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当遇到题目中含参数问题时,如果正面考虑很困难,则可通过主元与参数的换位思考,重新设定参数,不仅会得到很自然的解题思路,而且求解过程更加简单快捷.
例1 已知关于x的方程x3-ax2-2ax+a2-1=0有且只有一个实数根,则实数
a的取值范围为.
分析:习惯上我们把x,y,z等字母表示的量看成主元,实际解题时,应因“题”制宜,换位思考.由于题目是关于
x的三次多项式不容易分解,故尝试通过主元与参数的换位,将关于x的三次方程看作关于a的二次方程来求解.
解:原方程化为
a2-(x2+x)·a+x3-1=0,
即(a-x+1)·(a-x2-x-1)=0,
故a=x-1或a=x2+x+1,由于原方程有且只有一个实数根,
故x2+x+1-a=0无实数根,即
Δ=12-4(1-a)<0,解得a<34.
例2 函数f (x)=4x2-8mx+4m+3,若对任意的实数
m∈[1,2],f (x)的值恒为正数,求x的范围.
分析:由于是对任意的实数
m∈[1,2],f (x)的值恒为正数,故换位思考,研究关于m的一次函数.
解:记
g(m)=(4-8x)m+4x2+3,由g(1)>0
g(2)>0
,可由
g(m)在
m∈[1,2]上均有g
(m)>0,立得
4x2-8x+7>0 ①
4x2-16x+11>0 ②
,由①可知:
x∈R;由②可知:
x>4+52或x<
4-52;
所以
x>4+52或x<
4-52.
例3 (2013年浙江省高中数学竞赛)已知设二次函数
f (x)=ax2+(2b+1)x-a-2 (a,b∈
R,a≠0)在[3,4]上
至少有一个零点,求a2+b2的最小值.
分析:该函数中有两个参数a,b,不好处理,因此不妨换位思考,把
a,b看成主元,x视为参数.由于
a2+b2的结构特征,故可以联想到不等式
(a2+b2)·(c2+d2)≥(ac+bd)2以及几何意义——动点
P(a,b)到坐标原点距离的平方来考虑.
解法1:由已知得,设t为二次函数在[3,4]上的零点,则有
at2+(2b+1)t-a-2=0,
变形,得
(2-t)2=[a(t2-1)+2bt]2≤(a2+b2)[(t2-1)2+4t2]
=(a2+b2)(1+t2)2,
于是
a2+b2≥(t-21+t2)2=
1(t-2+5t-2+4)2
≥1100.
因为
t-2+5t-2,t∈[3,4]是减函数,上述式子在
t=3,a=
-225,b=-350时取等号,故
a2+b2的最小值为
1100.
解法2:把等式看成关于
a,b的直线方程
:(x2-1)a+2xb+x-2=0,利用直线上一点(a,b)到原点的距离大于或等于原点到直线的距离,即
a2+b2≥
|x-2|(x2-1)2+(2x)2(以下同解法1).
例4 (2012年浙江高考理科22(1)(ii))已知a>0,b∈R,函数
f (x)=4ax3-2bx-a+b,0≤x≤1,证明
f (x)+|2a-b|+a≥0.
分析:若将x作为主元,则求最小值是涉及含参数a,b的三次函数的单调性,讨论很复杂.若先将
b看成主元,
a,x视为参数,则g(b)=4ax3-2bx+b+|2a-b|
=
2(2x3+1)a-2bx,2a>b
2(2x3-1)a-2bx+2b,2a≤b
,
由于x∈[0,1],所以当
2a≤b时,要确定g(a)的单调性,必须对x进行讨论,因此情况也比较复杂.若先将a看成主元,b,x视为参数,则
g(a)=4ax3-2bx+b+|2a-b|
=
-2x·b+2a(2x3+1),b<2a
-2(x-1)·b+2a(2x3-1),b≥2a
,
由于
x∈[0,1],所以当
b<2a时,
g(b)是减函数或常数,当
b≥2a时,g(b)是增函数或常数,所以
[g(b)]min=g(2a)=2a(2x3-2x+1),设
h(x)=2x3-2x+1,根据导数知识容易得到
[h(x)]min=h(
33)=
2-839>0,
又a>0,故原题得到证明.
例1 已知关于x的方程x3-ax2-2ax+a2-1=0有且只有一个实数根,则实数
a的取值范围为.
分析:习惯上我们把x,y,z等字母表示的量看成主元,实际解题时,应因“题”制宜,换位思考.由于题目是关于
x的三次多项式不容易分解,故尝试通过主元与参数的换位,将关于x的三次方程看作关于a的二次方程来求解.
解:原方程化为
a2-(x2+x)·a+x3-1=0,
即(a-x+1)·(a-x2-x-1)=0,
故a=x-1或a=x2+x+1,由于原方程有且只有一个实数根,
故x2+x+1-a=0无实数根,即
Δ=12-4(1-a)<0,解得a<34.
例2 函数f (x)=4x2-8mx+4m+3,若对任意的实数
m∈[1,2],f (x)的值恒为正数,求x的范围.
分析:由于是对任意的实数
m∈[1,2],f (x)的值恒为正数,故换位思考,研究关于m的一次函数.
解:记
g(m)=(4-8x)m+4x2+3,由g(1)>0
g(2)>0
,可由
g(m)在
m∈[1,2]上均有g
(m)>0,立得
4x2-8x+7>0 ①
4x2-16x+11>0 ②
,由①可知:
x∈R;由②可知:
x>4+52或x<
4-52;
所以
x>4+52或x<
4-52.
例3 (2013年浙江省高中数学竞赛)已知设二次函数
f (x)=ax2+(2b+1)x-a-2 (a,b∈
R,a≠0)在[3,4]上
至少有一个零点,求a2+b2的最小值.
分析:该函数中有两个参数a,b,不好处理,因此不妨换位思考,把
a,b看成主元,x视为参数.由于
a2+b2的结构特征,故可以联想到不等式
(a2+b2)·(c2+d2)≥(ac+bd)2以及几何意义——动点
P(a,b)到坐标原点距离的平方来考虑.
解法1:由已知得,设t为二次函数在[3,4]上的零点,则有
at2+(2b+1)t-a-2=0,
变形,得
(2-t)2=[a(t2-1)+2bt]2≤(a2+b2)[(t2-1)2+4t2]
=(a2+b2)(1+t2)2,
于是
a2+b2≥(t-21+t2)2=
1(t-2+5t-2+4)2
≥1100.
因为
t-2+5t-2,t∈[3,4]是减函数,上述式子在
t=3,a=
-225,b=-350时取等号,故
a2+b2的最小值为
1100.
解法2:把等式看成关于
a,b的直线方程
:(x2-1)a+2xb+x-2=0,利用直线上一点(a,b)到原点的距离大于或等于原点到直线的距离,即
a2+b2≥
|x-2|(x2-1)2+(2x)2(以下同解法1).
例4 (2012年浙江高考理科22(1)(ii))已知a>0,b∈R,函数
f (x)=4ax3-2bx-a+b,0≤x≤1,证明
f (x)+|2a-b|+a≥0.
分析:若将x作为主元,则求最小值是涉及含参数a,b的三次函数的单调性,讨论很复杂.若先将
b看成主元,
a,x视为参数,则g(b)=4ax3-2bx+b+|2a-b|
=
2(2x3+1)a-2bx,2a>b
2(2x3-1)a-2bx+2b,2a≤b
,
由于x∈[0,1],所以当
2a≤b时,要确定g(a)的单调性,必须对x进行讨论,因此情况也比较复杂.若先将a看成主元,b,x视为参数,则
g(a)=4ax3-2bx+b+|2a-b|
=
-2x·b+2a(2x3+1),b<2a
-2(x-1)·b+2a(2x3-1),b≥2a
,
由于
x∈[0,1],所以当
b<2a时,
g(b)是减函数或常数,当
b≥2a时,g(b)是增函数或常数,所以
[g(b)]min=g(2a)=2a(2x3-2x+1),设
h(x)=2x3-2x+1,根据导数知识容易得到
[h(x)]min=h(
33)=
2-839>0,
又a>0,故原题得到证明.