例谈数学的积累

前言

博文由来

在最近的组卷中,看到这样一个题目[来源于数学难卷],大概思考了其解法过程,颇有感触,作以记录;

案例 [高中]若命题\(“\exists x\in (0,2]\),不等式\(e^{2x}+e^{-2x}-a(e^x-e^{-x})<0”\)为假命题,则实数\(a\)的取值范围是【】

$A.(-\infty,\sqrt{2})$ $B.(-\infty,2\sqrt{2}]$ $C.(0,\sqrt{2}]$ $D.(2\sqrt{2},+\infty)$

需要积累:

①命题的真假判断和转化,命题的否定;

②换元法,题目求解中为什么需要换元法,如何换元,平时如何积累;

③恒成立命题,哪些命题都可以转化为恒成立命题,转化后如何求解;

④分离参数法,为什么要分离参数,如何分离参数,;

⑤常用函数的积累,哪些函数是比较常用的函数,都需要积累函数的声明性质,如何积累;

\(h(x)=e^x\pm e^{-x}\)的奇偶性和单调性以及图像;\(f(x)=x\pm \cfrac{k}{x}(k>0)\)的奇偶性和单调性以及图像;

解法过程

案例 [高中]若命题\(“\exists x\in (0,2]\),不等式\(e^{2x}+e^{-2x}-a(e^x-e^{-x})<0”\)为假命题,则实数\(a\)的取值范围是【】

$A.(-\infty,\sqrt{2})$ $B.(-\infty,2\sqrt{2}]$ $C.(0,\sqrt{2}]$ $D.(2\sqrt{2},+\infty)$

分析:由于命题\(“\exists x\in (0,2]\),不等式\(e^{2x}+e^{-2x}-a(e^x-e^{-x})<0”\)为假命题,

则其否定命题[不是否命题]一定为真命题;

即命题\(“\forall x\in (0,2]\),不等式\(e^{2x}+e^{-2x}-a(e^x-e^{-x})\geqslant 0”\)为真命题,

即不等式\(e^{2x}+e^{-2x}-a(e^x-e^{-x})\geqslant 0\)\(\forall x\in (0,2]\)恒成立,

〔这样我们自然会思考,如果能分离参数\(a\),则接下来问题的求解就顺的多了,观察发现,可以考虑使用换元法〕

\(e^x-e^{-x}=t\),则由\(y=e^x-e^{-x}\)是奇函数和增函数,可知\(t\in (0,e^2-e^{-2}]\)

\((e^x-e^{-x})^2=t^2\),即\(e^{2x}-2+e^{-2x}=t^2\),则\(e^{2x}+e^{-2x}=t^2+2\)

这样问题转化为\(t^2+2-at\geqslant 0\)\(t\in (0,e^2-e^{-2}]\)恒成立,

分离参数得到,\(a\leqslant \cfrac{t^2+2}{t}=t+\cfrac{2}{t}\)\(t\in (0,e^2-e^{-2}]\)恒成立,

\(g(t)=t+\cfrac{2}{t}\),则需要求在\(t\in (0,e^2-e^{-2}]\)上的\(g(t)_{min}\)

\(g'(t)=1-\cfrac{2}{t^2}\),故当\(t\in (0,\sqrt{2}]\)时,\(g'(t)<0\),函数\(g(t)\)单调递减;

\(t\in [\sqrt{2},2\sqrt{2})\)时,\(g'(t)>0\),函数\(g(t)\)单调递增;

故当\(t\in (0,e^2-e^{-2}]\)时,\(g(t)_{min}=g(\sqrt{2})=2\sqrt{2}\)

\(a\leqslant 2\sqrt{2}\),即选\(B\).

引例 [初中]已知\(x+x^{-1}=3\),求值:

$x^{\frac{1}{2}}+x^{-\frac{1}{2}}=\sqrt{5}$;
$x^{\frac{3}{2}}+x^{-\frac{3}{2}}=2\sqrt{5}$;
$x^2+x^{-2}=7$;

[高中]若命题\(“\exists x\in (0,2]\),不等式\(e^{2x}+e^{-2x}-a(e^x-e^{-x})<0”\)为假命题,则实数\(a\)的取值范围是【】

$A.(-\infty,\sqrt{2})$ $B.(-\infty,2\sqrt{2}]$ $C.(0,\sqrt{2}]$ $D.(2\sqrt{2},+\infty)$

分析:选\(B\)

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