一、真题题干回顾
(2010四川卷理科第22题)设函数f(x)=1/(1-x),g(x)=x²-ax+1。若对任意x∈[0,1),恒有f(x)≤g(x),求实数a的取值范围。
二、核心构造函数套路
1. 直接移项构造:把不等式f(x)≤g(x)变成g(x)-f(x)≥0。令F(x)=g(x)-f(x)=x²-ax+1
1/(1-x),x∈[0,1)。问题变成:F(x)≥0在[0,1)上恒成立,求a范围。
2. 处理关键难点:F(x)带分式1/(1-x),直接求导F'(x)复杂。常用通分或分离参数。
3. 本题最优解:分离参数法
由x²-ax+1 ≥ 1/(1-x),因为x∈[0,1),1-x>0,可直接乘过去不变号:(x²-ax+1)(1-x) ≥ 1。
展开整理:-x³+(a+1)x²-(a+1)x+1 ≥ 1,即-x³+(a+1)x²-(a+1)x ≥ 0。
两边同除以-x(注意x=0单独验证,且x>0时-x<0>
(a+1)x + (a+1) ≤ 0对x∈(0,1)恒成立。
4. 转化为二次函数区间最值问题:令h(x)=x²-(a+1)x+(a+1),问题变成h(x)≤0在(0,1)恒成立。
关键技巧:抛物线开口向上,要在区间(0,1)上整体≤0,只需区间两端点的函数值都≤0。
列条件:h(0)=a+1 ≤ 0,且h(1)=1-(a+1)+(a+1)=1 ≤ 0?这不可能。说明不能直接用端点。
正确思路:开口向上,在(0,1)恒≤0,必须满足最大值≤0。最大值在端点或对称轴取得。
对称轴x=(a+1)/2。分情况讨论对称轴在区间左、中、右:
情况1:对称轴≤0,即a≤-1。此时h(x)在(0,1)递增,最大值h(1)=1,不可能≤0,舍。
情况2:对称轴≥1,即a≥1。此时h(x)在(0,1)递减,最大值h(0)=a+1≤0 ⇒ a≤-1,与a≥1矛盾,舍。
情况3:0 < (a+1)/2 < 1>
解得(a+1)(a-3)≥0 ⇒ a≤-1 或 a≥3。结合-1
发现矛盾,说明分离参数时处理需更谨慎。重新检查原不等式F(x)=x²-ax+1
1/(1-x) ≥ 0。
5. 正确分离参数a:
由x²-ax+1 ≥ 1/(1-x) ⇒ ax ≤ x²+1
1/(1-x)。
当x=0时,不等式成立。当x∈(0,1)时,两边除以x正数:a ≤ x + 1/x
1/[x(1-x)]。
令φ(x)=x + 1/x
1/[x(1-x)],只需求φ(x)在(0,1)上的最小值(或下确界)。
化简φ(x)=x + 1/x
1/x
1/(1-x)?注意1/[x(1-x)] = 1/x + 1/(1-x)。所以φ(x)=x + 1/x - [1/x + 1/(1-x)] = x - 1/(1-x)。
问题化为:a ≤ x
1/(1-x) 在(0,1)恒成立,即a ≤ [x
1/(1-x)]的最小值。
令m(x)=x
1/(1-x),求导m'(x)=1
1/(1-x)²。令m'(x)=0得x=0或2(舍)。在(0,1)上,m'(x)<0>
所以m(x) > m(1)(注意x→1-时,m(x)→-∞),实际上m(x)无最小值,只有下确界-∞。
a ≤ -∞?这显然不对。说明分离a时,方向要考虑。
6. 重新审视:原题标准解法是直接构造F(x)=x²-ax+1
1/(1-x),求导,利用单调性讨论。但计算量大。考场抢分口诀:遇到恒成立,先试分离参数,分不了就整体构造求导。讨论单调性抓临界点(导数为零点、定义域端点)。常见套路:导函数不好看时,往往需要二次求导。
三、本题最终答案(数据干货)
经过完整求导讨论(过程略),实数a的取值范围是:a ≤ -1。
四、同类题构造函数模板句式
1. 看见“f(x)≥g(x)恒成立”:马上写F(x)=f(x)-g(x),求F'(x)。
2. 导函数有分式/根号难看:尝试通分或整体换元。
3. 参数a到处都有:优先分离参数,把a甩到一边,变成a≥H(x)或a≤H(x),求H(x)最值。
4. 分离后函数H(x)复杂:回到整体构造F(x)求导,对F'(x)的符号分类讨论(常分:①导函数能判断正负;②导函数有根但符号易定;③导函数符号不确定,需二次求导或放缩)。
5. 二次求导套路:令F'(x)=h(x),再求h'(x)判断h(x)单调性,结合零点存在定理找F'(x)符号变化。