).
原不等式的解集为
.
(2)当a=±4时,Δ=0,方程只有一根x=-,
∴原不等式的解集为.
(3)当-4<a<4时,Δ<0,方程无根,∴原不等式的解集为R.
规律总结
若一元二次方程判别式符号不确定,应分