挖掘问题内涵,巧妙思维应用
含参不等式恒成立问题融入含参场景下的函数、方程或不等式等基本要素及其之间的综合与应用,一直是高考命题中的重点与热点.此类问题形式多样,创新新颖,内涵丰富多彩,知识综合性强,是全面考查考生“四基”与“四能”的一个很好场景,具有较好的选拔性与区分度,倍受各方关注.
2.真题呈现
(2024年高考数学新高考Ⅱ卷·8)设函数f(x)=(x+a)ln(x+b),若f(x)≥0,则a2+b2的最小值为().
A.18B.14C.12D.1
此题以含双变元的函数解析式为问题场景,结合不等式恒成立来创设条件,进而确定双变元的平方和a2+b2的最值问题.题目涉及双变元的函数解析式,直接切入有点困难.该问题中,对应两个函数有两个零点,乘积恒大于等于0,一定会有零点相同,接下来就是二次函数的最值应用问题,全面考查转化与化归思维,以及逻辑推理能力.
基于问题应用场景,比较常见的思维方式就是对函数进行直接求导,然后陷入到一个分析双变元的“怪圈”中去;或者将问题中的双变元的平方和a2+b2,回归代数式的几何意义,看作对应距离的平方,然后陷入到变换主元的陷阱中去.而回归函数解析式以及不等式恒成立的题设条件,或通过分类讨论思维来“分拆”相应的解析式来讨论与应用,或通过函数与导数思维来“求导”确定函数与导数的综合应用,或通过函数图象的平移变换思维来“变换”确定简捷函数问题下的不等式恒成立问题等,这些基本思维方式都给问题的分析与求解创造一点突破的条件,使得问题得以巧妙转化,实现问题的解决.
3.真题破解
3.1分类讨论思维
解法1由于不等式f(x)≥0恒成立,则对函数f(x)=(x+a)ln(x+b)而言,
当x+a≥0时,可知x≥-a,此时必须满足ln(x+b)≥0,即x≥1-b;
而当x+a≤0时,可知x≤-a,此时必须满足ln(x+b)≤0,即x≤1-b.
综上分析,要使不等式f(x)≥0恒成立,即两者始终同号,则必须满足-a=1-b,即b-a=1.所以a2+b2=12[(a-b)2+(a+b)2]≥12(a-b)2=12,当且仅当(a+b)2=0,即a=-12,b=12时等号成立.所以a2+b2的最小值为12,故选C.
解法2同方法1解得b-a=1.所以a2+b2=a2+(a+1)2=(a+12)2+12≥12,当且仅当(a+12)2=0,即a=-12,b=12时等号成立.所以a2+b2的最小值为,故选C.
点评根据函数解析式的乘积结构特征,合理分类讨论,探究不同条件下自变量的取值情况,进而结合不等式恒成立加以统一思维处理,构建双变元之间的关系式,为问题的进一步求解与应用创造条件.而在双变元所满足的关系式条件下,或通过代数式的变形,或利用消元法的处理,结合不等式的基本性质加以分析与求解.
3.2函数与导数思维
解法3函数f(x)=(x+a)ln(x+b)的定义域是{x|xgt;-b}.
考虑到f(-a)=0,以及不等式f(x)≥0恒成立,所以x=-a是函数f(x)的最小值点,则有-agt;-b,即a<b.而由f(x)=(x+a)ln(x+b),求导得f′(x)=ln(x+b)+x+ax+b,则有f′(-a)=ln(-a+b)=0,可得b-a=1.所以a2+b2=a2+(a+1)2(a+12)2+12≥12,当且仅当(a+12)2=0,即a=-12,b=12时等号成立.
所以a2+b2的最小值为12,故选C.
点评根据函数的定义域以及对应的函数零点,结合不等式恒成立的条件加以分析,确定函数的最小值点,这为进一步利用导数解决问题创造条件.而利用函数在最值点处导函数值为0,给问题的进一步求解与应用创造条件,这也是导数法的一大重要作用,要加以熟练理解与掌握,必要时还要判断最值点处是否存在.
3.3平移变换思维
解法4由f(x)≥0恒成立,结合平移变换可知f(x-b)=(x+a-b)lnx≥0恒成立,整理得xlnx≥(b-a)lnx恒成立.
设函数g(x)=xlnx,h(x)=(b-a)lnx,而g(1)=h(1)=0,即满足有公切点(1,0)的两个函数所对应的不等式g(x)≥h(x)恒成立问题,此时应该满足在公切点(1,0)处的切线相同.则g′(1)=h′(1),g(1)=h(1),即g′(1)=h′(1).
而g′(x)=lnx+1,h′(x)=b-ax,则有ln1+1=b-ax,即b-a=1.所以a2+b2=a2+(a+1)2=(a+12)2+12≥12,当且仅当(a+12)2=0,即a=-12,b=12时等号成立.所以a2+b2的最小值为12,故选C.
点评依托不等式恒成立的条件加以合理的平移变换,优化函数解析式,使得双变元问题转化为以一个整体(b-a)为变元的单变元问题,实现问题的优化处理.而考