数学选修4-5
二 绝对值不等式
第1课时 绝对值三角不等式
[核心必知]
1.绝对值的几何意义
(1)实数a的绝对值|a|表示数轴上坐标为a的点A到原点的距离.
(2)对于任意两个实数a,b,设它们在数轴上的对应点分别为A、B,那么|a-b|的几何意义是数轴上A,B两点之间的距离,即线段AB的长度.
2.绝对值三角不等式
(1)如果a,b是实数,则|a+b|≤|a|+|b|,当且仅当ab≥0时,等号成立.
(2)如果把上面的绝对值三角不等式中的实数a,b换成向量a,b,则它的几何意义是三角形两边之和大于第三边.
3.三个实数的绝对值不等式
如果a,b,c是实数,那么|a-c|≤|a-b|+|b-c|,当且仅当(a-b)(b-c)≥0时,等号成立.
[问题思考]
1.|a+b|与|a|-|b|,|a-b|与|a|-|b|及|a|+|b|分别具有什么关系?
提示:|a|-|b|≤|a+b|,|a|-|b|≤|a-b|≤|a|+|b|.
2.不等式|a|-|b|≤|a±b|≤|a|+|b|中“=”成立的条件分别是什么?
提示:不等式|a|-|b|≤|a+b|≤|a|+|b|,右侧“=”成立的条件是ab≥0,左侧“=”成立的条件是ab≤0,且|a|≥|b|;不等式|a|-|b|≤|a-b|≤|a|+|b|,右侧“=”成立的条件是ab≤0,左侧“=”成立的条件是ab≥0且|a|≥|b|.
3.绝对值不等式|a-c|≤|a-b|+|b-c|的几何解释是什么?
提示:在数轴上,a,b,c所对应的点分别为A,B,C,当点B在点A,C之间时,|a-c|=|a-b|+|b-c|;当点B不在点A,C之间时,|a-c|<|a-b|+|b-c|.
考点1
绝对值三角不等式的应用
(1)以下四个命题:
①若a,b∈R,则|a+b|-2|a|≤|a-b|;
②若|a-b|<1,则|a|<|b|+1;
③若|x|<2,|y|>3,则||<;
④若AB≠0,则lg≥( lg|A|+lg|B|).
其中正确的命题有( )
A.4个 B.3个 C.2个 D.1个
(2)不等式≥1成立的充要条件是________.
[精讲详析] 本题考查绝对值三角不等式定理的应用及充要条件等问题.
解答问题(1)可利用绝对值三角不等式定理,结合不等式的性质、基本定理等一一验证;
解答问题(2)应分|a|>|b|与|a|<|b|两类讨论.
(1)|a+b|=|(b-a)+2a|≤|b-a|+2|a|=|a-b|+2|a|,
∴|a+b|-2|a|≤|a-b|,①正确;
1>|a-b|≥|a|-|b|,∴|a|<|b|+1,②正确;
|y|>3,∴<.又∵|x|<2,∴<.③正确;
2=(|A|2+|B|2+2|A||B|),≥(2|A||B|+2|A||B|)=|A||B|,
∴2lg≥lg|A||B|.∴lg≥(lg|A|+lg|B|),④正确.
(2)当|a|>|b|时,有|a|-|b|>0,
∴|a+b|≥||a|-|b||=|a|-|b|.∴必有≥1.
即|a|>|b|是≥1成立的充分条件.
当≥1时,由|a+b|>0,必有|a|-|b|>0.
即|a|>|b|,故|a|>|b|是≥1成立的必要条件.故所求为:|a|>|b|.
答案:(1)A (2)|a|>|b|
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(1)定理|a|-|b|<|a±b|<|a|+|b|的几何意义是:三角形任意两边之差小于第三边,三角形任意两边之和大于第三边.
(2)对|a|-|b|≤|a±b|≤|a|+|b|的诠释:
定理的构
成部分
特征
大小
关系
等号成立的条件
左端
|a|-|b|
可能是负的
≤中间部分
中间部分为|a+b|时,ab≤0,且|a|≥|b|时,左边的等号成立;中间部分为|a-b|时,ab≥0,且|a|≥|b|时,左边等号成立
中间部分
|a±b|
肯定是非负的
≥左端
≤右端
用“+”连接时,ab≥0,右端取等号,ab≤0,且|a|≥|b|时,左端取等号;用“-”连接时,ab≥0,且|a|≥|b|时,左端取等号,ab≤0,右端取等号
右端
|a|+|b|
是非负的
≥中间部分
中间部分为|a+b|时,ab≥0,等号成立;中间部分为|a-b|时,ab≤0,等号成立
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1.(1)已知|a|≠|b|,m=,n=,则m,n之间的大小关系是( )
A.m>n B.m<n
C.m=n D.m≤n
(2)若x<5,n∈N+,则下列不等式:
①<5;②|x|lg<5lg;
③xlg<5;④|x|lg<5.
其中,能够成立的有________.
解析:(1)∵|a|-|b|≤|a±b|≤|a|+|b|,
∴m=≤=1,n=≥=1,
∴m≤1≤n.
(2)∵0<<1.∴lg<0.
由x<5,并不能确定|x|与5的关系,
∴可以否定①②③,而|x|lg<0,④成立.
答案:(1)D (2)④
考点2
利用绝对值三角不等式证明不等式
已知a,b∈R且a≠0,求证:≥-.
[精讲详析] 本题的特点是绝对值符号较多,直接去掉绝对值符号较困难.从所证的不等式可以看出,不等式的左边为非负值,而不等式右边的符号不定.如果不等式右边非正,这时不等式显然成立;当不等式右边为正值时,有|a|>|b|.所以本题应从讨论|a|与|b|的大小入手,结合作差比较法,可以使问题得以解决.
①若|a|>|b|,左边=
=≥=.
∵≤,≤,
∴+≤.
∴左边≥=右边.
②若|a|<|b|,左边>0,右边<0,
∴原不等式显然成立.
③若|a|=|b|,原不等式显然成立.
综上可知原不等式成立.
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含绝对值不等式的证明题主要分两类:
一类是比较简单的不等式,往往可通过平方法、换元法去掉绝对值转化为常见的不等式证明,或利用绝对值三角不等式性质定理:||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|,通过适当的添、拆项证明;另一类是综合性较强的函数型含绝对值的不等式,往往可考虑利用一般情况成立,则特殊情况也成立的思想,或利用一元二次方程的根的分布等方法来证明.
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2.设函数f(x)=x2-2x,|x-a|<1.
求证:|f(x)-f(a)|<2|a|+3.
证明:∵f(x)=x2-2x,且|x-a|<1,
∴|f(x)-f(a)|=|x2-2x-a2+2a|=|(x+a)(x-a)-2(x-a)|
=|(x-a)(x+a-2)|=|x-a|·|x+a-2|
<|x+a-2|=|(x-a)+(2a-2)|<|x-a|+|2a-2|
<1+|2a|+|2|=2|a|+3,
∴|f(x)-f(a)|<2|a|+3.
考点3
利用绝对值三角不等式求最值
已知a,b∈R,且|a+b+1|≤1,|a+2b+4|≤4.
求|a|+|b|的最大值.
[精讲详析] 本题考查绝对值三角不等式的应用.解答本题可先求出|a+b|,|a-b|的最值,再通过|a|+|b|与它们相等时进行讨论求出最大值.
|a+b|=|(a+b+1)-1|≤|a+b+1|+|1|≤2,
|a-b|=|3(a+b+1)-2(a+2b+4)+5|
≤3|a+b+1|+2|a+2b+4|+5
≤3+2×4+5=16.
①若ab≥0,则|a|+|b|=|a+b|≤2;
②若ab<0,则|a|+|b|=|a-b|≤16.
而当
即a=8,b=-8时,
|a|+|b|取得最大值,且|a|+|b|=|a-b|=16.
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(1)求含绝对值的代数式的最值问题综合性较强,本题直接求|a|+|b|的最大值比较困难,可采用|a+b|,|a-b|的最值,及ab≥0时,|a|+|b|=|a+b|,ab<0时,|a|+|b|=|a-b|的定理,达到目的,其巧妙之处令人赞叹不已.
(2)求y=|x+m|+|x+n|和y=|x+m|-|x+n|的最值,其主要方法有:
①借助绝对值的定义,即零点分段;
②利用绝对值几何意义;
③利用绝对值不等式性质定理.
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3.(1)求函数y=|x-3|-|x+1|的最大值和最小值;
(2)若|x-3|+|x+1|>a的解集不是R,求a的取值范围.
解:(1)法一:||x-3|-|x+1||≤|(x-3)-(x+1)|=4,∴-4≤|x-3|-|x+1|≤4.
∴ymax=4,ymin=-4.
法二:把函数看作分段函数.
y=|x-3|-|x+1|=
∴-4≤y≤4.∴ymax=4,ymin=-4.
(2)∵|x-3|+|x+1|≥|(x-3)-(x+1)|=4,
∴|x-3|+|x+1|≥4.
∴当a<4时,|x-3|+|x+1|>a的解集为R.
又∵|x-3|+|x+1|>a的解集不是R,
∴a≥4.
∴a的取值范围是[4,+∞).
本节热点命题关注
本课时主要考查绝对值三角不等式的应用,江苏高考以解答题的形式考查绝对值三角不等式在证明中的应用,是高考的一个新亮点.
[考题印证]
(江苏高考)已知实数x,y满足:|x+y|<,|2x-y|<,求证:|y|<.
[命题立意] 本题综合考查不等式的性质和绝对
值三角不等式的的应用.
[证明] 因为3|y|=|3y|=|2(x+y)-(2x-y)|≤2|x+y|+|2x-y|,
由题设知|x+y|<,|2x-y|<,
从而3|y|<+=,所以|y|<.
一、选择题
1.设|a|<1,|b|<1,则|a+b|+|a-b|与2的大小关系是( )
A.|a+b|+|a-b|>2
B.|a+b|+|a-b|<2
C.|a+b|+|a-b|=2
D.不能比较大小
解析:选B 当(a+b)与(a-b)同号时,|a+b|+|a-b|=|(a+b)+(a-b)|=2|a|<2.当(a+b)与(a-b)异号时,|a+b|+|a-b|=|(a+b)-(a-b)|=2|b|<2.
2.对任意x,y∈R,|x-1|+|x|+|y-1|+|y+1|的最小值为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选C |x-1|+|x|+|y-1|+|y+1|≥|(x-1)-x|+|(y-1)-(y+1)|=3.
3.设变量x,y满足|x-1|+|y-a|≤1,若2x+y的最大值是5,则实数a的值是( )
A.2 B.1
C.0 D.-1
解析:选B 由|x-1|+|y-a|≤1,得|x-1|≤1,∴0≤x≤2,且|x+y-1-a|≤1,∴a≤x+y≤2+a,∴2x+y≤4+a,又2x+y的最大值为5,∴4+a=5,∴a=1.
4.若|a-c|<b,则下列不等式不成立的是( )
A.|a|<|b|+|c| B.|c|<|a|+|b|
C.b>|c|-|a| D.b<||a|-|c||
解析:选D ∵|a-c|<b,令a=1,c=2,b=3.
则|a|=1,|b|+|c|=5,∴|a|<|b|+|c|成立.
|c|=2,|a|+|b|=4,∴|c|<|a|+|b|成立.
||c|-|a||=||2|-|1||=1,∴b>||c|-|a||成立.
故b<||a|-|c||不成立.
二、填空题
5.对于实数x,y,若|x-1|≤1,|y-2|≤1,则|x-2y+1|的最大值为________.
解析:|x-2y+1|=|(x-1)-2(y-1)|≤|x-1|+|2(y-2)+2|≤1+2|y-2|+2≤5,即|x-2y+1|的最大值为5.
答案:5
6.下列四个不等式:①logx10+lg x≥2(x>1);
②|a-b|<|a|+|b|;③+≥2(ab≠0);
④|x-1|+|x-2|≥1,其中恒成立的是________(把你认为正确的序号都填上).
解析:logx10+lg x=+lg x≥2,①正确.ab≤0时,|a-b|=|a|+|b|,②不正确;∵ab≠0,与同号,∴=+≥2,③正确;由|x-1|+|x-2|的几何意义知|x-1|+|x-2|≥1恒成立,④也正确.综上①③④正确.
答案:①③④
7.已知函数f(x)=|x-3|-2,g(x)=-|x+1|+4,若函数f(x)-g(x)≥m+1的解集为R,则m的取值范围是________.
解析:f(x)-g(x)=|x-3|+|x+1|-6,因为x∈R,由绝对值三角不等式,得f(x)-g(x)=|x-3|+|x+1|-6=|3-x|+|x+1|-6≥|(3-x)+(x+1)|-6=4-6=-2,于是有m+1≤-2,得m≤-3,即m的取值范围是(-∞,-3].
答案:(-∞,-3]
8.设函数f(x)的定义域为R,若存在常数m>0,使|f(x)|≤m|x|对一切实数x均成立,则称f(x)为F函数.给出下列函数:
①f(x)=0;②f(x)=x2;
③f(x)=(sin x+cos x);④f(x)=;
⑤f(x)是定义在R上的奇函数,且满足对一切实数x1,x2均有|f(x1)-f(x2)|≤2|x1-x2|.
其中是F函数的序号是________.
解析:由|f(x)|≤m|x|,当x≠0时,知m≥,
对于①,有=0,x≠0,故取m>0即可;
对于②,由|x2|=|x|2,∴=|x|,无最大值;
对于③,由f(x)=2sin,
而=无最大值;
对于④,由=≤,x≠0,只要取
m=即可;
对于⑤,令x2=0,x1=x ,由f(0)=0,知|f(x)|≤2|x|.
答案:①④⑤
三、解答题
9.设不等式-2<|x-1|-|x+2|<0的解集为M,a,b∈M,证明:<.
证明:记f(x)=|x-1|-|x+2|
=
由-2<-2x-1<0,
解得-则M=.
因为a,b∈M,所以|a|<,|b|<,
所以≤|a|+|b|<×+×=.
10.设a,b∈R,求证:+≥.
证明:法一:①若ab=0或a+b=0,不等式显然成立.
②若ab≠0且a+b≠0,
∵|a+b|≤|a|+|b|,
∴=≥=,(*)
又>,>,
∴+>.
又由(*)式可知+>.
综上①②可知+≥.
法二:若ab=0或a+b=0,不等式显然成立.
若ab≠0且a+b≠0,
∵|a+b|≤|a|+|b|,
∴0<1+≤1+,即0<≤.
取倒数得≥,
又由法一知,原不等式成立.
法三:∵|a|+|b|≥|a+b|,
∴|a|+|b|+(|a|+|b|)·|a+b|≥
|a+b|+(|a|+|b|)·|a+b|,
即(|a|+|b|)(1+|a+b|)≥|a+b|(1+|a|+|b|).
两边同除以(1+|a+b|)(1+|a|+|b|)得
≥.
又由法一知,原不等式成立.
法四:构造函数f(x)=,
任取x1,x2∈[0,+∞)且x1<x2,有
f(x1)-f(x2)=-=<0.
∴f(x)在[0,+∞)上为增函数.
又|a|+|b|≥|a+b|,
∴f(|a|+|b|)≥f(|a+b|),
即≥.
又由法一知,所证不等式成立.
11.已知a、b、c为实数,函数f(x)=ax2+bx+c,g(x)=ax+b,当-1≤x≤1时,|f(x)|≤1.
(1)证明:|c|≤1;
(2)证明:当-1≤x≤1时,|g(x)|≤2.
证明:(1)当-1≤x≤1时,|f(x)|≤1,取x=0时,
有|c|=|f(0)|≤1,即|c|≤1.
(2)法一:当a>0时,g(x)=ax+b在[-1,1]上是增函数.
∴g(-1)≤g(x)≤g(1).
∵|f(x)|≤1(-1≤x≤1),|c|≤1,
∴g(1)=a+b=f(1)-c≤|f(1)|+|c|≤2.g(-1)=-a+b=-f(-1)+c≥-(|f(-1)|+|c|)
≥-2.由此得|g(x)|≤2.
当a<0时,g(x)=ax+b在[-1,1]上是减函数.
∴g(-1)≥g(x)≥g(1).
∵|f(x)|≤1(-1≤x≤1),|c|≤1,
∴g(-1)=-a+b=-f(-1)+c≤|f(-1)|+|c|≤2.
g(1)=a+b=f(1)-c≥-(f(1)+|c|)≥-2.
由此得|g(x)|≤2.
当a=0时,g(x)=b,f(x)=bx+c.
∵-1≤x≤1,
∴|g(x)|=|f(1)-c|≤|f(1)|+|c|≤2.
综上所述,|g(x)|≤2.
法二:由x=,得g(x)=ax+b
=a+b
=a2+b+c-a2+b+c=f-f.
当-1≤x≤1时,有0≤≤1,-1≤≤0,
∴f-f≤f+f≤2.即|g(x)|≤2.
课件26张PPT。二 绝对值不等式 第1课时 绝对值三角不等式谢谢!一、选择题
1.设|a|<1,|b|<1,则|a+b|+|a-b|与2的大小关系是( )
A.|a+b|+|a-b|>2
B.|a+b|+|a-b|<2
C.|a+b|+|a-b|=2
D.不能比较大小
解析:选B 当(a+b)与(a-b)同号时,|a+b|+|a-b|=|(a+b)+(a-b)|=2|a|<2.当(a+b)与(a-b)异号时,|a+b|+|a-b|=|(a+b)-(a-b)|=2|b|<2.
2.对任意x,y∈R,|x-1|+|x|+|y-1|+|y+1|的最小值为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选C |x-1|+|x|+|y-1|+|y+1|≥|(x-1)-x|+|(y-1)-(y+1)|=3.
3.设变量x,y满足|x-1|+|y-a|≤1,若2x+y的最大值是5,则实数a的值是( )
A.2 B.1
C.0 D.-1
解析:选B 由|x-1|+|y-a|≤1,得|x-1|≤1,∴0≤x≤2,且|x+y-1-a|≤1,∴a≤x+y≤2+a,∴2x+y≤4+a,又2x+y的最大值为5,∴4+a=5,∴a=1.
4.若|a-c|<b,则下列不等式不成立的是( )
A.|a|<|b|+|c| B.|c|<|a|+|b|
C.b>|c|-|a| D.b<||a|-|c||
解析:选D ∵|a-c|<b,令a=1,c=2,b=3.
则|a|=1,|b|+|c|=5,∴|a|<|b|+|c|成立.
|c|=2,|a|+|b|=4,∴|c|<|a|+|b|成立.
||c|-|a||=||2|-|1||=1,∴b>||c|-|a||成立.
故b<||a|-|c||不成立.
二、填空题
5.对于实数x,y,若|x-1|≤1,|y-2|≤1,则|x-2y+1|的最大值为________.
解析:|x-2y+1|=|(x-1)-2(y-1)|≤|x-1|+|2(y-2)+2|≤1+2|y-2|+2≤5,即|x-2y+1|的最大值为5.
答案:5
6.下列四个不等式:①logx10+lg x≥2(x>1);
②|a-b|<|a|+|b|;③+≥2(ab≠0);
④|x-1|+|x-2|≥1,其中恒成立的是________(把你认为正确的序号都填上).
解析:logx10+lg x=+lg x≥2,①正确.ab≤0时,|a-b|=|a|+|b|,②不正确;∵ab≠0,与同号,∴=+≥2,③正确;由|x-1|+|x-2|的几何意义知|x-1|+|x-2|≥1恒成立,④也正确.综上①③④正确.
答案:①③④
7.已知函数f(x)=|x-3|-2,g(x)=-|x+1|+4,若函数f(x)-g(x)≥m+1的解集为R,则m的取值范围是________.
解析:f(x)-g(x)=|x-3|+|x+1|-6,因为x∈R,由绝对值三角不等式,得f(x)-g(x)=|x-3|+|x+1|-6=|3-x|+|x+1|-6≥|(3-x)+(x+1)|-6=4-6=-2,于是有m+1≤-2,得m≤-3,即m的取值范围是(-∞,-3].
答案:(-∞,-3]
8.设函数f(x)的定义域为R,若存在常数m>0,使|f(x)|≤m|x|对一切实数x均成立,则称f(x)为F函数.给出下列函数:
①f(x)=0;②f(x)=x2;
③f(x)=(sin x+cos x);④f(x)=;
⑤f(x)是定义在R上的奇函数,且满足对一切实数x1,x2均有|f(x1)-f(x2)|≤2|x1-x2|.
其中是F函数的序号是________.
解析:由|f(x)|≤m|x|,当x≠0时,知m≥,
对于①,有=0,x≠0,故取m>0即可;
对于②,由|x2|=|x|2,∴=|x|,无最大值;
对于③,由f(x)=2sin,
而=无最大值;
对于④,由=≤,x≠0,只要取
m=即可;
对于⑤,令x2=0,x1=x ,由f(0)=0,知|f(x)|≤2|x|.
答案:①④⑤
三、解答题
9.设不等式-2<|x-1|-|x+2|<0的解集为M,a,b∈M,证明:<.
证明:记f(x)=|x-1|-|x+2|
=
由-2<-2x-1<0,
解得-则M=.
因为a,b∈M,所以|a|<,|b|<,
所以≤|a|+|b|<×+×=.
10.设a,b∈R,求证:+≥.
证明:法一:①若ab=0或a+b=0,不等式显然成立.
②若ab≠0且a+b≠0,
∵|a+b|≤|a|+|b|,
∴=≥=,(*)
又>,>,
∴+>.
又由(*)式可知+>.
综上①②可知+≥.
法二:若ab=0或a+b=0,不等式显然成立.
若ab≠0且a+b≠0,
∵|a+b|≤|a|+|b|,
∴0<1+≤1+,即0<≤.
取倒数得≥,
又由法一知,原不等式成立.
法三:∵|a|+|b|≥|a+b|,
∴|a|+|b|+(|a|+|b|)·|a+b|≥
|a+b|+(|a|+|b|)·|a+b|,
即(|a|+|b|)(1+|a+b|)≥|a+b|(1+|a|+|b|).
两边同除以(1+|a+b|)(1+|a|+|b|)得
≥.
又由法一知,原不等式成立.
法四:构造函数f(x)=,
任取x1,x2∈[0,+∞)且x1<x2,有
f(x1)-f(x2)=-=<0.
∴f(x)在[0,+∞)上为增函数.
又|a|+|b|≥|a+b|,
∴f(|a|+|b|)≥f(|a+b|),
即≥.
又由法一知,所证不等式成立.
11.已知a、b、c为实数,函数f(x)=ax2+bx+c,g(x)=ax+b,当-1≤x≤1时,|f(x)|≤1.
(1)证明:|c|≤1;
(2)证明:当-1≤x≤1时,|g(x)|≤2.
证明:(1)当-1≤x≤1时,|f(x)|≤1,取x=0时,
有|c|=|f(0)|≤1,即|c|≤1.
(2)法一:当a>0时,g(x)=ax+b在[-1,1]上是增函数.
∴g(-1)≤g(x)≤g(1).
∵|f(x)|≤1(-1≤x≤1),|c|≤1,
∴g(1)=a+b=f(1)-c≤|f(1)|+|c|≤2.g(-1)=-a+b=-f(-1)+c≥-(|f(-1)|+|c|)
≥-2.由此得|g(x)|≤2.
当a<0时,g(x)=ax+b在[-1,1]上是减函数.
∴g(-1)≥g(x)≥g(1).
∵|f(x)|≤1(-1≤x≤1),|c|≤1,
∴g(-1)=-a+b=-f(-1)+c≤|f(-1)|+|c|≤2.
g(1)=a+b=f(1)-c≥-(f(1)+|c|)≥-2.
由此得|g(x)|≤2.
当a=0时,g(x)=b,f(x)=bx+c.
∵-1≤x≤1,
∴|g(x)|=|f(1)-c|≤|f(1)|+|c|≤2.
综上所述,|g(x)|≤2.
法二:由x=,得g(x)=ax+b
=a+b
=a2+b+c-a2+b+c=f-f.
当-1≤x≤1时,有0≤≤1,-1≤≤0,
∴f-f≤f+f≤2.即|g(x)|≤2.