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3. 存在性问题

直线、圆与圆锥曲线 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 通过构造目标函数或不等式,判断方程有解、恒成立或存在特定参数取值范围的数学问题。

从哪来 它建立在类型二:基本不等式应用之上,利用基本不等式求最值来界定存在性的边界条件。

为什么 存在性问题本质是“值域包含特定值”或“最值满足特定不等式”。 若要求存在 $x$ 使 $f(x) \ge k$,则只需 $f(x)_{max} \ge k$;若要求存在 $x$ 使 $f(x) \le k$,则只需 $f(x)_{min} \le k$。 基本不等式是求函数最值(尤其是分式、和积形式)的高效工具。通过求出 $f(x)$ 的最大值或最小值,将“存在性”转化为“最值与常数的比较”,从而将动态的存在判断转化为静态的代数不等式求解。

代数转化法(适合逻辑严密、擅长方程求解的学生)** 1. **核心逻辑
将“存在 $x$ 使 $P(x)$ 成立”转化为“集合 $A = \{x | P(x)\}$ 非空”。 2. 操作步骤: * 分离参数:将含参项与不含参项分离,得到 $a \le g(x)$ 或 $a \ge g(x)$。 * 求最值:利用基本不等式或导数求出 $g(x)$ 的最值。 * 得结论:若 $a \le g(x)$ 有解,则 $a \le g(x)_{max}$;若 $a \ge g(x)$ 有解,则 $a \ge g(x)_{min}$。 3. 关键点:强调“存在”对应“最值”的单向性(存在大值看最大,存在小值看最小)。
几何直观法(适合空间想象力强、喜欢数形结合的学生)** 1. **核心逻辑
将代数不等式 $f(x) \ge k$ 看作曲线 $y=f(x)$ 与直线 $y=k$ 的位置关系。 2. 操作步骤: * 画图:画出 $y=f(x)$ 的大致图像(利用基本不等式确定极值点位置)。 * 观察:直线 $y=k$ 只要与曲线有交点或在曲线下方(对于 $\ge$),即满足“存在”。 * 定界:临界情况是直线与曲线相切或经过极值点。此时 $k$ 等于 $f(x)$ 的最值。 3. 关键点:通过图像直观理解为什么“存在”只需要考虑“最值”这一端点,而非整个区间。
反证排除法(适合思维灵活、擅长排除法的学生)** 1. **核心逻辑
假设“不存在”,即“对所有 $x$ 都不成立”,推导出矛盾或求出补集。 2. 操作步骤: * 否定命题:若原题为“存在 $x$ 使 $f(x) > k$”,则其否定为“任意 $x$ 使 $f(x) \le k$”。 * 求恒成立条件:求出使 $f(x) \le k$ 恒成立的 $k$ 的范围(通常涉及 $f(x)_{max} \le k$)。 * 取补集:原问题的解集即为上述范围的补集。 3. 关键点:适用于选项题或复杂不等式,通过求“恒成立”的边界来反推“存在性”的边界,降低思维难度。
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练一道
变式
已知函数 $f(x) = \frac{x^2 + 2x + 2}{x}$ ($x>0$),若存在 $x \in (0, +\infty)$ 使得 $f(x) \le a$ 成立,求 $a$ 的取值范围。
试试手自己判
检测题
若关于 $x$ 的不等式 $x + \frac{1}{x} \ge k$ 对任意 $x \in (0, 1]$ 恒成立,求 $k$ 的取值范围。 *(注:此题虽为恒成立,但考察的是对“存在性”逆向思维的辨析,即恒成立是存在的子集,且考察基本不等式在受限区间的应用)* 修正检测题(更贴合存在性): 若存在 $x \in (0, 1]$ 使得 $x + \frac{1}{x} \le k$ 成立,求 $k$ 的取值范围。
看答案和判分标准
答案:$k \ge 2$。
判对标准:
1. 学生能正确求出 $f(x) = x + \frac{1}{x}$ 在 $(0, 1]$ 上的最小值为 2(当 $x=1$ 时)。
2. 学生能正确判断“存在 $x$ 使 $f(x) \le k$”等价于 $k \ge f(x)_{min}$。
3. 最终结论为 $k \ge 2$。
*(若学生答 $k \ge 2$ 但过程未验证 $x=1$ 是否在定义域内,给一半分;若答 $k \le 2$ 或 $k < 2$,判错)
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