“雄兔脚扑朔,雌兔眼迷离;双傍地走,安能辨我是雄雌?”出自《木兰诗》,意思是“雄兔的脚喜欢扑腾,雌兔的眼老是眯缝着,如果它们一起跑,又有谁能辨清它是雄还是雌呢?”,现在多用于指事情重杂,而“任意”与“存在”好象雄兔与雌兔,在题中让大多学生“傻傻分不清”,从而束手无策。函数中的任意性与存在性问题,是函数、方程、不等式等内容交汇处的一个十分活跃的知识点,也是高考的热点题型,这类问题常与导数工具的灵活应用相结合,同时与数形结合、分类讨论等数学思想紧密联系,使题型更加多变,因此常受到高考命题者的青眯,这类题型常有以下三种情形:一是单函数、单变量中的任意与存在性问题;二是双函数、双变量中的任意性与存在性问题(存在存在型、任意任意型);三是双函数双变量中的任意存在问题(任意存在型)
一. 单函数、单变量中的任意与存在性问题
此类解题过程中常有如下结论:
结论1:若对任意 ,不等式 在区间A上恒成立,则只需
结论2:若对任意 ,不等式 在区间A上恒成立,则只需
结论3:若存在 ,不等式 在区间A上有解,则只需
结论4:若存在 ,不等式 在区间A上有解,则只需
结论5:若存在 ,等式 在区间A上有解,则只需
以上的结论的获得可以借助生活例子引入(实验方法)或借助函数的图象(数形结合思想)
方法一:借助生活例子引入(实验方法)
例如对于结论1,我们可以用甲班的数学成绩打比方:有个人比甲班的任何一个学生成绩都要高,这个人的数学成绩需要满足什么条件?答案这个人的数学成绩应是高于甲班分数最高的(即大于最大值)
例如对于结论3,我们同样也同以用甲班的数学成绩打比方,有个人比甲班的某个学生成绩高,这个人的数学成绩需要满足什么条件?答案是这个人的数学成绩高于甲班分数最低的(即大于最小值)
例如对于结论5,我们同样也同以用甲班的数学成绩打比方,有个人比甲班的某个学生成绩一样高,这个人的数学成绩需要满足什么条件?答案应是为这人的数学成绩介于最低分和最高分之间,即落在甲班学生成绩构成的值域内
方法二:借助函数的图象(数形结合思想)
例如对于结论1,若对任意 ,不等式 在区间A
上恒成立,则只需在区间A上函数y=a的图象始终在y=F(x)的
图象上方,如图,则只需
结论3:若存在 ,不等式 在区间A上有解,则只需
在区间A上存在x,满足函数y=a的图象在y=F(x)的图象上方,所以只需
二、双函数、双变量中的任意性与存在性问题(存在存在型、任意任意型)
结论6:若对任意的 ,任意 ,不等式 恒成立,则只需
结论7:若对任意的 ,任意 ,不等式 恒成立,则只需
结论8:若存在 ,存在 ,不等式 有解,则只需
结论9:若存在 ,存在 ,等式 有解,则只需
结论10:若存在 ,存在 ,等式 有解,则只需
方法一:借助生活例子引入(实验方法)
例如对于结论6,我们可以用甲班和乙班的数学成绩打比方:甲班的任何一个学生成绩要高于乙班的任何一个学生成绩,那么甲班和乙班的学生成绩需要满足什么条件?答案甲班的最低的分数高于乙班的的最高分数;
例如对于结论8,要在甲班中找一个学生的成绩高于乙班的某个学生成绩,那么甲班和乙班的学生成绩需要满足什么条件?答案是甲班的最高分高于甲班的最低分。
例如对于结论10,要在甲班中找一个同学的成绩和乙班的某个学生成绩一样高(相同),那么学生数学成绩需要满足什么条件?答案甲班和乙班学生的成绩表中至少有一个相同的分数,用集合的语言理解,即两个班的成绩要有公共元素。
方法二:借助单函数、单变量中的任意与存在性问题
例如对于结论8:设变量a满足 ,即 ,由结论3知有 ,即只需
例如对于结论10,设变量a满足 ,即 ,由结论5知有, ,两个方程 , 同时有解,说明两值域的交集非空,即只需
方法三:借助函数的图象(数形结合思想)
例如对于结论8:不等式 有解,只需存在 ,
存在 ,使得点 在点 的图象上方,
所以只需
三、双函数、双变量中的任意性与存在性混合型问题(任意存在型)
结论11:若对任意的 ,存在 ,不等式 成立,则只需
结论12:若对任意的 ,存在 ,不等式 恒成立,则只需 结论13:若对任意的 ,存在 ,不等式 成立,则只需
同样地,借助单函数、单变量中的任意与存在性问题考虑结论11:
设变量a满足 ,即 ,由结论1和3有 ,即只需
对于结论13,设变量a满足 ,即 ,由结论5知有
,则对任意的 , ,即
也要可以借助生活例子考虑结论13,我们可以用甲班和乙班的数学成绩打比方:对于甲班的任一学生的成绩,乙班都有学生的成绩与之对应相等,那么学生数学成绩需要满足什么条件?用集合的语言理解,即两
纵观以上13个结论,实际上都是以前5个为基础的一些变化,同时,对函数中的存在性与任意性问题,若是不等关系则转化为函数的最值问题,若是方程问题则转化为函数值域问题。另外,以上的结论都是在默认函数的最值存在的提下,若给定区间为非闭区间或函数非连续时,其最值可能无法取到,此时须确定其上(或下)界,并考虑等号能否取得。
四、典例剖析
例1. 已知函数 在定义域上单调递增,求m的取值范围.
命题意图:考查含参函数在给定区间上单调递增,即导数非负恒成立问题。
解题要点: 在 恒成立且 不恒为零,所以 ,由最值法知只要 ,易得当 ,即x=1时, ,所以 ,经检验, 合题意,综上,所求m的取值范围是
例2. 已知函数 在【-1,1】存在单调递增区间,求t的取值范围.
命题意图:考查函数在给定区间上存在单调递增区间,即导数大于零有解问题。
解题要点: 在【-1,1】有解,所以 ,由最值法知只要 ,易得当 , ,所以 .
例3. 已知函数 , ,设函数 的导函数 ,对任意的 ,存在 ,使得 成立,求实数m的取值范围.
命题意图:考查双函数、双变量中的任意性与存在性混合型问题
解题要点:由 得 ,所以 成立,即 ,即
,对 求导得 在当 处取得最大值, , ,所以 ,所以 ,故
例4. 已知函数 , ,若对任意 ,都有 ,使得 成立,求实数a取值范围.
命题意图:考查双函数、双变量中的任意性与存在性混合型问题
解题要点:依题意有 ,又
, ,所以 ,解得
此类问题关键是对“任意”“存在”意义的理解,当然还有很多问题可以等价转化为任意或存在问题去求解,只要我们充分利所给定的函数的特点和性质,具体问题具体分析,选用恰当的方法,对问题进行等价转化,就能使问题获得解决,只有这样才能提高分析问题和解决问题的能力。
参考文献
傅建红 聚焦函数中的任意性与存在性问题 《高中数学教与学》2012.6