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求解函数不等式[给定具体函数]

时间:2019-10-12 20:45:49      阅读:127      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

前言

具体函数

此时需要注意,解不等式所需要的函数性质都涵盖在函数的解析式中,所以需要我们自主挖掘这些隐含条件。

例11-1【2019\(\cdot\)高三练习】【只用到单调性】已知函数\(f(x)=\left\{\begin{array}{l}{x,x\leqslant 0}\\{ln(x+1),x>0,}\end{array}\right.\)\(f(2-x^2)>f(x)\),求\(x\)的范围。

分析:做出分段函数的图像,由图像可知函数\(f(x)\)\(R\)上单调递增,则由\(f(2-x^2)>f(x)\)

得到\(2-x^2>x\),解得\(-2<x<1\)

例1【2017\(\cdot\)榆林模拟】函数\(f(x)=ln\cfrac{1+x}{1-x}+sinx\),则不等式\(f(a-2)+f(a^2-4)<0\)的解集是【】

$A.(\sqrt{3},2)$ $B.(-3,2)$ $C.(1,2)$ $D.(\sqrt{3},\sqrt{5})$

分析:这类题目往往需要取得符号\(f\),而在此之前,需要转化为\(f(M)<( 或>)f(N)\)的形式,

然后利用定义域和单调性去掉对应法则符号,就转化为了一般的不等式组了。

解析:先求定义域,令\(\cfrac{1+x}{1-x}>0\),解得定义域\((-1,1)\)

再求奇偶性,\(f(-x)=ln\cfrac{1-x}{1+x}-sinx\)\(f(x)=ln\cfrac{1+x}{1-x}+sinx\),所以\(f(-x)+f(x)=0\),故函数为奇函数;

最后分析单调性,

法一,基本函数法,令\(g(x)=ln\cfrac{1+x}{1-x}=ln(-1-\cfrac{2}{x-1})\),由于\(u=-1-\cfrac{2}{x-1}\)为增函数,

所以函数\(g(x)\)为增函数,故函数\(f(x)=g(x)+sinx\)\((-1,1)\)上的增函数,

法二,导数法,\(f'(x)=\cfrac{2}{1-x^2}+cosx>0\),故函数\(f(x)\)\((-1,1)\)上的增函数,到此需要的性质基本备齐了,

\(f(a-2)+f(a^2-4)<0\),变换得到\(f(a-2)<-f(a^2-4)=f(4-a^2)\)

由定义域和单调性得到以下不等式组:

\(\begin{cases}-1<a-2<1\\ -1<a^2-4<1 \\a-2<4-a^2 \end{cases}\),解得\(\sqrt{3}<a<2\),故选\(A\)

例2已知函数\(f(x)=ln(\sqrt{x^2+1}+x)\),且\(f(x-1)+f(x)>0\),求\(x\)的取值范围;

分析:先求定义域,由于\(\sqrt{x^2+1}\ge \pm \sqrt{x^2}\),故定义域为\((-\infty,+\infty)\)

又由于\(f(-x)=ln(\sqrt{x^2+1}-x)\),故\(f(x)+f(-x)=ln1=0\),故函数为奇函数。

\(x\in [0,+\infty)\)时,\(x^2\nearrow\)\(1+x^2\nearrow\)\(\sqrt{1+x^2}\nearrow\)\(x+\sqrt{1+x^2}\nearrow\)

\(y=ln(x+\sqrt{1+x^2})\nearrow\),则由奇函数可知在\((-\infty,+\infty)\)上,\(f(x)\nearrow\)

故由定义域为\(R\),奇函数,单调递增,则由\(f(x-1)+f(x)>0\)

得到\(f(x-1)>-f(x)=f(-x)\),即\(x-1>-x\),解得\(x>\cfrac{1}{2}\),即\(x\in (\cfrac{1}{2},+\infty)\)

【变式1】已知奇函数\(f(x)\)定义域为\(R\),且单调递增,若\(f(x-1)+f(x)>0\),求\(x\)的取值范围;

【变式2】已知定义在\(R\)上的函数\(f(x)\)满足\(f(-x)+f(x)=0\),且在\(x\in [0,+\infty)\)上时,恒有\(f'(x)\geqslant 0\)成立,若\(f(x-1)+f(x)>0\),求\(x\)的取值范围;

【变式3】已知定义在\(R\)上的函数\(f(x)\)图像关于原点对称,且在\(x_1,x_2\in [0,+\infty)\)上时,有\(\cfrac{f(x_2)-f(x_1)}{x_2-x_1}>0(x_1\neq x_2)\)成立,若\(f(x-1)+f(x)>0\),求\(x\)的取值范围;

例3【2019高三理科数学第二次月考第9题】函数\(f(x)=ln(|x|-1)-log_{0.5}(x^2+1)\),则使得不等式\(f(x)-f(2x-1)<0\)成立的\(x\)的取值范围是【】

$A.(1,+\infty)$
$B.(-\infty,-\frac{1}{3})$
$C.(-\infty,-\frac{1}{3})\cup (1,+\infty)$
$D.(-\infty,-1)\cup (1,+\infty)$

分析:由\(|x|-1>0\)得到定义域\((-\infty,-1)\cup (1,+\infty)\)

由于\(y=ln(|x|-1)\)为偶函数,\(y=-log_{0.5}(x^2+1)\)为偶函数,【两个组成部分】

所以\(f(x)\)为偶函数;【整体】

以下主要讨论单调性,先考虑\(x>1\)的情形,

由于\(x>1\)\(f(x)=ln(x-1)-log_{0.5}(x^2+1)\)

其中\(y=ln(x-1)\)在区间\((1,+\infty)\)上单调递增,\(y=log_{0.5}(x^2+1)\)在区间\((1,+\infty)\)上单调递减,

\(f(x)=ln(x-1)-log_{0.5}(x^2+1)\)区间\((1,+\infty)\)上单调递增,

又由于其为偶函数,这样可知\((-\infty,-1)\)上单调递减,

由不等式\(f(x)-f(2x-1)<0\)等价于\(f(|x|)<f(|2x-1|)\)

其在区间\((1,+\infty)\)上单调递增,

由定义域和单调性二者限制得到,\(\left\{\begin{array}{l}{|x|>1}\\{|2x-1|>1}\\{|x|<|2x-1|}\end{array}\right.\)

上式等价于\(\left\{\begin{array}{l}{|x|>1①}\\{|x|<|2x-1|②}\end{array}\right.\)

解①得到,\(x<-1\)\(x>1\)

解②,两边同时平方,去掉绝对值符号,得到\(x<\cfrac{1}{3}\)\(x>1\)

二者求交集得到,\(x<-1\)\(x>1\),故选\(D\)

综合应用

函数的性质需要我们自己总结归纳出来,并主动应用;

例4已知函数\(f(x)=\cfrac{a}{a^2-1}(a^x-\cfrac{1}{a^x})(x\in R,a>0,a\neq 1)\)

(1)求函数\(f(x)\)的单调性;

分析:我们先分析函数中的部分,\(g(x)=a^x-\cfrac{1}{a^x}=a^x-a^{-x}\)

\(g(-x)=-g(x)\),即函数\(g(x)\)为奇函数,故求解如下,

(1)\(f(x)=\cfrac{a}{a^2-1}\cdot g(x)\)

\(f(-x)=\cfrac{a}{a^2-1}\cdot g(-x)=-\cfrac{a}{a^2-1}\cdot g(x)=-f(x)\)

即函数\(f(x)\)为奇函数,我们先重点分析\(x\in [0,+\infty)\)上的单调性,

①当\(a>1\)时,\(a^2-1>0\),则\(\cfrac{a}{a^2-1}>0\)\(lna>0\)

\(f'(x)=\cfrac{a}{a^2-1}(a^x\cdot lna-a^{-x}\cdot (-x)'\cdot lna)\)

\(=\cfrac{a}{a^2-1}\cdot lna\cdot (a^x+a^{-x})>0\)

则函数\(f(x)\)\([0,+\infty)\)上单调递增,

由函数为奇函数,则可知\(f(x)\)\((-\infty,+\infty)\)上单调递增;

②当\(0<a<1\)时,\(a^2-1<0\),则\(\cfrac{a}{a^2-1}<0\)\(lna<0\)

\(f'(x)=\cfrac{a}{a^2-1}(a^x\cdot lna-a^{-x}\cdot (-x)'\cdot lna)\)

\(=\cfrac{a}{a^2-1}\cdot lna\cdot (a^x+a^{-x})>0\)

则函数\(f(x)\)\([0,+\infty)\)上单调递增,

由函数为奇函数,则可知\(f(x)\)\((-\infty,+\infty)\)上单调递增;

综上可知,不论\(a\)为何值,函数\(f(x)\)\((-\infty,+\infty)\)上单调递增;

(2)若\(f(1-m)+f(1-m^2)<0\),求实数\(m\)的取值范围;

分析:先将不等式转化为\(f(1-m)<-f(1-m^2)\),又函数\(f(x)\)为奇函数,则\(-f(1-m^2)=f(m^2-1)\)

\(f(1-m)<f(m^2-1)\),由单调性可知,\(1-m<m^2-1\)

\(m^2+m-2>0\),故所求取值范围为\((-\infty,-2)\cup(1,+\infty)\)

求解函数不等式[给定具体函数]

原文:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/11663781.html

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