江蘇省金湖縣第二中學(xué) (211600) 梁加林
含絕對(duì)值的不等式是一個(gè)綜合性問題,而其與不等式相結(jié)合的問題是高考和其他選拔性考試中加大區(qū)分度的重要選擇內(nèi)容之一,其求解過程需要綜合考慮,在用好絕對(duì)值不等式的性質(zhì)的同時(shí),需要考察具體題目的特點(diǎn),研究出題者的考試意圖和目的,制定合理可行的富有特色的將它方案.本文從如何分析題目、解決具體問題的角度出發(fā),介紹八種常見的推理策略,希望給讀者朋友一點(diǎn)啟發(fā).
在一些相對(duì)復(fù)雜的不等式問題的推理過程中,經(jīng)常采用“由果索因”的手段,即從結(jié)論出發(fā)步步逆推,直到找到能使結(jié)論成立的理論依據(jù),這樣也就完成了題目證明的過程.
例1 已知函數(shù)f(x)=|x+1|,若|a|>1,|b|>1,求證:f(ab)>f(a)-f(-b).
證明:因?yàn)閒(a)-f(-b)=|a+1|-|-b+1|≤|a+1-(-b+1)|=|a+b|,所以要證f(ab)>f(a)-f(-b),只需證|ab+1|>|a+b|,即證|ab+1|2>|a+b|2,即證a2b2+2ab+1>a2+2ab+b2,即證a2b2-a2-b2+1>0,即證(a2-1)(b2-1)>0.因?yàn)閨a|>1,|b|>1,所以a2>1,b2>1,所以(a2-1)(b2-1)>0成立,所以原不等式成立.
評(píng)注:由于要證的不等式中含有絕對(duì)值符合,比較復(fù)雜,直接用綜合推理不太順暢,所以采用了分析法.一般的,如果含有分式、根式、絕對(duì)值等問題采用分析法效果是明顯的.
利用絕對(duì)值不等式|a|-|b|≤|a±b|≤|a|+|b|,進(jìn)行“放大”或“縮小”是解決與絕對(duì)值相關(guān)的不等問題最常用的思路.
例2 已知f(x)=ax2+bx+c對(duì)于一切實(shí)數(shù)x∈[-1,1]都有|f(x)|≤1,證明對(duì)于一切x∈[-1,1]都有|2ax+b|≤4.
解析:從|f(x)|≤1到|2ax+b|≤4需通過一些特殊的函數(shù)值來建立不等關(guān)系,如f(0),f(-1),f(1)等,然后用絕對(duì)值不等式來證明.依題意可知|f(0)|≤1,|f(-1)|≤1,|f(1)|≤1,即|c|≤1,|a+b+c|≤1,|a-b+c|≤1,則|2a+2c|≤|a+b+c|+|a-b+c|≤2,即|a+c|≤1,所以|2a+b|=|(a+b+c)+(a+c)-2c|≤|a+b+c|+|a+c|+|2c|≤4, 且|2a-b|=|(a-b+c)+(a+c)-2c|≤|a-b+c|+|a+c|+|2c|≤4,又當(dāng)x∈[-1,1]時(shí), |2ax+b|≤{|2a+b|,|2a-b|},所以|2ax+b|≤4.
評(píng)注:在“放大”或“縮小”的過程中,其關(guān)鍵是合理的配湊,就是將需要證明的結(jié)論通過適當(dāng)?shù)呐錅惙纸獬膳c已知條件相關(guān)的不等式.本題中利用兩次“放大”后達(dá)到了解題目的,要注意在“放大”或“縮小”時(shí)必須保持不等號(hào)方向一致.
如若所給的條件式中只含有一個(gè)參數(shù),并且也已知這個(gè)參數(shù)的范圍,可直接運(yùn)用絕對(duì)值不等式的性質(zhì)進(jìn)行放縮,消去參數(shù),達(dá)到解題目的.
評(píng)注:在解題中抓住了|a|≤1這個(gè)關(guān)鍵條件,通過分離參數(shù)再運(yùn)用絕對(duì)值不等式的性質(zhì)進(jìn)行放縮處理,消去了參數(shù)a,這是為后續(xù)的解題掃清了障礙.
在已知的函數(shù)式中,若含有字母系數(shù),其中取特殊值是一個(gè)重要的解題手段,由此可顯露出所求不等式中有關(guān)部分的內(nèi)在聯(lián)系,從而確定可行的解題方案.
例4 已知a,b,c∈R, 若已知函數(shù)f(x)=ax2+bx+c,g(x)=ax+b, 當(dāng)x∈[-1,1]時(shí),有|f(x)|≤1成立.(1)證明:|c|≤1;(2)當(dāng)x∈[-1,1]時(shí),求證:|g(x)|≤2.
證明:(1)由于x∈[-1,1]時(shí),|f(x)|≤1, 而0∈[-1,1],則必有|f(0)|=|c|≤1.
(2)由于g(x)=ax+b為單調(diào)函數(shù), 其圖像是一條直線,要證|g(x)|≤2, 只須證|g(±1)|≤2,由|xg(x)|=|ax2+bx|=|f(x)-c|≤|f(x)|+|c|≤1+1=2, 取x=±1時(shí), 有|g(±1)|≤2,故必有|g(x)|≤2成立.
評(píng)注:本題中參數(shù)多,含有兩個(gè)函數(shù)式,要完成題目的證明首先充分挖掘了一次函數(shù)的有關(guān)性質(zhì),利用特殊值將待證式進(jìn)行簡(jiǎn)化;然后再挖掘兩個(gè)函數(shù)之間的特殊關(guān)系,并巧妙地合理配湊,使整個(gè)證題過程變得順暢自如.
在給定的定義域內(nèi),通過取特殊值,建立含參數(shù)的等式,然后以消去參數(shù)為目的進(jìn)行有目標(biāo)的重新組合,再運(yùn)用絕對(duì)值不等式的性質(zhì)進(jìn)行放縮處理,達(dá)到解題的目的.
評(píng)注:本題中的結(jié)論與一個(gè)常數(shù)有關(guān),那么如何消去題目中的參數(shù)就是解題目標(biāo),利用給出的條件先表示出含參數(shù)等式,通過有目的地配湊,再由不等式性質(zhì)進(jìn)行整體處理,達(dá)到證題目的,這些都是證明含絕對(duì)值的不等式常用手段,應(yīng)該得到理解和重視.
如果在用拼湊組合消去系數(shù)時(shí),遇到了困難,可通過引入新參數(shù),然后再運(yùn)用待定系數(shù)法求出這個(gè)參數(shù),建立有關(guān)的等式.
例6 設(shè)函數(shù)f(x)=ax2+bx+c對(duì)于一切x∈[-1,1]都有|f(x)|≤1,求證:對(duì)于一切x∈[-1,1]都有|3ax+b|≤6.
證明:設(shè)g(x)=3ax+b,g(1)=mf(1)+nf(-1)+kf(0),則3a+b=m(a+b+c)+n(a-b+c)+kc=(m+n)a+(m-n)b+(m+n+k)c,通過比較多項(xiàng)式的系數(shù)可知:m+n=3且m-n=1且m+n+k=0;解由此三式聯(lián)立所得方程組得:m=2;n=1;k=-3;即g(1)=2f(1)+f(-1)-3f(0).又對(duì)于一切x∈[-1,1]都有|f(x)|≤1,則|f(1)|≤1;|f(-1)|≤1;|f(0)|≤1;故而|g(1)|=|2f(1)+f(-1)-3f(0)|≤2|f(1)|+|f(-1)|+3|f(0)|≤2+1+3=6.同理可證|g(-1)|≤6,由一次函數(shù)的性質(zhì)可知|g(x)|≤6,即|3ax+b|≤6.
評(píng)注:待定系數(shù)法是解決多項(xiàng)式“恒等”問題的有力工具,在本證題中比較恰當(dāng)?shù)厥褂昧舜朔?,給人有打破常規(guī)、耳目一新的感覺,降低了解題的難度.
如若題目中欲證明與系數(shù)相關(guān)的不等式,可通過取特殊值將所求系數(shù)用關(guān)于特殊的函數(shù)值表示出來,然后再運(yùn)用不等式進(jìn)行放縮推理.
例7 若f(x)=ax2+bx+c(a,b∈R)在區(qū)間[0,1]上恒有|f(x)|≤1,求證:|a|+|b|+|c|可能的最大值為17.
對(duì)于二次函數(shù)問題,二次函數(shù)的圖像和性質(zhì)是解決問題的有力武器,及時(shí)地加以運(yùn)用,可簡(jiǎn)化解題過程,提高解題效率.
評(píng)注:在解決本題第(1) (2)問時(shí),及時(shí)的運(yùn)用了二次函數(shù)的圖象及性質(zhì),再結(jié)合已知的絕對(duì)值不等式的條件,運(yùn)用絕對(duì)值的意義進(jìn)行轉(zhuǎn)化,這樣就建立了相關(guān)的不等式組,這就是抓住了解題的關(guān)鍵所在,將難點(diǎn)輕松化解了.