用图像解不等式

前言

为什么要用图像解不等式?自然是用数的角度不能顺利求解,要么不等式是超越不等式,要么是抽象不等式,或者是分段函数不等式等等;总之一句话,从数的角度思考不能解决的,都可以尝试考虑换个角度,从形入手分析。

求解原理

定义域值域

题型解法

用图像解抽象或分段不等式

函数(f(x))是周期为4的偶函数,当(xin[0,2])时,(f(x)=x-1),求不等式(xcdot f(x)>0)([-1,3])上的解集。

解法思路:利用条件先做出抽象函数的图像,然后读图解不等式

法1:自己作图如右,读图即可解答,解集为((-1,0)cup(1,3))

法2:利用积的符号法则求解,

原不等式等价于(egin{cases}x>0\f(x)>0end{cases})(egin{cases}x<0\f(x)<0end{cases})

读图即可解答,解集为((-1,0)cup(1,3))

感悟反思:1、学图像,用图像,天经地义。2、熟练掌握分段函数的图像,对解题很有帮助。

【2020届高三文科数学用题】设函数(y=f(x+1))是定义在((-infty,0)cup(0,+infty))上的偶函数,在区间((-infty,0))上是减函数,且图像经过点((1,0)),则不等式((x-1)cdot f(x)leqslant 0)的解集为______。

分析:由于(f(x+1))为偶函数,故其满足(f(-x+1)=f(x+1)),则函数(f(x))的对称轴为(x=1)

可以先做出函数(y=f(x+1))的示意图,再向右平移一个单位得到函数(y=f(x))的示意图如下,

不等式((x-1)cdot f(x)leqslant 0)可化为(left{egin{array}{l}{x>1}\{f(x)leqslant 0}end{array} ight.)(left{egin{array}{l}{x<1}\{f(x)geqslant 0}end{array} ight.)

解读图像可知,解集为({xmid xleqslant 0或1<xleqslant 2}),故(xin (-infty,0]cup(1,2]).

用图像解超越不等式

解关于(x)的不等式(lnx>1-x)

解法思路:利用条件先做出抽象函数的图像,然后读图解不等式

分析:你应该能感觉到,这个题目用我们平常的那种解法(代数解法)已经不能做出来了,

因为它不是我们熟悉的那种代数不等式,而是超越不等式,这时候就需要我们借助图像来求解。

比如分别作出两个函数(y=lnx)(y=1-x)的图像观察求解,如右图所示,解集为((1,+infty))

思路2:从数的角度,利用函数计算,令(g(x)=lnx+x-1(x>0))

(g'(x)=cfrac{1}{x}+1>0)恒成立,故(g(x))((0,+infty))上单调递增,

(g(1)=0),故(0< x<1)时,(g(x)<0)(x>1)(g(x) >0)

综上,故(x)的取值范围为((1,+infty))

感悟反思:1、同类题目牛刀小试一下;2、超越不等式

  • 解关于(x)的不等式(2^x>1-x);解集为((0,+infty))

  • 解关于(x)的不等式(log_2^x>cfrac{2}{x});解集为((2,+infty))

用图像解构造的函数不等式

【2015(cdot)全国卷2】设函数(f'(x))是奇函数(f(x)(xin R))的导函数,(f(-1)=0),当(x>0)时,(xf'(x)-f(x)<0),则使得(f(x)>0)成立的(x)的取值范围是【】

$A.(-infty,-1)cup(0,1)$ $B.(-1,0)cup(1,+infty)$ $C.(-infty,-1)cup(-1,0)$ $D.(0,1)cup(1,+infty)$

解法思路:利用条件先做出导函数的图像,然后读图解不等式

【法1】注意到(xf'(x)-f(x) <0),故构造函数(g(x)=cfrac{f(x)}{x}),则函数(g(x))为偶函数;

(g'(x)=cfrac{xf'(x)-f(x)}{x^2}),结合当(x>0)时,(xf'(x)-f(x)<0)

可知,当(x >0)时,(g'(x)<0),即(g(x))((0,+infty))上单调递减,

由偶函数可知,(g(x))((-infty,0))上单调递增,

(f(-1)=0),即(g(-1)=cfrac{f(-1)}{-1}=0),且(g(1)=g(-1)=0)

从而做出(g(x))的图像如图所示,

以下说明如何利用(g(x))的图像解不等式(f(x)>0)

第一象限的函数图像(注意此时有(0 < x <1)),满足(g(x)=cfrac{f(x)}{x}>0)(x >0)

由符号法则得(f(x)>0),将这段函数图像向(x)轴作射影,

得到(0<x<1),即当(0< x <1)时,必有(f(x) >0) 成立;

同理可知,由第二象限的图像,注意此时有(-1< x <0)(g(x)>0),可得当(-1< x <0)时,必有(f(x)<0),不符;

同理,由第三象限的图像,注意此时有(x <-1)(g(x)>0),可得当(x <-1)时,必有(f(x) >0),符合;

同理,由第四象限的图像,注意此时有(x >1)(g(x) <0),可得当(x >1)时,必有(f(x) <0),不符;

综上所述,(f(x)>0)的解集是((-infty,-1)cup(0,1))。选A

【法2】有了法1做基础,我们可以简化如下,(y)轴右侧的图像,代表(x >0)

那么(g(x)=cfrac{f(x)}{x})的分母就为正,现在要求解(f(x) >0),此时必然会选择(x)轴上方的图像,其满足 (g(x) >0)

故将这段图像向(x)轴作射影,落在区间((0 ,1))上,故有(0< x <1)时,(f(x) >0)

(y)轴左侧的图像,代表(x <0)

那么(g(x)=cfrac{f(x)}{x})的分母就为负,现在要求解(f(x)>0),此时必然会选择(x)轴下方的图像,其满足 (g(x)<0)

故将这段图像向(x)轴作射影,落在区间((-infty ,-1))上,说明(x <-1)时,(f(x)>0)

综上所述,(f(x)>0)的解集是((-infty,-1)cup(0,1))。选(A)

感悟反思:若(g(x)=xcdot f(x))或者(g(x)=cfrac{f(x)}{x}),由符号法则可知,(g(x))的正负取决于其因子(x)(f(x))的正负;

【构造函数】【构造函数解不等式】设(f(x))(g(x))分别是定义在(R)上的奇函数和偶函数,且(g(x)≠0),当(x<0)(f′(x)g(x)>f(x)g′(x)),且(f(-3)=0),则不等式(f(x)g(x)<0)的解集是______.

分析:令(h(x)=cfrac{f(x)}{g(x)}),则可知(h(x))为奇函数,

(h'(x)=cfrac{f'(x)g(x)-f(x)g'(x)}{g^2(x)})

(x<0)(f′(x)g(x)>f(x)g′(x))

可得(xin(0,+infty))时,(h'(x)>0),即(h(x))单调递增,

由奇函数可知,(xin (-infty,0))时,(h(x))单调递增,

(h(0)=0),由(f(-3)=0)还可得到(h(-3)=h(3)=0)

做出示意图,由图可知,

故由(h(x)=cfrac{f(x)}{g(x)}<0),可得(xin(-infty,-3)cup(0,3))

(cfrac{f(x)}{g(x)}<0)等价于(f(x)g(x)<0)

故不等式(f(x)g(x)<0)的解集是(xin(-infty,-3)cup(0,3))

备忘,有时间补充,用图像解三角不等式、对数不等式、指数不等式等等,还有代数不等式,如二次不等式;一次不等式,分式不等式,高次不等式等等。

延伸阅读

1、用导函数的图像判断原函数的单调性

2、用图像求定义域

3、用图像求值域

4、用图像判断单调性

5、用图像判断奇偶性

6、用图像判断周期性

7、用图像判断对称性

8、用图像解读函数特殊点值。

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