函数中存在性和任意性问题分类解析
函数及其表示知识梳理
函数1．函数的概念：设A 、B 是非空的数集，如果按照某个确定的对应关系f ，使对于集合A 中的任意一个数x ，在集合B 中都有唯一确定的数f (x )和它对应，那么就称f ：A →B 为从集合A 到集合B 的一个函数。
记作：y =f (x )，x ∈A 。
其中，x 叫做自变量，x 的取值范围A 叫做函数的定义域；与x 的值相对应的y 值叫做函数值，函数值的集合{f (x )| x ∈A }叫做函数的值域。
显然，值域是集合B 的子集.解读函数概念（1）“A ，B 是非空的数集”，一方面强调了A ，B 只能是数集，即A ，B 中的元素只能是实数；另一方面指出了定义域、值域都不能是空集，也就是说定义域为空集的函数是不存在的．（2）理解函数的概念要注意函数的定义域是非空数集A ，但函数的值域不一定是非空数集B ，而是集合B 的子集．（3）函数定义中强调“三性”：任意性、存在性、唯一性，即对于非空数集A 中的任意一个(任意性)元素x ，在非空数集B 中都有(存在性)唯一(唯一性)的元素y 与之对应．(4) “y=f(x)”是函数符号，可以用任意的字母表示，如“y=g(x)”；常用函数符号: ƒ(x) ,g(x), h(x), F(x), G(x)等.（5）函数符号“()y f x =”是数学中抽象符号之一，“()y f x =”仅为y 是x 的函数的数学表示，不表示y 等于f 与x 的乘积，()f x 也不一定是解析式，还可以是图表或图象．（6）函数只能是一对一或者多对一（7）函数求值，需要把所有定义域都做代换2．构成函数的三要素：定义域、对应关系和值域函数的构成要素由函数概念知，一个函数的构成要素为定义域、对应关系和值域_.由于值域是由定义域和对应关系决定的，所以确定一个函数只需要两个要素：定义域和对应关系.辨析() f x 与()()f a a A ∈：()f a 表示当自变量x a =时函数() f x 的值，是一个常量，而() f x 是自变量x 的函数，它是一个变量，()f a 是() f x 的一个特殊值．（1）解决一切函数问题必须认真确定该函数的定义域，函数的定义域包含三种形式：①自然型：指函数的解析式有意义的自变量x 的取值范围（如：分式函数的分母不为零，偶次根式函数的被开方数为非负数，对数函数的真数为正数，等等）；②限制型：指命题的条件或人为对自变量x 的限制，这是函数学习中重点，往往也是难点，因为有时这种限制比较隐蔽，容易犯错误；③实际型：解决函数的综合问题与应用问题时，应认真考察自变量x 的实际意义。
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(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.[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)－a1＋x(x≥0)．h′(x)＝11＋x＋a(1＋x)2＝x＋1＋a(1＋x)2.当a≥－1时，h′(x)≥0，h(x)在[0，＋∞)上单调递增，∴h(x)≥h(0)＝－a，则－a≥0，a≤0，∴a∈[－1,0]．当a<－1时，对于x∈(0，－a－1)有h′(x)<0，则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x0＝e－a－1，则x0>0，∴h(x0)＝－a(1＋e a)>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(－∞，＋∞)．[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．(2)存在x≥0，使得f(x)≥g(x)，即至少有一个x0≥0，满足f(x0)－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；(2)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；(3)设函数g (x )＝a x ＋x ln x ，如果对任意的x 1，x 2∈⎣⎡⎦⎤12，2，都有f (x 1)≤g (x 2)成立，求实数a 的取值范围．解：(1)f ′(x )＝3x 2－2x ＝x (3x －2)． 由f ′(x )>0，得x <0或x >23；由f ′(x )<0，得0<x <23，所以f (x )的单调递增区间是(－∞，0)，⎝⎛⎭⎫23，＋∞，单调递减区间是⎝⎛⎭⎫0，23. (2)令h (x )＝f (x )－m ，则h (x )＝x 3－x 2－3－m ， h ′(x )＝3x 2－2x ＝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 ＝23处取得极小值h ⎝⎛⎭⎫23＝－8527－m .因为函数y ＝f (x )－m 在区间[－1,2]上有三个零点，所以⎩⎪⎨⎪⎧h (－1)＝－5－m ≤0，h (0)＝－3－m >0，h ⎝⎛⎭⎫23＝－8527－m <0，解得－8527<m <－3，h (2)＝1－m ≥0，所以实数m 的取值范围是⎝⎛⎭⎫－8527，－3. (3)由(1)知，函数f (x )在⎝⎛⎭⎫12，23上单调递减，在⎝⎛⎭⎫23，2上单调递增， 而f ⎝⎛⎭⎫12＝－258，f (2)＝1，故f (x )在区间⎣⎡⎦⎤12，2上的最大值为f (2)＝1. 因为“对任意的x 1，x 2∈⎣⎡⎦⎤12，2，都有f (x 1)≤g (x 2)成立”等价于“对任意x ∈⎣⎡⎦⎤12，2，g (x )≥f (x )max 恒成立”．即当x ∈⎣⎡⎦⎤12，2时，g (x )＝ax ＋x ln x ≥1恒成立， 即a ≥x －x 2ln x 恒成立．记u (x )＝x －x 2ln x ，则有a ≥u (x )max .u ′(x )＝1－x －2x ln x ，可知u ′(1)＝0. 当x ∈⎝⎛⎭⎫12，1时，1－x >0,2x ln x <0， 则u ′(x )>0，u (x )在⎝⎛⎭⎫12，1上单调递增； 当x ∈(1,2)时，1－x <0,2x ln x >0， 则u ′(x )<0，u (x )在(1,2)上单调递减． 故u (x )在区间⎣⎡⎦⎤12，1上的最大值为u (1)＝1， 所以实数a 的取值范围是[1，＋∞)．技法二 “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 2，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 2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)∀x 1∈D 1，∃x 2∈D 2，使得f (x 1)＝g (x 2)等价于函数f (x )在D 1上的值域A 是g (x )在D 2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． [典例] 已知函数f (x )＝x 2－23ax 3，a >0，x ∈R ，g (x )＝1x 2(1－x ).(1)若∃x 1∈(－∞，－1]，∃x 2∈⎝⎛⎭⎫－∞，－12，使得f (x 1)＝g (x 2)，求实数a 的取值范围； (2)当a ＝32时，证明：对任意的x 1∈(2，＋∞)，都存在x 2∈(1，＋∞)，使得f (x 1)＝g (x 2)．[方法演示]解：(1)∵f (x )＝x 2－23ax 3，∴f ′(x )＝2x －2ax 2＝2x (1－ax )． 令f ′(x )＝0，得x ＝0或x ＝1a .∵a >0，∴1a >0，∴当x ∈(－∞，0)时，f ′(x )<0，∴f (x )在(－∞，－1]上单调递减，故f (x )在(－∞，－1]上的值域为⎣⎡⎭⎫1＋2a3，＋∞. ∵g (x )＝1x 2(1－x )，∴g ′(x )＝3x 2－2x (x 2－x 3)2＝3x －2x 3(1－x )2.当x <－12时，g ′(x )>0，g (x )单调递增，g (x )<g ⎝⎛⎭⎫－12＝83， 故g (x )在⎝⎛⎭⎫－∞，－12上的值域为⎝⎛⎭⎫－∞，83. 若∃x 1∈(－∞，－1]，∃x 2∈⎝⎛⎭⎫－∞，－12，使得f (x 1)＝g (x 2)，则1＋2a 3<83，解得0<a <52， 故实数a 的取值范围是⎝⎛⎭⎫0，52. (2)证明：当a ＝32时，f (x )＝x 2－x 3，所以f ′(x )＝2x －3x 2＝3x ⎝⎛⎭⎫23－x .当x >1时，f ′(x )<0，所以f (x )在(1，＋∞)上单调递减，且f (2)＝－4. 所以f (x )在(2，＋∞)上的值域为(－∞，－4)． 则g (x )＝1x 2(1－x )＝1f (x )在(1，＋∞)上单调递增，所以g (x )＝1x 2(1－x )在(1，＋∞)上的值域为(－∞，0)．因为(－∞，－4)(－∞，0)，所以对于任意的x 1∈(2，＋∞)，都存在x 2∈(1，＋∞)，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 )＝4x 2－72－x ，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∈[0,1]，使得g (x 0)＝f (x 1)成立，求实数a 的取值范围．解：(1)f ′(x )＝－4x 2＋16x －7(2－x )2＝－(2x －1)(2x －7)(2－x )2，x ∈[0,1]．令f ′(x )＝0，解得x ＝12或x ＝72(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⎝⎛⎭⎫0，12，递增区间是⎝⎛⎭⎫12，1. 所以f (x )min ＝f ⎝⎛⎭⎫12＝－4. 又f (0)＝－72，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 1∈[0,1]，总存在x 0∈[0,1]，使得g (x 0)＝f (x 1)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(x 2－a 2)<0， 所以g (x )为减函数，故g (x )的值域A ＝[1－2a －3a 2，－2a ]．由B ⊆A ，得1－2a －3a 2≤－4且－2a ≥－3，解得1≤a ≤32.所以实数a 的取值范围为⎣⎡⎦⎤1，32. 技法三 f (x )，g (x )是闭区间D 上的连续函数，“∀x 1，x 2∈D ，使得f (x 1)>g (x 2)”与“∃x 1，x 2∈D ，使得f (x 1)>g (x 2)”的辨析(1)f (x )，g (x )是在闭区间D 上的连续函数且∀x 1，x 2∈D ，使得f (x 1)>g (x 2)，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.(2)存在x 1，x 2∈D ，使得f (x 1)>g (x 2)，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.[典例] 已知f (x )＝x ＋a 2x(a >0)，g (x )＝x ＋ln x .(1)若对任意的x 1，x 2∈[1，e]，都有f (x 1)≥g (x 2)成立，求实数a 的取值范围； (2)若存在x 1，x 2∈[1，e]，使得f (x 1)<g (x 2)，求实数a 的取值范围． [方法演示]解：(1)对任意的x 1，x 2∈[1，e]，都有f (x 1)≥g (x 2)成立，等价于x ∈[1，e]时，f (x )min ≥g (x )max . 当x ∈[1，e]时，g ′(x )＝1＋1x >0，所以g (x )在[1，e]上单调递增，所以g (x )max ＝g (e)＝e＋1.只需证f (x )≥e ＋1，即x ＋a 2x ≥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 ⎝⎛⎭⎫e ＋12＝⎝⎛⎭⎫e ＋122.所以a 2≥⎝⎛⎭⎫e ＋122，即a ≥e ＋12.故实数a 的取值范围是⎣⎡⎭⎫e ＋12，＋∞. (2)存在x 1，x 2∈[1，e]，使得f (x 1)<g (x 2)，等价于x ∈[1，e]时，f (x )min <g (x )max . 当x ∈[1，e]时，g ′(x )＝1＋1x >0，所以g (x )在[1，e]上单调递增，所以g (x )max ＝g (e)＝e ＋1.又f ′(x )＝1－a 2x2，令f ′(x )＝0，得x ＝a ，故f (x )＝x ＋a 2x(a >0)在(0，a )上单调递减，在(a ，＋∞)上单调递增．当0<a <1时，f (x )在[1，e]上单调递增，f (x )min ＝f (1)＝1＋a 2<1＋e ，符合题意； 当1≤a ≤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 ， 此时，2a <1＋e ，解得1≤a <1＋e2；当a >e 时，f (x )在[1，e]上单调递减，f (x )min ＝f (e)＝e ＋a 2e ，此时，e ＋a 2e <1＋e ，即a <e ，与a >e 矛盾，不符合题意．综上可知，实数a 的取值范围为⎝⎛⎭⎫0，e ＋12.[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．(2)本例第(2)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 )图象的最高点．[应用体验]3．已知函数f (x )＝4ln x －ax ＋a ＋3x (a ≥0)， (1)求f (x )的单调区间；(2)当a ≥1时，设g (x )＝2e x －4x ＋2a ，若存在x 1，x 2∈⎣⎡⎦⎤12，2，使f (x 1)>g (x 2)，求实数a 的取值范围．解：(1)由题意得f ′(x )＝4x －a －a ＋3x 2＝－ax 2－4x ＋a ＋3x 2(x >0)．令f ′(x )＝0，即ax 2－4x ＋a ＋3＝0. 当a ＝0时，f ′(x )＝4x －3x 2.由f ′(x )>0，得x >34；由f ′(x )<0，得0<x <34，所以函数f (x )的单调递增区间为⎝⎛⎭⎫34，＋∞，单调递减区间为⎝⎛⎭⎫0，34. 当a >0时，ax 2－4x ＋a ＋3＝0的判别式Δ＝－4(a －1)(a ＋4)． 若a ≥1，Δ≤0，则f ′(x )≤0，所以f (x )的单调递减区间为(0，＋∞)． 若0<a <1，则Δ>0.因为x 1＋x 2＝4a >0，x 1x 2＝a ＋3a >0，所以x 1＝2－－(a －1)(a ＋4)a >0， x 2＝2＋－(a －1)(a ＋4)a>0. 由f ′(x )>0，得x 1<x <x 2；由f ′(x )<0，得x >x 2或0<x <x 1，所以f (x )的单调递增区间为(x 1，x 2)，单调递减区间为(0，x 1)，(x 2，＋∞)．综上，当a ＝0时，函数f (x )的单调递增区间为⎝⎛⎭⎫34，＋∞，单调递减区间为⎝⎛⎭⎫0，34. 当0<a <1时，函数f (x )的单调递增区间为2－－(a －1)(a ＋4)a ，2＋－(a －1)(a ＋4)a ， 单调递减区间为0，2－－(a －1)(a ＋4)a， 2＋－(a －1)(a ＋4)a，＋∞. 当a ≥1时，f (x )的单调递减区间为(0，＋∞)．(2)“存在x 1，x 2∈⎣⎡⎦⎤12，2，使f (x 1)>g (x 2)”等价于“x ∈⎣⎡⎦⎤12，2时，f (x )max >g (x )min ”． 由(1)知，当x ∈⎣⎡⎦⎤12，2时，f (x )max ＝f ⎝⎛⎭⎫12＝－4ln 2＋32a ＋6. 由g ′(x )＝2e x －4＝0，得x ＝ln 2.当x ∈⎣⎡⎭⎫12，ln 2时，g ′(x )<0，g (x )单调递减； 当x ∈(ln 2,2]时，g ′(x )>0，g (x )单调递增． 所以当x ∈⎣⎡⎦⎤12，2时，g (x )min ＝g (ln 2)＝4－4ln 2＋2a .由f (x )max >g (x )min ，得－4ln 2＋32a ＋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 “∀x 1∈D 1，∃x 2∈D 2，使f (x 1)>g (x 2)”与“∀x 1∈D 1，∃x 2∈D 2，使f (x 1)<g (x 2)”的辨析(1)∀x 1∈D 1，∃x 2∈D 2，使f (x 1)>g (x 2)，等价于函数f (x )在D 1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 1∈D 1，∃x 2∈D 2，使f (x 1)<g (x 2)，等价于函数f (x )在D 1上的最大值小于g (x )在D 2上的最大值，即f (x )max <g (x )max .其等价转化的目标是函数y ＝f (x )的任意一个函数值小于函数y ＝g (x )的某一个函数值．如图⑧.[典例] 已知函数f (x )＝ln x －14x ＋34x －1，g (x )＝x 2－2bx ＋4，若对任意的x 1∈(0,2)，总存在x 2∈[1,2]，使f (x 1)≥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[1,2]上的最小值，即f (x )min ≥g (x )min . 所以f ′(x )＝1x －14－34x 2＝－(x －1)(x －3)4x 2，则当0<x <1时，f ′(x )<0，f (x )单调递减； 当1<x <2时，f ′(x )>0，f (x )单调递增， 所以当x ∈(0,2)时，f (x )min ＝f (1)＝－12.又g (x )＝x 2－2bx ＋4，①当b <1时，可求得g (x )min ＝g (1)＝5－2b . 由5－2b ≤－12，解得b ≥114，这与b <1矛盾；②当1≤b ≤2时，可求得g (x )min ＝g (b )＝4－b 2.由4－b 2≤－12，得b 2≥92，这与1≤b ≤2矛盾；③当b >2时，可求得g (x )min ＝g (2)＝8－4b . 由8－4b ≤－12，得b ≥178.综合①②③得实数b 的取值范围是⎣⎡⎭⎫178，＋∞. [解题师说]“对任意x 1∈(0,2)，总存在x 2∈[1,2]，使f (x 1)≥g (x 2)”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]4．已知函数f (x )＝13x 3＋x 2＋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 )＝xe x ，对∀x 1∈⎣⎡⎦⎤12，2，∃x 2∈⎣⎡⎦⎤12，2，使f ′(x 1)≤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，＋∞)上恒成立，即a ≥－(x ＋1)2＋1在[1，＋∞)上恒成立，而y ＝－(x ＋1)2＋1在[1，＋∞)单调递减，则y max ＝－3，∴a ≥－3，∴a 的最小值为－3.(2)“对∀x 1∈⎣⎡⎦⎤12，2，∃x 2∈⎣⎡⎦⎤12，2，使f ′(x 1)≤g (x 2)成立”等价于“x ∈⎣⎡⎦⎤12，2时，f ′(x )max ≤g (x )max ”．∵f ′(x )＝x 2＋2x ＋a ＝(x ＋1)2＋a －1在⎣⎡⎦⎤12，2上递增， ∴f ′(x )max ＝f ′(2)＝8＋a . 又g ′(x )＝1－xe x，由g ′(x )>0，得x <1， 由g ′(x )<0，得x >1，∴g (x )在(－∞，1)上单调递增，在(1，＋∞)上单调递减． ∴当x ∈⎣⎡⎦⎤12，2时，g (x )max ＝g (1)＝1e . 由8＋a ≤1e ，得a ≤1e－8，∴实数a 的取值范围为⎝⎛⎦⎤－∞，1e －8.1．已知函数f (x )＝⎩⎨⎧－16x ＋112，0≤x ≤12，x 3x ＋1，12<x ≤1和函数g (x )＝a sin π6x －a ＋1(a >0)，若存在x 1，x 2∈[0,1]，使得f (x 1)＝g (x 2)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x 1，x 2∈[0,1]，使得f (x 1)＝g (x 2)成立”等价于“A ∩B ≠∅”．当0≤x ≤12时，f (x )＝－16x ＋112单调递减，所以0≤f (x )≤112. 当12<x ≤1时，f ′(x )＝x 2(2x ＋3)(x ＋1)2>0， 所以f (x )＝x 3x ＋1单调递增，所以112<f (x )≤12； 故f (x )在[0,1]上的值域A ＝⎣⎡⎦⎤0，12. 当x ∈[0,1]时，π6x ∈⎣⎡⎦⎤0，π6，y ＝sin π6x 在[0,1]上单调递增．又a >0，所以g (x )＝a sin π6x －a ＋1在[0,1]上单调递增，其值域B ＝⎣⎡⎦⎤1－a ，1－a2. 由A ∩B ≠∅，得0≤1－a ≤12或0≤1－a 2≤12，解得12≤a ≤2.所以实数a 的取值范围是⎣⎡⎦⎤12，2. 2．已知函数f (x )＝ln x ＋1x＋ax .(1)若函数f (x )在[1，＋∞)上是单调函数，求实数a 的取值范围；(2)已知函数g (x )＝x ＋1x ，对于任意x 1∈[1，e]，总存在x 2∈[1，e]，使得f (x 1)≤g (x 2)成立，求正实数a 的取值范围．解：(1)f ′(x )＝1x －1x 2＋a ＝ax 2＋x －1x 2，x ∈[1，＋∞)，∵函数f (x )在[1，＋∞)上是单调函数，∴f ′(x )≥0或f ′(x )≤0对任意x ∈[1，＋∞)恒成立． 即ax 2＋x －1≥0或ax 2＋x －1≤0对任意x ∈[1，＋∞)恒成立，∴a ≥1x 2－1x 或a ≤1x 2－1x对任意x ∈[1，＋∞)恒成立． 令t ＝1x ，由于x ∈[1，＋∞)，则t ∈(0,1]，设h (t )＝t 2－t ＝⎝⎛⎭⎫t －122－14， 因此－14≤h (t )≤0，故a ≥0或a ≤－14， ∴实数a 的取值范围为⎝⎛⎦⎤－∞，－14∪[0，＋∞)． (2)由(1)知，当a ＞0时，函数f (x )在[1，e]上为增函数，故f (1)≤f (x )≤f (e)，即1＋a ≤f (x )≤1＋a e ＋1e. ∵g ′(x )＝1－1x 2＝x 2－1x 2， ∴当x ∈[1，e]时，g ′(x )≥0，g (x )单调递增，∴g (1)≤g (x )≤g (e)，即2≤g (x )≤e ＋1e. ∵对任意x 1∈[1，e]，总存在x 2∈[1，e]，使得f (x 1)≤g (x 2)成立，∴f (x 1)max ≤g (x 2)max ，即1＋a e ＋1e ≤e ＋1e， 解得0＜a ≤1－1e， 故所求正实数a 的取值范围为⎝⎛⎦⎤0，1－1e . 3．已知函数f (x )＝x 2－23ax 3(a >0)，x ∈R. (1)求f (x )的单调区间和极值；(2)若对任意的x 1∈(2，＋∞)，都存在x 2∈(1，＋∞)，使得f (x 1)·f (x 2)＝1，求实数a 的取值范围．解：(1)f ′(x )＝2x －2ax 2(a >0)，令f ′(x )＝0，得x ＝0或x ＝1a. 当x 变化时，f ′(x )，f (x )的变化情况如下表： 0错误!所以f (x )的单调递增区间是⎝⎛⎭⎫0，1a ，单调递减区间是(－∞，0)，⎝⎛⎭⎫1a ，＋∞. f (x )的极小值为f (0)＝0，极大值为f ⎝⎛⎭⎫1a ＝13a 2.(2)由f (0)＝f ⎝⎛⎭⎫32a ＝0及(1)知，当x ∈⎝⎛⎭⎫0，32a 时，f (x )>0； 当x ∈⎝⎛⎭⎫32a ，＋∞时，f (x )<0. 设集合A ＝{f (x )|x ∈(2，＋∞)}，B ＝⎩⎨⎧⎭⎬⎫1f (x )x ∈(1，＋∞)，f (x )≠0. 则“对任意的x 1∈(2，＋∞)，都存在x 2∈(1，＋∞)，使得f (x 1)·f (x 2)＝1”等价于A ⊆B ，显然0∉B .下面分三种情况讨论：①当32a >2，即0<a <34时，由f ⎝⎛⎭⎫32a ＝0知，0∈A ，而0∉B ，所以A 不是B 的子集． ②当1≤32a ≤2，即34≤a ≤32时，有f (2)≤0，且此时f (x )在(2，＋∞)上单调递减， 故A ＝(－∞，f (2))，因而A ⊆(－∞，0)；由f (1)≥0，有f (x )在(1，＋∞)上的取值范围包含(－∞，0)，则(－∞，0)⊆B ，所以A ⊆B .③当32a <1，即a >32时，有f (1)<0，且此时f (x )在(1，＋∞)上单调递减，故B ＝⎝⎛⎭⎫1f (1)，0，A ＝(－∞，f (2))，A 不是B 的子集．综上，实数a 的取值范围是⎣⎡⎦⎤34，32.4．(理)已知函数f (x )＝mx x 2＋1＋1(m ≠0)，g (x )＝x 2e ax (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．解：(1)f ′(x )＝m (1－x 2)(x 2＋1)2＝m (1－x )(1＋x )(x 2＋1)2. 当m >0时，由f ′(x )>0，得－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(－1,1)，单调递减区间是(－∞，－1)，(1，＋∞)．当m <0时，由f ′(x )>0，得x >1或x <－1；由f ′(x )<0，得－1<x <1，所以f (x )的单调递增区间是(－∞，－1)，(1，＋∞)，单调递减区间是(－1,1)．(2)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x∈[0,2]，f (x )min ≥g (x )max 成立”．当m >0时，由(1)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 5＋1>1，所以f (x )min ＝f (0)＝1.故应满足1≥g (x )max . 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 ≠0时，令g ′(x )＝0，得x ＝0或x ＝－2a. (ⅰ)当－2a≥2，即－1≤a <0时，在[0,2]上，g ′(x )≥0，所以g (x )在[0,2]上单调递增，g (x )max ＝g (2)＝4e 2a .由1≥4e 2a ，得a ≤－ln 2，所以－1≤a ≤－ln 2.(ⅱ)当0<－2a<2，即a <－1时，在⎣⎡⎭⎫0，－2a 上，g ′(x )≥0，g (x )单调递增；在⎝⎛⎦⎤－2a ，2上，g ′(x )<0，g (x )单调递减．g (x )max ＝g ⎝⎛⎭⎫－2a ＝4a 2e 2. 由1≥4a 2e 2，得a ≤－2e，所以a <－1. (ⅲ)当－2a<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)＝4e 2a ，此时不满足1≥g (x )max .综上，实数a 的取值范围是(－∞，－ln 2]．4．(文)已知函数f (x )＝(1＋b )x ＋2a 2x －a ln x (a ＞0)在x ＝2a 处取得极值．(1)求函数f (x )的单调区间；(2)设函数g (x )＝x 2－2cx ＋4－ln 2，当a ＝1时，若对任意的x 1，x 2∈[1，e]都有f (x 1)≥g (x 2)，求实数c 的取值范围．解：(1)由f (x )＝(1＋b )x ＋2a 2x －a ln x ，a ＞0，x ＞0，得f ′(x )＝1＋b －2a 2x 2－a x . 又f (x )在x ＝2a 处取得极值，所以f ′(2a )＝1＋b －12－12＝b ＝0， 所以f (x )＝x ＋2a 2x －a ln x ，f ′(x )＝1－2a 2x 2－a x ＝x 2－ax －2a 2x 2＝(x ＋a )(x －2a )x 2， 又a ＞0，且函数f (x )的定义域为(0，＋∞)，所以由f ′(x )＞0，得x ＞2a ；由f ′(x )＜0，得0＜x ＜2a ，即函数f (x )的单调递增区间是(2a ，＋∞)，单调递减区间为(0,2a )．(2)当a ＝1时，f (x )＝x ＋2x－ln x ，x ∈(0，＋∞)， 由(1)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 ＝f (2)＝3－ln 2.对任意的x 1，x 2∈[1，e]都有f (x 1)≥g (x 2)，即f (x )min ≥g (x )，x ∈[1，e]恒成立．即3－ln 2≥x 2－2cx ＋4－ln 2，x ∈[1，e]恒成立，即2c ≥x ＋1x，x ∈[1，e]恒成立， 令h (x )＝x ＋1x ，则h ′(x )＝1－1x 2≥0，x ∈[1，e]， 即h (x )＝x ＋1x在[1，e]上单调递增， 故h (x )max ＝e ＋1e ，所以c ≥12⎝⎛⎭⎫e ＋1e . 故实数c 的取值范围为⎣⎡⎭⎫e 2＋12e ，＋∞.。
例析函数中的“任意存在”与“存在任意”问题
上的最大值（ f x0）max为M（a）=max{（ f 1），（ f 4）}.因为（ f 1）=
-2a +1，f（4） =a +1， 所 以 M（a） =
M（a）
max {-2a+1，a+1}.视M（a）为关于变
量a的函数，画出其在R上的图像（如 图1），观察图像可知，M（a）min=M（0） =1，从而t≤1，即实数t的取值范围为 （-∞，1］.
（ f x0）在［-1，3］上的最大值（ f x0）max为
M（a）
M（a）=max {f（-1），f（3）}. 因 为 f（1）=
-3a -9，f（3） =a -1， 所 以 M（a） =
max {-3a-9，a-1}.视M（a）为关于变
O
a
量a的函数，画出其在R上的图像（如
图2），观察图像可知，M（a）min=M（-2）
* 2 ) + 2-a
上的最大值（ |f x0）|max为M（a）=max （ |f 1）|，（ |f -1）|， f 2 摇 摇 ，其
中 2-a 为函数（ f x）的对称轴.因为|（ f 1）|=|1+（a-2）|，|（ f -1）|= 2
2 - 2-a
|1-（a-2）|，所以max{|（ f 1）|，|（ f -1）|}=1+|a-2|.又 f 2 摇
于变量a的函数，画出其在R上的图 像（如图5），观察图像可知，M（a）min= M（-2）=3，从而t≤3，即实数t的取值 范围为（-∞，3］.
O
a
图5
评 注 ： （1） 观 察 图 像 易 知 ， 单 调 函 数 与 开 口 朝 下 的 二
次函数在闭区间内的最小值都只能在区间端点处取得；
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。
函数中的任意和存在性问题知识讲解
问题一： 已知函数 f ( x) 2k2 x k, x [0,1]， 函数 g( x) 3x2 2(k 2 k 1)x 5, x [1,0]，
变式 2：存在 x [0,1] x [1,0]，使得
1
2
g( x2 ) f ( x1) 成立，求 k 的取值范围.
1
2
g( x2 ) f ( x1) 成立，求 k 的取值范围.
变式 3：存在 x [0,1]， x [1,0]，使得
1
2
g(x ) f (x )成立， 求 k 的取值范围.
2
1
变式
4：对任意
x 1
[0,1]，存在
x 2
[1,0]
，
使得 g(x ) f (x )成立，求 k 的取值范围.
2
1
1
2
g( x2 ) f ( x1) 成立，求 k 的取值范围.
变式
3：对任意
x 1
[0,1]，存在
x 2
[1,0]
，
使得 g(x ) f (x )成立，求 k 的取值范围.
2
1
走进高考： （09 浙江理）
已知函数 f ( x) x3 (k2 k 1)x2 5x 2,
小结
1.对函数中的存在性与任意性问题: 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的最值大小.
2.解题中要注意数学思想方法的应用:如转化与 化归思想、数形结合思想、分类讨论思想等.
作业
已知函数 f ( x) 2k2 x k, x [0,1]， 函数 g( x) 3x2 2(k2 k 1)x 5, x [1,0]，
2
函数中存在性和任意性问题分类解析
函数中存在性和任意性问题分类解析1.，，使得，等价于函数在上的值域与函数在上的值域的交集不空，即.例1 已知函数和函数，若存在，使得成立，则实数的取值范围是（）解设函数与在上的值域分别为与，依题意.当时，，则，所以在上单调递增，所以即.当时，，所以单调递，所以即.综上所述在上的值域.当时，，又，所以在在上单调递增，所以即，故在上的值域.因为，所以或解得，故应选.，，使得，等价于函数在上的值域是函数在上的值域的子集，即.例2(2011湖北八校第二次联考)设，.①若，使成立，则实数的取值范围为＿＿＿;②若，，使得，则实数的取值范围为＿＿＿解①依题意实数的取值范围就是函数的值域.设，则问题转化为求函数的值域，由均值不等式得，，故实数的取值范围是.②依题意实数的取值范围就是使得函数的值域是函数的值域的子集的实数①知，易求得函数的值域，则当且仅当即，故实数的取值范围是.例3已知，它们的定义域都是，其中是自然对数的底数，.(1)求的单调区间;(2)若，且，函数，若对任意的，总存在，使，求实数的取值范围.解 (1)略;(2)依题意实数的取值范围就是使得在区间上的值域是的值域的子集实数的取值范围.当时，由得，故在上单调递减，所以即，于是.因，由得.①当时，，故在上单调递增，所以即，于是.因为，则当且仅当，即.②当时，同上可求得.综合①②知所求实数的取值范围是.3.已知是在闭区间的上连续函，则对使得，等价于.例4已知，其中.(1)若是函数的极值点，求实数的值;(2)若对任意的都有成立，求实数的取值范围.解 (1)略;(2) 对，有，等价于有.当时，，所以在上单调递增，所以.因为，令得，又且，.①当时，，所以在在上单调递增，所以.令得这与矛盾。
②当时，当时，当时，所以在上单调递减在上单调递增，所以.令得，又，所以。
③当时，，所以在上单调递减，所以.令得，又，所以。
综合①②③得所求实数的取值范围是。
另解同上求得，要证时，，即.由上知求需对参数进行分类讨论过程繁而长，其实可避免分类讨论，不等式恒成立问题往往转化最值问题来解决，逆向思维，由于难求，将退回到恒成立问题: 证时，即恒成立，只需证当时，恒成立，只需证.因为，令得.当时，当时，故，所以，故所求实数的取值范围是。
函数中的任意和存在性问题
函数的任意和存在性问题中山纪念中学 李文东 528454函数中的任意性、存在性问题，也即函数中的恒成立和能成立问题，一直是高中数学考试乃至高考的重点和难点，这一类问题主要涉及到函数的最值和值域，基本模式如下：1.若不等式()f x A >对于任意的x D ∈成立⇔在区间D 上()min f x A >2.若不等式()f x B <对于任意的x D ∈成立⇔在区间D 上()max f x B <3.若在区间D 上存在实数x 使不等式()f x A >成立⇔在区间D 上()max f x A >；4.若在区间D 上存在实数x 使不等式()f x B <成立⇔在区间D 上的()min f x B <.而当题目中涉及到两个函数或者是存在性与任意性同时出现时，很多同学更是无从下手，本文拟通过下面的例子，帮助同学们解决这一难题。
例. 已知函数32()231f x ax ax =-+，3()42a g x x =-+，其中0a < （1）若存在0[0,2]x ∈，使得0()0f x =成立，求a 的取值范围.解：存在0[0,2]x ∈，使得0()0f x =成立⇔函数32()231f x ax ax =-+在区间[0,2]有零点.⇔方程()0f x =在区间[0,2]有实数根.而2()666(1).f x ax ax ax x '=-=-因为0a <，故要使方程()0f x =在区间[0,2]有实数根，则140a +≤⇒4a ≤-. （2）若存在1[0,2]x ∈、2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x =成立，求a 的取值范围. 解：若存在1[0,2]x ∈、2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x =成立⇔()f x 的值域与()g x 的值域的交集非空.由（1）可知，()f x 的值域（记为集合A ）为[14,1]A a a =+-，又因为当0a <时，3()42a g x x =-+在[0,2]上是增函数， ()g x 的值域（记为集合B ）为33,222a B ⎡⎤=-+⎢⎥⎣⎦，要使A B ≠∅，则312a ≤-⇒12a ≤-. （3）若存在1[0,2]x ∈、2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x >成立，求a 的取值范围. 解：由基本模式的3、4可知：若存在1[0,2]x ∈、2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x >成立⇔max min ()()f x g x >.而max ()1f x a =-，min 3()2g x =，故312a ->⇒12a <-. （4）若存在1[0,2]x ∈，使对于任意2[0,2]x ∈，12()()f x g x =成立，求a 的取值范围. 解：存在1[0,2]x ∈，使对于任意2[0,2]x ∈，12()()f x g x =成立⇔()g x 的值域是()f x 的值域的子集. 即33,[14,1]222a a a ⎡⎤-+⊆+-⎢⎥⎣⎦⇒3122a a -≥-+⇒12a ≤-. （5）若对任意1[0,2]x ∈，总存在2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x <成立，求a 的取值范围. 解：由基本模式的1、3可知：对任意1[0,2]x ∈，总存在2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x <成立⇔max max ()()f x g x <.即3122a a -<-+⇒1a >-，又0a <，故10a -<<. （6）若对任意1[0,2]x ∈，2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x <成立，求a 的取值范围. 解：由基本模式的1、2可知：对任意1[0,2]x ∈，2[0,2]x ∈，使得12()()f x g x <成立⇔max min ()()f x g x <.即312a -<⇒12a >-，又0a <，故102a -<<. （7）若对任意给定的0[0,2]x ∈，在[0,2]上总存在两个不同的i x （1,2i =），使得0()()i f x g x =成立，求a 取值范围.解：在[0,2]上总存在两个不同的i x （1,2i =），使得0()()i f x g x =成立，于是0()[1,1]g x a ∈-，由于0x 的任意性知有33,[1,1]222a a ⎡⎤-+⊆-⎢⎥⎣⎦，只需3122a a -+≤-⇒ 1.a ≤- （8）若对任意给定的0[0,2]x ∈，在[0,2]上总存在两个不同的i x （1,2i =），使得102()()()f x g x f x ≤≤成立，求a 取值范围.解：由基本模式的1、2、3、4可知：对任意给定的0[0,2]x ∈，在[0,2]上总存在两个不同的i x （1,2i =），使得102()()()f x g x f x ≤≤成立 max max min min ()()()()g x f x f x g x ≤⎧⇔⎨≤⎩，即()g x 的值域是()f x 的值域的子集. 即33,[14,1]222a a a ⎡⎤-+⊆+-⎢⎥⎣⎦⇒3122a a -+≤-⇒ 1.a ≤-。
全分离、半分离和不分离—含参问题的求解技巧
全分离、半分离和不分离—含参问题的求解技巧含参数的有解问题和不等式恒成立问题是高中数学的重点，也是高考的重点和热点，解决该类问题常用的策略是：（1）全分离，即分离参数；（2）半分离，即数形结合；（3）不分离，即分类讨论.选择合适的方法求解含参数的有解问题或者不等式恒成立问题，是高中数学教学的重点之一。
下面结合两个例子，说明以上三种方法的具体运用。
例1若存在实数对任意的，不等式恒成立，则整数的最大值为。
分析1根据该不等式的结构，可以将的情况单独说明；然后当时，将不等式两边同时除以，从而去绝对值后用表示出参数范围，再利用参数范围两端的关于的函数的图像，及的存在性和的任意性即可求解。
解法1（全分离）当时，不等式显然成立；当时，不等式化为，解得.如图，当时，取到最大值，即令解得，又，故的最大值为。
评注在此解法中，要将参数分离出来，就需要把的情况单独讨论；其次还得数形结合才能使此题变得更加直观。
分析2在解法1中，两边同除以后，分别画出和的图像，再利用这两个函数图像求解。
解法2（半分离）当时显然成立；当时，不等式化为，分别做出和的图像如下：由图可知，当与相切的时候，取最大值；令，整理得，由解得或（舍）.再由解得，又，故的最大值为。
评注在此解法中，利用数形结合考虑问题，使得问题变得更简单，理解更容易。
分析3通过画出不等式两边对应函数的图像，借助图像根据恒成立找到符合条件的临界值从而找到答案。
解法3（不分离）要使时，不等式恒成立，由图可知，显然时，更大.则时，当与相切时的值最大，且为与的交点横坐标，即为方程的较大的根.令，即，令解得；将代入方程中解得评注在画不等式两边对应的函数时，右边的一次函数是确定的，但左边的函数里面含有参数，这时就需要对参数进行讨论。
例2已知函数，其中.若对任意的实数，不等式恒成立，求实数的取值范围。
分析由题意知，对任意的实数，不等式恒成立.所以只需要考虑不等式对实数恒成立.由时成立，得，解得，这就把和的范围都缩小了，于是就可以得出，故只需要当且时，恒成立即可。
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函数中的任意性与存在性问题
例1已知函数]1,0[,2)(2∈+=x k x k x f ，函数]0,1[,5)1(23)(22-∈+++-=x x k k x x g ， 1：存在]1,0[1∈x ]0,1[2-∈x ，使得)()(12x f x g =成立，求k 的取值范围.
2：对任意]1,0[1∈x ，存在]0,1[2-∈x ， )()(12x f x g =成立，求k 的取值范围.
3：对任意]1,0[1∈x ，存在]0,1[2-∈x ，使得)()(12x f x g <成立，求k 的取值范围.
4
例 2 已知，其中.，若对任意的都有成立，求实数的取值范围.
[][].
".)()(,0,1,1,01221的取值范围求成立使得存在k x f x g x x <-∈∈
1.，，使得，等价于函数在上的值域与函数
在上的值域的交集不空，即.
2.对，，使得，等价于函数在上的值域是函数
在上的值域的子集，即.
3 若对，，使，等价于在上的最小值不小于在
上的最小值即（这里假设存在）。
4
使得等价于
5 已知是在闭区间的上连续函，则对使得，等
价于
.
1 函数22(),()1f x x g x x ax ==-+，若对[][]12121,3,1,2,()()x x f x g x ∀∈-∃∈≥，求实数a 的取值范围
2
若存在正数x 使x 2(x-a)<1成立,则a 的取值范围是
3已知21(),()()2
x f x x g x m ==-，若对[]11,3x ∀∈-，[]20,2x ∃∈，12()()f x g x ≥，则实数m 的取值范围是 ．
4 将上题中的任意改为存在。