高一B10：任意性与存在性问题综合
巧辨“任意性问题”与“存在性问题”
巧辨“任意性问题”与“存在性问题”含有参数的方程(或不等式)中的“任意性”与“存在性”问题历来是高考考查的一个热点，也是高考复习中的一个难点•破解的关键在于将它们等价转化为熟悉的基本初等函数的最值或值域问题，而正确区分“任意性”与“存在性”问题也是解题的关键.技法一“？X,使得f(x)>g(x)”与“ ？X,使得f(x)>g(x)”的辨析⑴? X,使得f(x)>g(x)，只需h(x)min =[f(X)—g(X)]min>0.如图①.(2)? X,使得f(x)>g(x)，只需h(x)max = [f(x)—g(x)]max>0.如图②.[典例] 设函数f(x)= ln(1 + x), g(x)= af' (x),其中f (x)是f(x)的导函数.(1) 若对于任意x> 0,总有f(x)>g(x),求实数a的取值范围；(2) 若存在x> 0，使得f(x) > g(x)，求实数a的取值范围.[方法演示]解：(1)设h(x) = f(x) —g(x) = ln(1 + x) ——(x> 0).1+ x, 1 a x+ 1 + ah (x)_ 1+ x+( 1+ x f_ (1 + x J .当a > —1时，h ' (x)> 0, h(x)在[0, + )上单调递增，••• h(x)> h(0) =—a，则一a>0, a< 0,「. a€ [—1,0].当a<—1时，对于x€ (0, —a—1)有h' (x)<0，贝U h(x)在(0,—a—1)上单调递减，所以h( —a—1)<h(0) = 0,即此时存在x>0,使得h(x)<0,即f(x)> g(x)在[0, + )上不恒成立.综上可知，实数a的取值范围为[—1,0].(2)由(1)可知，当a> —1时，存在x> 0,使得f(x) > g(x),当a<— 1 时，令X Q= e—a—1,贝U X Q>0 ,…h(x o)= —a(1 + £)>0 ,•必存在x>0,使得f(x)>g(x).综上可知，实数a的取值范围是(―8,+^).[解题师说](1)这是较为常见的一类恒成立问题，运用数形结合的思想可知，当X0> 0时，总有f(X0) > g(X0),即f(X0)—g(X0) > 0(注意不是f(x)min > g(x)max),可以转化为当X> 0 时,h(x) = f(x) —g(x)> 0恒成立问题.⑵存在x>0，使得f(x)>g(x)，即至少有一个X Q>0,满足f(X))—g(x0)不是负数，可以转化为当x > 0时，h(x)= f(x)— g(x)的函数值至少有一个是非负数.［应用体验］1 设函数 f(x) = x 3— x 2— 3. (1)求f(x)的单调区间；⑵若函数y = f(x)— m 在区间［—1,2］上有三个零点，求实数 m 的取值范围;数a 的取值范围.解：(l)f ' (x)= 3x 2— 2x = x(3x — 2). 2由 f ' (x)>0，得 x<0 或 x>-;3由f ' (x)<0，得0<x<3,所以f(x)的单调递增区间是(一R, 0), 2,+R ,单调递减 区间是0, 2 .32(2)令 h(x)= f(x)— m ,则 h(x) = x — x — 3— m ,2h ' (x) = 3x — 2x = x(3x — 2),由(1)知函数h(x)在x = 0处取得极大值h(0) = — 3 — m ,在x =-处取得极小值3 —m.因为函数y = f(x)— m 在区间［—1,2］上有三个零点,h —1 =— 5— m w 0, h 0 =— 3— m>0 ,所以 285 85h 3 厂—27— m<0 ,解得—27<m< — 3 , h 2 = 1 — m > 0 ,所以实数m 的取值范围是 —27, — 3 .(3)由(1)知，函数f(x)在2 , 2上单调递减，在2 , 2上单调递增， 而f(2卜-25 , f(2)=1,故f(x)在区间:,2上的最大值为f(2) = 1.因为“对任意的X 1 , x 2€ 2 , 2］都有f(X 1) w g(x 2)成立”等价于“对任意x € J , 2、 g(x)> f(x)max 恒成立”2即a > x — x ln x 恒成立.2记 u(x)= X — X ln X ,则有 a 》U (x)max .⑶设函数g(x) = a+ xln x ，如果对任意的X i , X 2^ 2 2 I,都有 f(X i )w g(X 2)成立，求实h2 _ 15即当x€ g(x)= a + xln x > 1 恒成立,u ' (x) = 1 — x — 2xln x ,可知 u ' (1) = 0. 当 x € 1, 1 时，1 — x>0,2xln x<0, 则u ' (x)>0, u(x)在2, 1上单调递增; 当 x € (1,2)时，1 — x<0,2xln x>0, 则u ' (x)<0, u(x)在(1,2)上单调递减.使得f(X 1)= g(x 2)等价于函数f(x)在D 1上的值域A 与g(x)在 D 2B 的交集不是空集，即 A H B 丰?，如图③.其等价转化的目标是两个函数有相等的函数值.故u(x)在区间2, 1的最大值为 u ⑴=1,所以实数a 的取值范围是 ［1，+ m ). 技法“若？ X 1€ D 1, ? X 2€ D 2,使得 f(X 1)= g(X 2)” 与 “ ？ X 1€ D 1, ? X 2€ D 2,使得f(x 1)= g(x 2)” 的辨析(1)? X 1 € D 1, ? X 2 €D ,上的值域 ⑵? 上的值域X 1€ D 1, ? X 2€ D 2,使得f(x“= g(x 2)等价于函数f(x)在D 1上的值域A 是g(x)在 D ?B 的子集，即 A ? B ,如图④.其等价转化的目标是函数 y = f(x)的值域都在函数 y=g(x)的值域之中.说明：图③，图④中的条形图表示函数在相应定义域上的值域在y 轴上的投影.2 23 1［典例】已知函数f(x)= x -刊，a>0, x€ R，g(x)=乔X.(1)若？ X 1€ (— s, — 1］, ? x ?€— m，—1 ,使得f(x 1) = g(x 2),求实数a 的取值范围;(2) 当 a = 2时,证明：对任意的X 1 € (2, +s )，都存在x ?€ (1 , +s )，使得f(X 1)= g(X 2). ［方法演示］2解: (1) •- f(x)= X 2 — 3ax 3, /• f ' (x) = 2x — 2ax 2= 2x(1 — ax).1令f ' (x)=0, 得 x =0 或x =a .当 x € (— a, 0)时，f ' (x)<0 ,••• f(x)在(一a,— 1]上单调递减,a故f(x)在(—a,— 1]上的值域为1 + 2^,+ a }2•••g(x) = -T-1—, • g ' (x)= 3x 2xX (1 — X ) 1当 x<—1 时，g ' (x)>0, g(x)单调递增，g(x)<g—a,— 2，使得 f(X 1)=g(X 2),则 1 + 2a<3,解得 0<玄<2,故实数a 的取值范围是 0, 5 .⑵证明：当a =舟时，f(x)= x 2 — x 3, 所以 f ' (x)= 2x — 3X 2= 3x 3— x .当x>1时，f ' (x)vo ，所以f(x)在(1 ,+s )上单调递减，且 f(2) =- 4. 所以f(x)在(2,+a )上的值域为(一a,— 4). 4则g(x)= 严 =-^在(1 ,+a )上单调递增，X (1 — X ) f (X ) 所以g(X)=' 在(1 , + a )上的值域为(—a, 0).X (1 — X ) 因为(一a ,— 4)( — a , 0),所以对于任意的(2 , + a )，都存在(1 , + a )，使得f(X 1)= g(X 2). ［解题师说］本例第(1)问等价转化的基本思想是：两个函数有相等的函数值，即它们的值域有公共 部分；第(2)问等价转化的基本思想是： 函数f(x)的任意一个函数值都与函数 g(x)的某一函数值相等，即f(x)的值域都在g(x)的值域中.［应用体验］2•已知函数 f(x)=弓^，x € [0,1]. (1) 求f(x)的单调区间和值域；(2) 设 a > 1，函数 g(x) = x 3— 3a 2x - 2a, x € [0,1].若对于任意 X 1 € [0,1],总存在 x °€ [0,1], 使得g(x °)= f(X 1)成立，求实数a 的取值范围.—4x + 16x — 7 2x — 1 2x — 72— x 2 , X €[0，1].3x — 2~2 T"2 = 3 “ . X — X x 1 — X一 1L 8 、2厂故g(x)在 —a,— 2上的值域为 — a 8] ，3 .若？捲€ (—a, — 1] , ? 解: (1)f' (X)=2— x1 7令f' (x)= 0，解得x= 2或X = 2(舍去).当x变化时，f' (x), f(x)的变化情况如下表:所以f(x)的递减区间是0, 2，递增区间是2，1 .所以f(x)min= f 2 =- 4.又f(0) = -7, f(1) = - 3,所以f(x)max= f(1) =—3.故当x € [0,1]时，f(x)的值域为 B = [—4,—3].(2) “对于任意x i€ [0,1],总存在x°€ [0,1],使得g(x o) = f(x i)成立”等价于“在x€ [0,1] 上，函数f(x)的值域B是函数g(x)的值域A的子集，即B? A”.因为a> 1,当x€ (0,1)时，g' (x)= 3(x2—a2)<0,所以g(x)为减函数，故g(x)的值域A= [1 —2a —3a2,—2a].由B? A，得 1 —2a—3a2< — 4 且—2a> —3,解得1< a< 号.所以实数a的取值范围为1, 3 .技法三f(x), g(x)是闭区间D上的连续函数，“ ？冷，X2€ D，使得f(x“>g(x2)”与“ ？X1,x2€D，使得f(x1)>g(X2)” 的辨析(1)f(x), g(x)是在闭区间D上的连续函数且？X1, x2€ D，使得f(xd>g(x2),等价于f(x)min>g(x)max.其等价转化的目标是函数y= f(x)的任意一个函数值均大于函数y= g(x)的任意一个函数值•如图⑤.图⑤国⑥⑵存在X1, x2 € D,使得f(x1)>g(X2),等价于f(x)max>g(x)min.其等价转化的目标是函数y=f(x)的某一个函数值大于函数y= g(x)的某些函数值.如图⑥.2 a［典例］ 已知 f(x)= x + 一(a>0), g(x) = x + In x.(1) 若对任意的x i , X 2^ ［1, e ］,都有f(X i )A g (x 2)成立，求实数a 的取值范围; (2) 若存在x i ，X 2^ ［1, e ］,使得f(X i )vg (x 2),求实数a 的取值范围. ［方法演示］解: (1)对任意的 X i,X 2€ ［1 ,e ］,都有 f(x i )> g(X 2)成立，等价于 x € ［1 ,e ］时,f(x)min > g(X )max .1当 x € ［1, e ］时,g ' (x)= 1 + ->0，所以 g(x)在［1, e ］上单调递增，所以 g(x)max = g(e)= e +1.2只需证 f(x)> e + 1,即 x + — > e + 1? a 2> (e + 1)x - x 2在［1, e ］上恒成立即可. 令 h(x)= (e + 1)x — x 2.当x € ［1, e ］时，h(x) = (e + 1)x — x 2的最大值为h 宁=号 2.所以a 2> 宁 2,即故实数a 的取值范围是号,+R }(2)存在 X i , x 2 € ［1, e ］,使得 f(x i )v g(X 2),等价于 X € ［1 , e ］时,f(x)min <g(x)max .1 当 x € ［1, e ］时,g ' (x)= 1+ x>0 ,所以 g(x)在［1, e ］上单调递增,所以 g(x)max = g (e)=e+1.2a又 f ' (x)= 1 — p ,令 f ' (x)= 0，得 X = a , 2故f(x) = x + °(a>0)在(0 , a)上单调递减，在(a , +)上单调递增.当 ovavi 时,f(x)在［1, e ］上单调递增，f(x)min = f(1) = 1 + a 2vi + e ,符合题意；当 1 < a w e 时，f(x)在 ［1 , a ］上单调递减，在［a , e ］上单调递增，f(x)min = f(a)= 2a ,1 -4- e 此时,2avi + e ,解得 i w av -;最咼点.［应用体验］2 2a a _当 a>e 时，f(x)在［1, e ］上单调递减,f(x)min = f(e)= e + —,此时,e + —vi + e ,即 av e , e e 与a>e 矛盾，不符合题意.综上可知，实数a 的取值范围为o , 粤. ［解题师说］(1)本例第(1)问从数的角度看，问题的本质就是 f(x)min > g(x)max .从形的角度看，问题的本质就是函数f(x)图象的最低点也不低于g(x)图象的最高点.⑵本例第⑵问从形的角度看，问题的本质就是函数f(x)图象的最低点低于g(x)图象的a >e + 1 2 .a + 33.已知函数f(x)= 4ln x—ax+-^(a》0),(1)求f(x)的单调区间；⑵当a> 1 时，设g(x)= 2e x—4x + 2a，若存在x i, X2^ 2, 2 ,使f(x“>g(x2),求实数a的取值范围.24 a+ 3 ax —4x + a + 3解：(1)由题意得f (x)=-一a—厂=— 2 (x>0).x x x ' '令f' (x)= 0，即ax2—4x+ a + 3 = 0.4x 一3 3 3当 a = 0 时，f' (x) =― .由f' (x)>0 ,得x>3；由f' (x)<0 ,得Ovxv；，所以函数f(x) x44的单调递增区间为4，+m，单调递减区间为o, 3.当a>0 时，ax2—4x+ a+ 3= 0 的判别式△=—4(a—1)(a+ 4).若a> 1, AC 0，贝U f' (x)w 0,所以f(x)的单调递减区间为(0,+a).A c 1 空若0va<1，贝U 少0.因为X1+ X2= —>0 , X1X2= >0,a a所以X1= j一a—L吐纟>0 ,aX2= J—归1⑴ >0.a由f'(X)>0，得X1<x<X2 ；由f ' (X)<0，得X>X2或0VXVX1，所以f(x)的单调递增区间为(X1, X2),单调递减区间为(0, X1) , (X2,+ a).综上，当a= 0时，函数f(x)的单调递增区间为4，+ a ,单调递减区间为0, 3 .当0va<1时，函数f(x)的单调递增区间为 1L一归1吐4,a a单调递减区间为0, J一1吐*,a2+ P-(j—Hj±Z),+ a.a '当a> 1时，f(x)的单调递减区间为(0,+ a).(2) “存在X1 , x2 € 22〔使f(x1)>g(X2)” 等价于“x€ 2 2 时，f(x)max>g(x)min . 由(1)知，当x€ 1, 2 时，f(x)max= f 1 =—4ln 2 + ；a+ 6.由g' (x)= 2e x—4= 0,得x= In 2.当x €殳,ln 2时，g ' (x)vo , g(x)单调递减； 当 x € (In 2,2］时，g ，(x)>0, g(x)单调递增.所以当 x € 2，2 时，g(x)min = g(ln 2) = 4 — 4ln 2 + 2a.3由 f(x)max >g(x)min ，得—4ln 2 + qa + 6>4 — 4ln 2 + 2a ,解得 1< a<4,故实数 a 的取值范 围为［1,4).技法四 “?捲€ D i, ? x 2€ D 2,使 f(X i )>g(x 2)” 与 “? x i € D i , ? x 2€ D 2,使 f(x°vg(x 2)” 的辨析(1)? x i € D i , ? X 2€ D 2,使f(X i )>g(x 2),等价于函数f(x)在D i 上的最小值大于 g(x)在D 2上的最小值，即f(x)min >g(x)min (这里假设f(x)min , g (x)min 存在)•其等价转化的目标是函数 y = f(x)的任意一个函数值大于函数 y = g(x )的某一个函数值.如图⑦ .(2)? x i € D i , ? x ?€ D 2,使f(X i )vg(X 2),等价于函数f(x)在D i 上的最大值小于 g(x)在D 2上的最大值，即f(x)max Vg(X)max .其等价转化的目标是函数 y = f(X)的任意一个函数值小于函数y = g(x)的某一个函数值•如图⑧.i 3［典例］已知函数 f(x) = ln x — 4X + 4X — i , g(x)= X 2— 2bx + 4,若对任意的 X i € (0,2), 总存在X 2€ ［i,2］,使f(x i ) > g(x 2),求实数b 的取值范围.［方法演示］解：依题意知f(x)在(0,2)上的最小值不小于 g(x)在 ［i,2］上的最小值，即f(x)min 》g(x)min .则当Ovxvi 时，f ' (x)<0, f(x)单调递减; 当 ivxv2 时，f ，(x)>0 , f(x)单调递增，i 所以当 X € (0,2)时，f(x)min = f(i) =— 2又 g(x)= x 2— 2bx + 4,①当 bvi 时，可求得 g(x)min = g(i) = 5— 2b. i ii由5 — 2b < — ?,解得b >匚■，这与bvi 矛盾； ②当 i w b < 2 时，可求得 g(x)min = g(b) = 4 — b 2. 1 9由4 — b 2w — ，得b 2> 9，这与 K b w 2矛盾;所以 5 X -i -4?=x — i x —324x :HI ⑦RJ③当 b>2 时，可求得 g(x)min = g(2) = 8— 4b. 1 17由 8 — 4b w — 2，得 b 》—.［解题师说］“对任意%€ (0,2),总存在 x € ［1,2］，使 哄) > 如”等价于“ f(x)在(0,2)上的最小值 大于或等于g(x)在［1,2］上的最小值”.［应用体验］1 3 24.已知函数 f(x) = ^x + x + ax.(1) 若f(x)在区间［1,+^ )上单调递增，求实数 a 的最小值；(2) 若g(x)=家，对？刈€ 1, 2 , ? X 2€ 2, 2 I,使f 网< g(x 2)成立，求实数a 的取 值范围. 解:(1)由题设知 f (x) = x 2 + 2x + a > 0在［1 ,+s )上恒成立,即a 》一(x + 1)2+ 1在［1, + 8)上恒成立，而y =— (x + 1)2+ 1在［1,+8)单调递减，则 y max =— 3,••• a 》一3,二a 的最小值为一 3.(2) “对？ X 1 €2 2 L ? x 2€j2，2 "，使 f ' (x 1)w g(X 2)成立”等价于 “x € 2 2 时,f !(x)maxw g(x)max .f ' (x) = x + 2x + a = (x +1) + a — 1 在？，2〔上递增， •- f (x)max = f ' (2) = 8 + a. , 1 — x又 g (x)=~e~，由 g ' (x)>0，得 x<1, 由 g ' (x)<0，得 x>1 ,• g(x)在(—8, 1)上单调递增，在(1, +8)上单调递减.由 8 + a w —，得 aw —— 8,•实数a 的取值范围为［升级增分训练］g(x)max = g(1)=e.-1x+舟O W X W 2,6 12 21.已知函数f(x) = 和函数g(x)= asir^x— a + 1(a>0)，若存在x3 1XT1，2<x W 1X1, x2^ [O,1】，使得f(x1)= g(x2)成立，求实数a的取值范围.解：设函数f(x), g(x)在[0,1]上的值域分别为A, B,则“存在论,x?€ [0,1],使得f(x“ =g(x2)成立”等价于“A n B M ?”.1 1 1当0 W X W -时，f(x) =—&X +在单调递减，1所以0W f(x) W —.2当W 1 时，f' (x) = X 3 >0 ,3所以f(x)=4单调递增，X + 11 1 所以1"2<f(x)< 2；故f(x)在［0,1］上的值域A= 0，1.n n 丨n n 当X € ［0,1 ］时，6X € 0, 6，y= sin^x 在［0,1］上单调递增.又a>0 ,所以g(x)= asi%x —a+ 1在［0,1］上单调递增，其值域 B = 1 —a, 1 —111 a 1由A n B工？，得0 W 1 —a W 2或0 W 1 —云W云,解得2< a w 2.所以实数a的取值范围是2，2 .12.已知函数f(x)= ln x + - + ax.(1) 若函数f(x)在[1,+^ )上是单调函数，求实数a的取值范围；1(2) 已知函数g(x) = x+ -，对于任意X1€ [1, e],总存在灭？€ [1, e],使得f(xj w g(x2)成立，求正实数a的取值范围.21 1 ax + x—1解：(1)f (x)= x—~2+ a= X2，x € [1, + ),•••函数f(x)在[1 , + )上是单调函数，••• f' (x) > 0 或f' (x)w 0 对任意x€ [1 ,+^ )恒成立.即ax2+ x—1 > 0 或ax2+ x— 1 w 0 对任意x € [1, + )恒成立，11 11••• a>-2- 一或a< -2- 一对任意x€ [1,+ a)恒成立.xx x x1令t= 一，由于x€ [1,+ a)则t€ (0,1],设h(t)= t2-1= t- 2 2-4,1 1 因此一一w h(t) W 0,故a> 0 或a w —：,•••实数a的取值范围为一a,- 4 u [0, + a ).(2)由(1)知，当a > 0时，函数f(x)在[1, e]上为增函数，1 故f(1) w f(x)w f(e),即1 + a w f(x)w 1 + ae+ .e1x2-1「g (x) = 1-严 h ,•••当x € [1, e]时,g' (x)》0, g(x)单调递增，1 • g(1) w g(x) w g(e)，即2w g(x)w e+ .eT对任意为€ [1, e],总存在X2€ [1, e],使得f(x1)w g(X2)成立，1 1•- f(X1)max W g(X2)max，即1 + ae+Y e+_ ,e e1解得0 v a w 1--,e故所求正实数a的取值范围为0, 1-一.2 2 33.已知函数f(x)= x - 3ax (a>0), x € R.(1) 求f(x)的单调区间和极值；(2) 若对任意的X1 € (2,+a )，都存在X2 € (1 ,+a )，使得f(x“ q x2)= 1，求实数a的取值范围.解：(1)f' (x)= 2x- 2ax2(a>0),1令f' (x)= 0，得X= 0 或X = -.a当x(2)由 f(0) = f 3= 0 及(1)知，当 x € 0, 2a 时，f(x)>0 ； 当 x € 2a ，+g 时，f(x)<0. 设集合 A = {f(x)|x € (2, + g )},J iI吐1，+g)f (x r 叮贝y “对任意的x i € (2, +g ),都存在X 2€ (1, +g ),使得f(x i ) f (x 2)= 1 ”等价于A ? B , 显然0?B. 下面分三种情况讨论：①当2a>2，即0<a<3时，由f 2a =0知，0€ A ，而0?B ,所以A 不是B 的子集. ②当1三3 < 2,即3 < a w 3时，有f(2)三0,且此时f(x)在(2 ,+g )上单调递减,2a 4 2 故 A = (-g , f(2))，因而 A ? (-g, 0);由f(1) > 0，有f(x)在(1, + g )上的取值范围包含(一g, 0)，则(一g, 0)? B ，所以 A B.3 3③当-<1,即a>3时，有f(1)<0,且此时f(x)在(1, + g )上单调递减,2a 2 A = (-g, f(2)), A 不是B 的子集._im^x2 ax4.(理)已知函数 f(x) = ~2~^ + 1(m r 0), g(x) = x e (a € R). (1) 求函数f(x)的单调区间；(2) 当m>0时，若对任意X 1, x 2€[0,2], f(x 1) > g(X 2)恒成立，求实数a 的取值范围.2解: (1f (x 戶X = 一寺^.当 m>0 时，由 f ' (x)>0，得一1<x<1 ;由 f ' (x)<0 ,得 x>1 或 x< — 1，所以 f(x)的单调 递增区间是(一1,1)，单调递减区间是(一g,- 1), (1 ,+g ).当 m<0 时，由 f ' (x)>0，得 x>1 或 x< — 1 ;由 f ' (x)<0，得一1<x<1，所以 f(x)的单调 递增区间是(一g,- 1), (1, + g )，单调递减区间是(一1,1).⑵依题意，当m>0时，"对任意X 1, x 2€[0,2], f(x 1) > g(x 2)恒成立”等价于"对任意xf(x)的极小值为f(0) = 0，极大值为 f综上，实数 a 的取值范围是3 31-4’ 2：所以f(x)的单调递增区间是单调递减区间是 (-m , 0),1 3a 2.€ ［0,2］, f(x) min 》g(x) max 成立”.当m>0时，由 ⑴知，函数f(x)在［0,1］上单调递增，在［1,2］上单调递减， 因为 f(0) = 1 , f(2)= 2m + 1>1，所以 f(x)min = f(0) = 1.故应满足 1> g(x)max .5 因为 g(x)= x 2e ax ，所以 g ' (x)= (ax 2 + 2x)e ax .① 当 a = 0 时，g(x)= x 2，对任意 x € ［0,2］, g(x)max = g(2) = 4,不满足 1>g(x)max . ② 当a 丰0时，令g ' (x) = 0,得x = 0或x =- 2.a2(i )当- -> 2,即—1W a<0 时，在［0,2］上, g ' (x) > 0,所以 g(x)在［0,2］上单调递增，g(x)maxa =g(2)= 4e 2a .由 1》4e ?a ，得 a w — In 2，所以一1 w a w — In 2.(ii )当 0< — a<2，即 a< — 1 时，在 0，—彳 上, g ' (x)>0, g(x)单调递增；在a ，2 上， g ' (x)<0, g(x)单调递减.g(x)max = g —2 =令.由1》2 2，得a w —-,所以a< — 1.a e e2(iii )当— -<0 ,即 a>0 时，显然在［0,2］上，g ' (x)>0, g(x)单调递增，于是 g(x)max = g(2) a =4e 2a ,此时不满足 1> g(x)max .综上，实数a 的取值范围是(一m, — ln 2］.2a 24.(文)已知函数f(x) = (1 + b)x + — — aln x(a > 0)在x = 2a 处取得极值. (1)求函数f(x)的单调区间；⑵设函数g(x)= x 2— 2cx + 4— ln 2,当a = 1时，若对任意的乂1尽€ [1 ,e]都有f(x“>g(x 2), 求实数c 的取值范围.又f(x)在x = 2a 处取得极值,1 1所以 f ' (2a) = 1+ b — — 2 = b = 0, 所以 f(x)= x + 2- — aln x ,2222a a x— ax — 2a(x + a (x — 2a } f ' (x)= 1— p — _=2 = 2, x x xx'又a >0,且函数f(x)的定义域为(0,+ g ), 所以由 f ' (x)> 0，得 x > 2a ; 由 f (x)v 0，得 O v x v 2a ,即函数f(x)的单调递增区间是(2a ,+s )，单调递减区间为(0,2a). 2(2)当 a = 1 时，f(x)= x + x - In x , x € (0, +),由⑴知x € ［1, e ］时,f(x)在［1,2］上单调递减，在(2, e ］上单调递增，所以 f(x)min解:(1)由 f(x)= (1+ b)x + 2a— aln x , a >0, x >0,得 f ' (x)= 1 + b —2a 2 ~2 x ax .f(2)=3- In 2.对任意的x i,冷€ ［1, e］都有f(x i)> g(x2),即f(x)min》g(x), x€ ［1 , e］恒成立.即 3 —In 2 > x2- 2cx+ 4—In 2, x€ ［1, e］恒成立，即2c>x + £ x€ ［1, e］恒成立,1 1令h(x) = x+ x，则h' (x)= 1 —-2 >0, x € ［1, e］,1即h(x)= x + -在［1, e］上单调递增,故h(x)max= e+ e，所以O丁 e+ * .故实数c的取值范围为:+占+T。
求解任意性问题与存在性问题
3. 不同函数，相等关系 求值域
(1)x A, f (x) g(x) y f (x) g(x)有零点 (2)x1 A,x2 B, f (x1) g(x2)成立
{ f (x) | x A} {g(x) | x B}
(3)x1 A,x2 B, f (x1) g(x2)成立 { f (x) | x A} {g(x) | x B}
(1)若对 x [3,,3都] 有 f (x) 成g(立x)，求 范围；k (2)若对 x [3,都3] 有 f (x) 成g(立x)，求 范围；k
1.不同函数，相同变量 构造函数求最值
(1)x A, f (x) g(x)成立 [ f (x) g(x)]max 0 [g(x) f (x)]min 0
f (x1)max g(x2 )min
(2)x1 A,x2 B, f (x1) g(x2 )成立 f (x1)min g(x2 )min
(3)x1 A, x2 B, f (x1) g(x2 )成立 f (x1)min g(x2 )max
(4)x1 A, x2 B, f (x1) g(x2 )成立
f (x1)max g(x2 )max
活动探究
1.已知两个函数 f (x) 8x2 16x k, x [3,3]
g(x) 2x3 5x2 4x, x [3,3], k R
(1)若对 x [3,,3都] 有 f (x) g成(立x) ，求 范围k； (2)若对 x [3,都3] 有 f (x) 成g(立x)，求 范围；k
(2)x A, f (x) g(x)成立 [ f (x) g(x)]min 0 [g(x) f (x)]max 0
(完整版)函数导数任意存在”-型问题归纳总结,推荐文档
战略思想三： x R ，都有" f (x1) f (x) f (x2 )" f (x1), f (x2 ) 分别是 f (x) 的最小值和最大值， | x1 x2 | min 是同时出现最大值和最小值的最短区间.
y x1
x2 x
例 3.
已知函数
f
(x) 2sin( x 2
) ，若对 5
" f ( x1 x2 ) f (x1) f (x2 ) "恒成立的函数的个数是( )
2
2
A.0 B.1 C.2 D.3
解：本题实质就是考察函数的凸凹性，即满足条件" f ( x1 x2 ) f (x1) f (x2 ) "的函数，应是凸函
2
2
数的性质，画草图即知 y log2 2x 符合题意；
即 f (x) 在[1,1]上为增函数.
∵ f (1) 1，∴ x [1,1] ，恒有 f (x) 1； ∴要使 f (x) t2 2at 1 对所有 x [1,1] ， a [1,1] 恒成立，
即要 t2 2at 1 1恒成立，故 t2 2at 0 恒成立，
令 g(a) 2at t2 ，只须 g(1) 0 且 g(1) 0 ，
x R ，都有"
f
(x1)
f (x)
f
(x2 )" 成立，则
| x1 x2 | 的最小值为____.
解 ∵对任意 x∈R，不等式 f (x1) f (x) f (x2 ) 恒成立，
∴ f (x1), f (x2 ) 分别是 f (x) 的最小值和最大值.
对于函数 y sin x ，取得最大值和最小值的两点之间最小距离是 π，即半个周期.
解得 t 2 或 t 0 或 t 2 .
任意性和存在性的综合问题
任意性和存在性的综合问题：1.已知函数,其中m ,a 均为实数． (1)求的极值；(2)设,若对任意的,恒成立,求的最小值；(3)设,若对任意给定的,在区间上总存在,使得 成立,求的取值范围．2.设2()()x f x x ax b e =++（1）若2,2a b ==-，求()f x 极大值（2）若1x =是函数()f x 的一个极值点，用a 表示b ，并确定()f x 的增区间（3）在（2）的条件下，设0a >，函数24()(14)x g x a e +=+，若[]12,0,4x x ∃∈使得12()()1f x g x -<成立，求a 的取值范围。
（若将""∃改成""∀呢？）变式训练：若2()25f x x ax =-+在(],2-∞上是减函数，且[]12,1,1x x a ∀∈+时总有12()()4f x f x -≤，求a 的范围。
e ()ln ,()ex x f x mx a x m g x =--=()g x 1,0m a =<12,[3,4]x x ∈12()x x ≠212111()()()()f x f xg x g x -<-a 2a =0(0,e]x ∈(0,e]1212,()t t t t ≠120()()()f t f t g x ==m3.函数()ln f x x a x =-，（1）求函数的单调区间（2）若0a <，(]12,0,1x x ∀∈且12x x ≠，121211()()4f x f x x x -<-恒成立，求a 的取值范围(变式训练)已知函数f(x)＝(a ＋1)lnx ＋ax 2＋1.(1) 讨论函数f(x)的单调性；(2) 设a<－1.如果对任意x 1，x 2∈(0，＋∞)，|f(x 1)－f(x 2)|≥4|x 1－x 2|，求a 的取值范围．4.已知2(),()ln a f x x g x x x x=+=-，若对[]12,1,x x e ∀∈都有12()()f x g x ≥成立，求a 的范围。
2021年高考数学重难点复习：任意性与存在性问题
2021年高考数学重难点复习巧辨“任意性问题”与“存在性问题”一．方法综述含有参数的方程(或不等式)中的“任意性”与“存在性”问题,历来是高考考查的一个热点，也是高考复习中的一个难点．破解的关键在于将它们等价转化为熟悉的基本初等函数的最值或值域问题，而正确区分“任意性”与“存在性”问题也是解题的关键．本专题举例说明辨别“任意性问题”与“存在性问题”的方法、技巧.二．解题策略类型一 “∀x ，使得f(x)>g(x)”与“∃x ，使得f(x)>g(x)”的辨析(1)∀x ，使得f (x )>g (x )，只需h (x )min ＝[f (x )－g (x )]min >0.如图①.(2)∃x ，使得f (x )>g (x )，只需h (x )max ＝[f (x )－g (x )]max >0.如图②.【例1】【2020·河南濮阳一中期末】已知函数1()ln (0),()a f x a x a g x x x x =-≠=--. （Ⅰ）求()f x 的单调区间；（Ⅱ）当0a >时，若存在0[1,]x e ∈，使得()()00f x g x <成立，求实数a 的取值范围.【解析】（I ）()f x 的定义域为'221(0,),().a a x f x a x x x++∞=--=- 所以，当0a >时，()'0fx <，()f x 在(0,)+∞上递减； 当0a <时，()'0f x >，所以，()f x 在(0,)+∞上递增.（II ）在[]1e ，上存在一点0x 使00()()f xg x <成立， 即函数1()ln ah x a x x x x=-++在[]1,e 上的最小值小于0, ()'222(1)1+1()1x x a a a h x x x x x +-⎡⎤⎣⎦=--+-=. ①当1+a e ≥，即1a e ≥-时，()h x 在[]1,e 上单调递减，所以()h x 在[]1,e 上的最小值为()h e ，由()10a h e e a e+=+-<， 得222111,1,111e e e a e a e e e +++>>-∴>---Q ； ②当11a +≤，即0a ≤时，0a >Q ，不合乎题意；③当11a e <+<，即01a e <<-时，()h x 的最小值为()1h a +，0ln(1)1,0ln(1),a a a a <+<∴<+<Q 故(1)2ln(1)2h a a a a +=+-+>.此时(1)0h a +<不成立.综上所述，a 的取值范围是211e a >e +-. 【指点迷津】(1)这是较为常见的一类恒成立问题，运用数形结合的思想可知，当x 0≥0时，总有f (x 0)≥g (x 0)，即f (x 0)－g (x 0)≥0(注意不是f (x )min ≥g (x )max )，可以转化为当x ≥0时，h (x )＝f (x )－g (x )≥0恒成立问题．(2)存在x ≥0，使得f (x )≥g (x )，即至少有一个x 0≥0，满足f (x 0)－g (x 0)不是负数，可以转化为当x ≥0时，h (x )＝f (x )－g (x )的函数值至少有一个是非负数．【举一反三】【2020·江西瑞金一中期中】已知函数()()ln f x x x a b =++，曲线()y f x =在点()()1,1f 处的切线为210x y --=.（1）求a ，b 的值；（2）若对任意的()1,x ∈+∞，()()1f x m x ≥-恒成立，求正整数m 的最大值.【解析】（1）由()()ln f x x x a b =++得：()ln 1f x x a '=++由切线方程可知：()1211f =-=。
函数、导数“任意、存在”型问题归纳
函数导数任意性和存在性问题探究导学语函数导数问题是高考试题中占比重最大的题型，前期所学利用导数解决函数图像切线、函数单调性、函数极值最值等问题的方法，仅可称之为解决这类问题的“战术”，若要更有效地彻底解决此类问题还必须研究“战略”，因为此类问题是函数导数结合全称命题和特称命题形成的综合性题目.常用战略思想如下：题型分类解析一．单一函数单一“任意”型战略思想一：“∀x A ∈，()()a f x >≥恒成立”等价于“当x A ∈时，max ()()a f x >≥”；“∀x A ∈，()()a f x <≤恒成立”等价于“当x A ∈时，min ()()a f x <≤”. 例1 ：已知二次函数2()f x ax x =+，若∀[0,1]x ∈时，恒有|()|1f x ≤，求实数a 的取值范围. 解：|()|1f x ≤，∴211ax x -≤+≤；即211x ax x --≤≤-；当0x =时，不等式显然成立，∴a ∈R.当01x <≤时，由211x ax x --≤≤-得：221111a x x x x --≤≤-， 而min 211()0x x-=，∴0a ≤. 又∵max 211()2x x--=-，∴2,20a a ≥-∴-≤≤，综上得a 的范围是[2,0]a ∈-. 二．单一函数单一“存在”型战略思想二：“∃x A ∈，使得()()a f x >≥成立”等价于“当x A ∈时，min ()()a f x >≥”；“∃x A ∈，使得()()a f x <≤成立”等价于“当x A ∈时，max ()()a f x <≤”.例2. 已知函数2()ln f x a x x =+(a R ∈)，若存在[1,]x e ∈，使得()(2)f x a x ≤+成立，求实数a 的取值范围.解析：()(2)f x a x ≤+⇒x x x x a 2)ln (2-≥-.∵[1,]x e ∈，∴x x ≤≤1ln 且等号不能同时取，所以x x <ln ，即0ln >-x x ，因而x x xx a ln 22--≥，[1,]x e ∈， 令x x xx x g ln 2)(2--=],1[e x ∈，又2)ln ()ln 22)(1()(x x x x x x g --+-='， 当],1[e x ∈时，1ln ,01≤≥-x x ，0ln 22>-+x x ，从而0)(≥'x g （仅当x=1时取等号），所以)(x g 在],1[e 上为增函数，af (x )下限f (x )上限f (x )f (x )故)(x g 的最小值为1)1(-=g ，所以a 的取值范围是),1[+∞-． 三．单一函数双“任意”型战略思想三：∀x R ∈，都有"f ()f x 的最小值和最大值，1|x - 例3. 已知函数()2sin()25x f x ππ=+，若对∀x R ∈，都有12"()()()"f x f x f x ≤≤成立，则12||x x -的最小值为____.解 ∵对任意x ∈R ，不等式12()()()f x f x f x ≤≤恒成立， ∴12(),()f x f x 分别是()f x 的最小值和最大值.对于函数sin y x =，取得最大值和最小值的两点之间最小距离是π，即半个周期. 又函数()2sin()25x f x ππ=+的周期为4，∴12||x x -的最小值为2.战略思想四： ,,21A x x ∈∀1212()()"()"22x x f x f x f ++>成立 ⇔()f x 在A 上是上凸函数⇔0)(''≤x f例4. 在222,log 2,,cos y x y x y x y x ====这四个函数中，当1201x x <<<时，使1212()()"()"22x x f x f x f ++>恒成立的函数的个数是( )解：本题实质就是考察函数的凸凹性，即满足条件1212()()"()"22x x f x f x f ++>的函数，应是凸函数的性质，画草图即知2log 2y x =符合题意；战略思想五： ,,21A x x ∈∀1212()()"0"f x f x x x ->-成立⇔()f x 在A 上是增函数例5 已知函数()f x 定义域为[1,1]-，(1)1f =，若,[1,1]m n ∈-，0m n +≠时，都有()()"0"f m f n m n->-，若2()21f x t at ≤-+对所有[1,1]x ∈-，[1,1]a ∈-恒成立，求实数t 取值范围.解：任取1211x x -≤<≤，则12121212()()()()()f x f x f x f x x x x x --=--，由已知1212()()0f x f x x x ->-，又120x x -<，∴12()()0f x f x -<，即()f x 在[1,1]-上为增函数.∵(1)1f =，∴[1,1]x ∈-，恒有()1f x ≤；∴要使2()21f x t at ≤-+对所有[1,1]x ∈-，[1,1]a ∈-恒成立， 即要2211t at -+≥恒成立，故220t at -≥恒成立， 令2()2g a at t =-+，只须(1)0g -≥且(1)0g ≥， 解得2t ≤-或0t =或2t ≥.战略思想六： ,,21A x x ∈∀t x f x f ≤-|)()(|21（t 为常数）成立⇔t=min max )()(x f x f -例6. 已知函数43()2f x x x =-+，则对任意121,[,2]2t t ∈-（12t t <）都有≤-|)()(|21t f t f 恒成立，当且仅当1t =____，2t =____时取等号.解：因为12max min |()()||[()][()]|f x f x f x f x -≤-恒成立， 由431()2,[,2]2f x x x x =-+∈-，易求得max327[()]()216f x f ==，min 15[()]()216f x f =-=-， ∴12|()()|2f x f x -≤.战略思想七：,,21A x x ∈∀|||)()(|2121x x t x f x f -≤-⇔t x x x f x f <--|)()(|2121⇔)0(t |)('|>≤t x f例7. 已知函数()y f x =满足：(1)定义域为[1,1]-；(2)方程()0f x =至少有两个实根1-和1； (3)过()f x 图像上任意两点的直线的斜率绝对值不大于1.(1)证明:|(0)|1f ≤； (2)证明：对任意12,[1,1]x x ∈-，都有12|()()|1f x f x -≤. 证明 (1)略；(2)由条件(2)知(1)(1)0f f -==，不妨设1211x x -≤≤≤，由(3)知121221|()()|||f x f x x x x x -≤-=-，又∵121212|()()||()||()||()(1)||()(1)|f x f x f x f x f x f f x f -≤+=--+-122112112()2|()()|x x x x f x f x ≤++-=--≤--；∴12|()()|1f x f x -≤例8. 已知函数3()f x x ax b =++，对于12123,(0,)()x x x x ∈≠时总有1212|()()|||f x f x x x -<-成立，求实数a 的范围.解 由3()f x x ax b =++，得'2()3f x x a =+，当3(0,)x ∈时，'()1a f x a <<+，∵1212|()()|||f x f x x x -<-， ∴1212()()||1f x f x x x -<-， ∴11011a a a ≥-⎧⇒-≤≤⎨+≤⎩评注 由导数的几何意义知道，函数()y f x =图像上任意两点1122(,),(,)P x y Q x y 连线的斜率211221()y y k x x x x -=≠-的取值范围，就是曲线上任一点切线的斜率(如果有的话)的范围，利用这个结论，可以解决形如1212|()()|||f x f x m x x -≤-|或1212|()()|||f x f x m x x -≥-(m ＞0)型的不等式恒成立问题.四．双函数“任意”+“存在”型：战略思想八：12,x A x B ∀∈∃∈，使得12()()f x g x ≥成立min min ()()f x g x ⇔≥；12,x A x B ∃∈∀∈，使得12()()f x g x ≥成立max max ()()f x g x ⇔≥.例9．已知函数2()25ln f x x x x=--，2()4g x x mx =-+，若存在1(0,1)x ∈，对任意2[1,2]x ∈，总有12()()f x g x ≥成立，求实数m 的取值范围.解析：题意等价于()f x 在(0,1)上的最大值大于或等于()g x 在[1,2]上的最大值.22252()x x f x x -+'=，由'()0f x =得，12x =或2x =， 当1(0,)2x ∈时， ()0f x '>，当1(,1)2x ∈时()0f x '<，所以在（0，1）上，max 1()()35ln 22f x f ==-+. 又()g x 在[1,2]上的最大值为max{(1),(2)}g g ，所以有185ln 2()(1)35ln 2521135ln 282(115ln 2)()(2)22m f g m m m f g ⎧≥-≥⎧⎪-+≥-⎧⎪⎪⇒⇒⎨⎨⎨-+≥-≥-⎩⎪⎪≥⎩⎪⎩85ln 2m ⇒≥-，所以实数m 的取值范围是85ln 2m ≥-.战略思想九：“∀1x A ∈，∃2x B ∈，使得12()()f x g x =成立”⇔“()f x 的值域包含于．()g x 的值域”.例10．设函数32115()4333f x x x x =--+-． （1）求()f x 的单调区间．（2）设1a ≥，函数32()32g x x a x a =--．若对于任意1[0,1]x ∈，总存在0[0,1]x ∈，使得10()()f x g x =成立，求a 的取值范围．解析：（1） '225()33f x x x =--+，令'()0f x ≥，即225033x x +-≤，解得：513x -≤≤，∴()f x 的单增区间为5[,1]3-；单调减区间为5(,]3-∞-和[1,)+∞.（2）由（1）可知当[0,1]x ∈时，()f x 单调递增，∴当[0,1]x ∈时，()[(0),(1)]f x f f ∈， 即()[4,3]f x ∈--；又'22()33g x x a =-，且1a ≥，∴当[0,1]x ∈时，'()0g x ≤，()g x 单调递减，∴当[0,1]x ∈时，()[(1),(0)]g x g g ∈，即2()[321,2]g x a a a ∈--+-，又对于任意1[0,1]x ∈，总存在0[0,1]x ∈，使得10()()f x g x =成立⇔[4,3]--⊆2[321,2]a a a --+-，即2321432a a a⎧--+-⎨--⎩≤≤，解得：312a ≤≤例11．已知函数1()ln 1()af x x ax a R x-=-+-∈; (1)当12a ≤时，讨论()f x 的单调性； （2）设2()24g x x bx =-+，当14a =时，若对1(0,2)x ∀∈，2[1,2]x ∃∈,使12()()f x g x ≥，求实数b 的取值范围；解：（1）（解答过程略去，只给出结论）当a ≤0时，函数f(x)在（0,1）上单调递减，在（1，+∞）上单调递增； 当a=21时，函数f(x)在（0，+∞）上单调递减； f (x )下限f (x )上限g (x )下限g (x )上限当0<a<21时，函数()f x 在（0,1）上单调递减，在1(1,1)a -上单调递增，在1(1,)a-+∞上单调递减； （2）函数的定义域为（0，+∞），f '（x ）=x 1－a+21xa -=－221x a x ax -+-，a=41时，由f '（x ）=0可得x 1=1,x 2=3. 因为a=41∈（0,21），x 2=3∉（0,2）,结合（1）可知 函数f(x)在（0,1）上单调递减，在（1,2）上单调递增， 所以f(x) 在（0,2）上的最小值为f(1)= －21. 由于“对∀x 1∈（0,2），∃x 2∈[1,2],使f(x 1) ≥g(x 2)”等价于 “g(x)在[1,2]上的最小值不大于f(x) 在（0,2）上的最小值f(1)= －21”. （※） 又g(x)=(x －b)2+4－b 2, x ∈[1,2],所以① 当b<1时，因为[g(x)]min =g(1)=5－2b>0,此时与（※）矛盾； ② 当b ∈[1,2]时, 因为[g(x)]min =4－b 2≥0，同样与（※）矛盾； ③ 当b ∈（2，+∞）时，因为[g(x)]min =g(2)=8－4b.解不等式8－4b ≤－21，可得b ≥817. 综上，b 的取值范围是[817,+∞).五．双函数“任意”+“任意”型战略思想十：12,x A x B ∀∈∀∈，使得12()()f x g x ≥成立min max ()()f x g x ⇔≥ 例12.已知函数32149()3,()332x cf x x x xg x +=--+=-，若对任意12,[2,2]x x ∈-，都有12()()f x g x <，求c 的范围.解：因为对任意的12,[2,2]x x ∈-，都有12()()f x g x <成立，∴max min [()][()]f x g x <，∵'2()23f x x x =--，令'()0f x >得3,1x x ><-x ＞3或x ＜-1；'()0f x <得13x -<<； ∴()f x 在[2,1]--为增函数，在[1,2]-为减函数. ∵(1)3,(2)6f f -==-，∴max [()]3,f x =.∴1832c+<-，∴24c <-. 例13．已知两个函数232()816,()254,[3,3],f x x x k g x x x x x k R =+-=++∈-∈;(1) 若对[3,3]x ∀∈-,都有()()f x g x ≤成立，求实数k 的取值范围； (2) 若[3,3]x ∃∈-,使得()()f x g x ≤成立，求实数k 的取值范围； (3) 若对12,[3,3]x x ∀∈-,都有12()()f x g x ≤成立，求实数k 的取值范围； 解：（1）设32()()()2312h x g x f x x x x k =-=--+,（1）中的问题可转化为：[3,3]x ∈-时，()0h x ≥恒成立，即min [()]0h x ≥. '2()66126(2)(1)h x x x x x =--=-+；当x 变化时，'(),()h x h x 的变化情况列表如下：因为(1)7,(2)20h k h k -=+=-,所以，由上表可知min [()]45h x k =-， 故k-45≥0，得k ≥45,即k ∈[45,+∞).小结：①对于闭区间I ，不等式f(x)<k 对x ∈I 时恒成立⇔[f(x)]max <k, x ∈I;不等式f(x)>k 对x ∈I 时恒成立⇔[f(x)]min >k, x ∈I.②此题常见的错误解法：由[f(x)]max ≤[g(x)]min 解出k 的取值范围.这种解法的错误在于条件“[f(x)]max≤[g(x)]min ”只是原题的充分不必要条件，不是充要条件，即不等价.（2）根据题意可知，（2）中的问题等价于h(x)= g(x)－f(x) ≥0在x ∈[-3,3]时有解,故[h(x)]max≥0.由（1）可知[h(x)]max = k+7，因此k+7≥0，即k ∈[7,+∞).(3)根据题意可知，（3）中的问题等价于[f(x)]max ≤[g(x)]min ，x ∈[-3,3]. 由二次函数的图像和性质可得, x ∈[-3,3]时, [f(x)]max =120－k.仿照（1），利用导数的方法可求得x ∈[-3,3]时, [g(x)]min =－21.由120－k ≥－21得k ≥141,即k ∈[141,+∞). 说明：这里的x 1,x 2是两个互不影响的独立变量.从上面三个问题的解答过程可以看出,对于一个不等式一定要看清是对“∀x ”恒成立，还是“∃x ”使之成立，同时还要看清不等式两边是同一个变量，还是两个独立的变量,然后再根据不同的情况采取不同的等价条件,千万不要稀里糊涂的去猜..六．双函数“存在”+“存在”型战略思想十一：12,x A x B ∃∈∃∈，使得12()()f x g x ≤成立min max ()()f x g x ⇔≤；12,x A x B ∃∈∃∈，使得12()()f x g x ≥成立max min ()()f x g x ⇔≥.例14．已知函数3()ln 144x f x x x=-+-，2()24g x x bx =-+.若存在1(0,2)x ∈，[]21,2x ∈，使12()()f x g x ≤，求实数b 取值范围.解析：22113(1)(3)()444x x f x x x x--'=--=-， ()f x ∴在(0,1)上单调递增，在(1,2)上单调递减，min 1()(1)2f x f ∴==-.依题意有min max ()()f x g x ≤，所以max 1()2g x ≥-.又22()()4g x x b b =--+， 从而⎪⎩⎪⎨⎧-≥-≥21)2(21)1(g g ,解得817≤b . 战略思想十二：“12,x A x B ∃∈∃∈，使得12()()f x g x =成立”等价于“()f x 的值域与()g x 的值域相交非空”.例15．已知函数32()(1)(2)()f x x a x a a x a R =+--+∈，191()63g x x =-.是否存在实数a ，存在[]11,1x ∈-，[]20,2x ∈，使得112'()2()f x ax g x +=成立若存在，求出a 的取值范围；若不存在，说明理由.解析：在[]0,2上()19163g x x =-是增函数，故对于[]0,2x ∈，()1,63g x ⎡⎤∈-⎢⎥⎣⎦. 设()()()22322h x f x ax x x a a '=+=+-+，当[]1,1x ∈-时，∈)(x h [312-2--a a ,52-2+-a a ].要存在]1,1[1-∈x ，]2,0[2∈x 使得()()12h x g x =成立，只要[312-2--a a ,52-2+-a a ]Φ≠-⋂]6,31[考虑反面， [312-2--a a ,52-2+-a a ]Φ=-⋂]6,31[则 21523a a ->--或6<312-2--a a ，解得1a >-1a <-，从而所求为1133a --≤≤-+.。
浅议函数中任意性与存在性问题
浅议函数中任意性与存在性问题姻文/陈刚盐城市阜宁县陈集中学，江苏阜宁224400函数的任意性与存在性问题，是一种常见题型，也是高考的热点之一。
它们既有区别又有联系，意义和转化方法各不相同，容易混淆。
对于这类问题，利用函数与导数的相关知识，可以把相等关系转化为函数值域之间的关系，不等关系转化为函数最值大小的比较。
下面结合实例来看看函数中的任意性与存在性问题在解题中的区别。
1. 若函数()f x 的定义域为D ，对任意x D Î时有()0f x ³恒成立min ()0f x Û³；()0f x £恒成立max ()0f x Û£。
例1. 设函数32()29128f x x x x c =-++，若对任意[0,3]x Î，都有2()f x c <成立，则实数c 的取值范围是解析 因为32()29128f x x x x c =-++，由2()f x c < 所以32229128x x x c c -++<，所以32229128x x x c c -+<-令32()2912g x x x x =-+，欲使2()8g x c c <-对任意[0,3]x Î恒成立，则需使max ()g x <28c c -对任意[0,3]x Î成立即可。
所以 2()61812g x x x ¢=-+ 令()0g x ¢=，得121,2x x ==，当(0,1)x Î时，()0g x ¢>，所以函数()g x 在区间(0,1)上单调递增；当(1,2)x Î时，()0g x ¢<，所以函数()g x 在区间(1,2)上单调递减；当(2,3)x Î时，()0g x ¢>，所以函数()g x 在区间(2,3)上单调递增.又由(1)5,(3)9g g ==，故当[0,3]x Î时，max ()9g x =由题意得 298c c <-，得91c c ><-或。
高中数学任意性与存在性问题探究
函数中任意性和存在性问题探究高考中全称命题和存在性命题与导数的结合是近年高考的一大亮点，下面结合高考试题对此类问题进行归纳探究一、相关结论：结论1：1212min max [,],[,],()()[()][()]x a b x c d f x g x f x g x ∀∈∀∈>⇔>；【如图一】 结论2：1212max min [,],[,],()()[()][()]x a b x c d f x g x f x g x ∃∈∃∈>⇔>；【如图二】 结论3：1212min min [,],[,],()()[()][()]x a b x c d f x g x f x g x ∀∈∃∈>⇔>；【如图三】 结论4：1212max max [,],[,],()()[()][()]x a b x c d f x g x f x g x ∃∈∀∈>⇔>；【如图四】 结论5：1212[,],[,],()()()x a b x c d f x g x f x ∃∈∃∈=⇔的值域和()g x 的值域交集不为空；【如图五】【例题1】：已知两个函数232()816,()254,[3,3],f x x x k g x x x x x k R =+-=++∈-∈;(1) 若对[3,3]x ∀∈-,都有()()f x g x ≤成立，求实数k 的取值范围；(2) 若[3,3]x ∃∈-,使得()()f x g x ≤成立，求实数k 的取值范围；(3) 若对12,[3,3]x x ∀∈-,都有12()()f x g x ≤成立，求实数k 的取值范围；解：（1）设32()()()2312h x g x f x x x x k =-=--+,（1）中的问题可转化为：[3,3]x ∈-时，()0h x ≥恒成立，即min [()]0h x ≥。
'2()66126(2)(1)h x x x x x =--=-+；当x 变化时，'(),()h x h x 的变化情况列表如下： x -3(-3,-1) -1 (-1,2) 2 (2,3) 3 h '(x )+ 0 － 0 +因为(1)7,(2)20h k h k -=+=-,所以，由上表可知min [()]45h x k =-，故k-45≥0，得k ≥45,即k ∈[45,+∞).小结：①对于闭区间I ，不等式f(x)<k 对x ∈I 时恒成立⇔[f(x)]max <k, x ∈I;不等式f(x)>k 对x ∈I 时恒成立⇔[f(x)]min >k, x ∈I.②此题常见的错误解法：由[f(x)]max ≤[g(x)]min 解出k 的取值范围.这种解法的错误在于条件“[f(x)]max ≤[g(x)]min ”只是原题的充分不必要条件，不是充要条件，即不等价.（2）根据题意可知，（2）中的问题等价于h(x)= g(x)－f(x) ≥0在x ∈[-3,3]时有解,故[h(x)]max ≥0.由（1）可知[h(x)]max = k+7，因此k+7≥0，即k ∈[7,+∞).小结：①对于闭区间I ，不等式f(x)<k 对x ∈I 时有解⇔[f(x)]min <k, x ∈I ；不等式f(x)>k 对x ∈I 时有解⇔[f(x)]max >k, x ∈I.②此题常见的错误解法：由[f(x)]min ≤[g(x)]min 解出k 的取值范围.这种解法的错误在于条件“[f(x)]min ≤[g(x)]min ”既不是是原题的充分要条件，也不是必要条件.(3)根据题意可知，（3）中的问题等价于[f(x)]max ≤[g(x)]min ，x ∈[-3,3].由二次函数的图像和性质可得, x ∈[-3,3]时, [f(x)]max =120－k.仿照（1），利用导数的方法可求得x ∈[-3,3]时, [g(x)]min =－21.由120－k ≥－21得k ≥141,即k ∈[141,+∞).说明：这里的x 1,x 2是两个互不影响的独立变量.从上面三个问题的解答过程可以看出,对于一个不等式一定要看清是对“∀x ”恒成立，还是“∃x ”使之成立，同时还要看清不等式两边是同一个变量，还是两个独立的变量,然后再根据不同的情况采取不同的等价条件,千万不要稀里糊涂的去猜..【例题2】：已知函数1()ln 1()a f x x ax a R x -=-+-∈; (1) 当12a ≤时，讨论()f x 的单调性； 关注公众号“品数学”，获取更多数学干货！ （2）设2()24g x x bx =-+，当14a =时，若对1(0,2)x ∀∈，2[1,2]x ∃∈,使12()()f x g x ≥，求实数b 的取值范围； 解：（1）（解答过程略去，只给出结论）当a ≤0时，函数f(x)在（0,1）上单调递减，在（1，+∞）上单调递增；当a=21时，函数f(x)在（0，+∞）上单调递减； 当0<a<21时，函数()f x 在（0,1）上单调递减，在1(1,1)a -上单调递增，在（1(1,)a -+∞上单调递减； （2）函数的定义域为（0，+∞），f '（x ）=x 1－a+21xa -=－221x a x ax -+-，a=41时，由f '（x ）=0可得x 1=1,x 2=3. 因为a=41∈（0,21），x 2=3∉（0,2）,结合（1）可知函数f(x)在（0,1）上单调递减，在（1,2）上单调递增，所以f(x) 在（0,2）上的最小值为f(1)= －21. 由于“对∀x 1∈（0,2），∃x 2∈[1,2],使f(x 1) ≥g(x 2)”等价于“g(x)在[1,2]上的最小值不大于f(x) 在（0,2）上的最小值f(1)= －21”. （※） 又g(x)=(x －b)2+4－b 2, x ∈[1,2],所以① 当b<1时，因为[g(x)]min =g(1)=5－2b>0,此时与（※）矛盾；② 当b ∈[1,2]时, 因为[g(x)]min =4－b 2≥0，同样与（※）矛盾；③ 当b ∈（2，+∞）时，因为[g(x)]min =g(2)=8－4b.解不等式8－4b ≤－21，可得b ≥817. 综上，b 的取值范围是[817,+∞).二、相关类型题：〈一〉、"()"a f x ≥型；形如"()","()"a f x a f x ≥≤型不等式，是恒成立问题中最基本的类型，它的理论基础是“()a f x ≥在x D ∀∈上恒成立，则max ()();a f x x D ≥∈()a f x ≤在x ∈D 上恒成立，则min ()();a f x x D ≤∈”.许多复杂的恒成立问题最终都可归结到这一类型.例1 ：已知二次函数2()f x ax x =+，若∀[0,1]x ∈时，恒有|()|1f x ≤，求实数a 的取值范围.解：|()|1f x ≤，∴211ax x -≤+≤；即211x ax x --≤≤-；当0x =时，不等式显然成立， ∴a ∈R.当01x <≤时，由211x ax x --≤≤-得：221111a x x x x --≤≤-，而min 211()0x x -= . ∴0a ≤. 又∵max 211()2x x--=-，∴2,20a a ≥-∴-≤≤，综上得a 的范围是[2,0]a ∈-。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
类型一 “x ∀，使得()()f x g x >”与“x ∃，使得()()f x g x >”的
(1)x ∀，使得()()f x g x >，只需()()()min min 0h x f x g x =->⎡⎤⎣⎦. (2)x ∃，使得()()f x g x >，只需()()()max max 0h x f x g x =->⎡⎤⎣⎦.
类型二 “若1122x D x D ∃∈∃∈，，，使得()()12f x g x ＝”与“1122x D x D ∀∈∃∈，，使
()()12f x g x ＝”的辨析
(1) 1122x D x D ∃∈∃∈，，使得()()12f x g x ＝等价于函数()f x 在1D 上的值域A 与()g x 在2D 上的值域B 的交集不是空集，即A B ≠∅，如图③.其等价转化的目标是两个函数有
相等的函数值．
(2) 1122x D x D ∀∈∃∈，，使得()()12f x g x ＝等价于函数()f x 在1D 上的值域A 是()g x 在2D 上的值域B 的子集，即A B ⊆，如图④.其等价转化的目标是函数()y f x =的值域都在函数()y g x =的值域之中．
说明：图③，图④中的条形图表示函数在相应定义域上的值域在y 轴上的投影．
类型三()(),f x g x 是闭区间D 上的连续函数，“12,x x D ∀∈，使得()()12f x g x >”与“12,x x D ∃∈，使得()()12f x g x >”的辨析
(1) ()(),f x g x 是在闭区间D 上的连续函数且12,x x D ∀∈，使得()()12f x g x >，等价于()()min max f x g x >.其等价转化的目标是函数()y f x =的任意一个函数值均大于函数
()y g x =的任意一个函数值．如图⑤.
(2) 12,x x D ∃∈，使得()()12f x g x >，等价于()()max min f x g x >.其等价转化的目标是函数()y f x =的某一个函数值大于函数()y g x =的某些函数值．如图⑥.
类型四 “1122,x D x D ∀∈∃∈，使()()12f x g x >”与“1122,x D x D ∃∈∀∈，使
()()12f x g x >”的辨析
(1) 1122,x D x D ∀∈∃∈，使()()12f x g x >，等价于函数()f x 在1D 上的最小值大于()g x 在2D 上的最小值，即()()min min f x g x >．其等价转化的目标是函数()y f x =的任意一个函数值大于函数()y g x =的某一个函数值．如图⑦.
(2) 1122,x D x D ∃∈∀∈，使()()12f x g x >，等价于函数()f x 在1D 上的最大值大于()g x 在2D 上的最大值，即()()max max f x g x >.其等价转化的目标是函数()y f x =的任意一个函数值小于函数()y g x =的某一个函数值．如图⑧.
[山西大学附中2014-2015学年高一第一学期12月（总第三次）月数学试题]已知函数
2()365f x x x =--.
(1)设2
()()2g x f x x mx =-+，其中m R ∈，求g()x 在[]1,3 上的最小值；
(2)若对于任意的[]1,2a ∈，关于x 的不等式2()(26)f x x a x a b ≤-+++在区间[]1,3上恒成立，求实数b 的取值范围．
[山西大学附中2017-2018学年高一第一学期12月（总第三次）月数学试题]已知定义在R
上的函数()f x 满足()()22f x f x +=，且当[]2,4x ∈时， ()224,232,34x x x f x x x x
-+≤≤=+<≤⎧⎪
⎨⎪
⎩，
()1g x ax =+，对任意[]12,0x ∈-，存在[]22,1x ∈-使得()()21g x f x =，则实数a 的取
值范围为________．。