求參數的取值范圍


前言

求參數的取值范圍,是高中數學中非常普遍的一類題目,現作以總結整理。、

集合

例1 已知集合\(A=\{x\mid -2\leq x\leq 7\}\),集合\(B=\{x\mid m+1< x<2m-1 \}\),若\(B\subseteq A\),則實數\(m\)的取值范圍是什么?

分析:集合\(A\)為定集,集合\(B\)為動集,又因為出現了條件\(B\subseteq A\),故需要針對集合\(B\)分類討論如下:

1、當集合\(B=\varnothing\)時,則有\(m+1\ge 2m-1\),解得\(m\leq 2\)

2、當集合\(B\neq\varnothing\)時,必須滿足三個條件,即\(\begin{cases}&m+1<2m-1\\&-2\leq m+1\\&2m-1\leq 7\end{cases}\),解得\(2<m\leq 4\)

綜上所述:實數\(m\)的取值范圍是\(\{m\mid m\leq 4\}\)

邏輯用語

例2 已知\(“\)命題\(p:(x-m)^2>3(x-m)\)\(”\)\(“\)命題\(q:x^2+3x-4<0\)\(”\)成立的必要不充分條件,則實數\(m\)的取值范圍為________. 

【解析】先化簡命題\(p\),由\((x-m)^2>3(x-m)\),得到\(x^2-(2m+3)x+m^2+3m>0\)

\(x^2-(2m+3)x+m(m+3)>0\),即\((x-m)[x-(m+3)]>0\)

則有\(p:x>m+3\)\(x<m;q:-4<x<1\)

因為\(p\)\(q\)成立的必要不充分條件,則\(\{x\mid-4<x<1\}\subseteq \{x\mid x>m+3或x<m\}\)

所以\(m+3≤-4\)\(m≥1\),即\(m≤-7\)\(m≥1\)

\(m\)的取值范圍為\((-\infty,-7]\cup[1,+\infty)\)

例3 【轉化划歸+分類討論】設集合\(A=\{x\mid -2-a<x<a,a>0\}\),命題\(p\)\(1\in A\),命題\(q\)\(2\in A\),若\(p\)\(q\)為真命題,\(p\)\(q\)為假命題,則實數\(a\)的取值范圍是【】

$A.\{a\mid 0< a <1$或$a>2\}$
$B.\{a\mid 0< a <1$或$a\ge 2\}$
$C.\{a\mid 1< a \leq 2\}$
$D.\{a\mid 1\leq a\leq 2\}$

法1:由\(p\)\(q\)為真命題,\(p\)\(q\)為假命題可知,轉化為命題\(p\)\(q\)必然是一真一假;

\(p\)真且\(q\)假時,有\(\left\{\begin{array}{l}{-2-a<1<a}\\{2\ge a或 2\leq -2-a}\end{array}\right.\),解得\(1<a\leq 2\)

\(p\)假且\(q\)真時,有\(\left\{\begin{array}{l}{1\ge a或 1\leq -2-a}\\{-2-a<2<a}\end{array}\right.\),解得\(a\in \varnothing\)

綜上,\(1<a\leq 2\);故選\(C\)

法2:利用運動觀點求解,做出區間\((-2-a,a)\),然后讓參數\(a\)\(0\)\(3\)逐漸增大,

\(a=0\)時,設給定區間為\(A\),則\(A=(-2,0)\),此時\(1\not\in A\)\(2\not\in A\),故不滿足題意;

\(a=1\)時,則\(A=(-3,1)\),此時\(1\not\in A\)\(2\not\in A\),故不滿足題意;

\(a=1.5\)時,則\(A=(-3.5,1.5)\),此時\(1\in A\)\(2\not\in A\),故滿足題意;

\(a=2\)時,則\(A=(-4,2)\),此時\(1\in A\)\(2\not\in A\),故滿足題意;

\(a=3\)時,則\(A=(-5,3)\),此時\(1\in A\)\(2\in A\),故不滿足題意;

綜上可知,參數\(a\)的取值只能是\(1<a\leq 2\);選\(C\).

定義域值域

  • 已知定義域或值域,求參數的取值范圍

例1 【已知定義域或值域為\(R\)求參數的取值范圍】已知函數\(f(x)=ln(x^2+2ax-a)\)

①如果函數的定義域是\(R\),求參數\(a\)的取值范圍;

預備:先想一想,這個函數的定義域應該怎么求解?

分析:由於函數的定義域是\(R\),說明對任意的\(x\in R\),都能使得\(g(x)=x^2+2ax-a>0\)

轉化為二次函數恆成立問題了,(此時至少可以考慮數形結合或者恆成立分離參數)

這里用數形結合,函數\(g(x)\)開口向上,和\(x\)軸沒有交點,則\(\Delta <0\)

\(\Delta=(2a)^2-4\times 1\times(-a)<0\),解得\(a\in (-1,0)\)

②如果函數的值域是\(R\),求參數\(a\)的取值范圍;

分析:如右圖所示,要使得函數\(f(x)\)的值域是\(R\),說明內函數\(g(x)=x^2+2ax-a\)必須要能取遍所有的正數,結合下圖,

如果有一部分正實數不能取到,那么函數\(f(x)\)的值域就不會是\(R\),這樣只能是函數\(g(x)\)\(\Delta \ge 0\)

而不能是\(\Delta <0\),注意現在題目要求是值域為\(R\),而不是定義域為\(R\)

因此必須滿足條件\(\Delta=(2a)^2-4\times 1\times(-a)\ge 0\),解得\(a\in \{a\mid a\leq -1 ,a\ge 0\}\)

下圖是參數\(a\in [-3,3]\)時的兩個函數圖像的動態變化情況;

下圖是參數\(a\in (-1,0)\)時的兩個函數圖像的動態變化情況;

二次不等式

例1 【2017銅川模擬】不等式\(a^2+8b^2\ge \lambda b(a+b)\)對於任意的\(a,b\in R\)恆成立,則實數\(\lambda\)的取值范圍為_____________。

法1:(將\(b\)\(\lambda\)看做系數)將不等式轉化為\(a^2-\lambda ba+8b^2-\lambda b^2\ge 0\)對任意的\(a\in R\)恆成立,

\(\Delta =b^2\lambda^2-4(8b^2-\lambda b^2)=b^2(\lambda^2+4\lambda-32)\leq 0\)

解得\(-8\leq \lambda \leq 4\)

法2:變量集中策略,當\(b=0\)時,即\(a^2\ge 0\)恆成立,\(\lambda\in R\)

\(b\neq 0\)時,原不等式等價於\((\cfrac{a}{b})^2+8\ge \lambda (\cfrac{a}{b})+\lambda\)

\(\cfrac{a}{b}=t\in R\),即\(t^2-\lambda t+8-\lambda\ge 0\)對任意的\(t\in R\)恆成立,

\(\Delta =(\lambda)^2-4(8-\lambda)\leq 0\)

解得\(-8\leq \lambda \leq 4\)

綜上所述(兩種情況取交集),實數\(\lambda\)的取值范圍為\(-8\leq \lambda \leq 4\)

例2 設函數\(f(x)=mx^2-mx-x(m\neq 0)\),若對於\(x\in [1,3]\)\(f(x)<-m+5\)恆成立,求\(m\)的取值范圍。

法1:利用二次函數求解,要使\(f(x)<-m+5\)恆成立,即\(mx^2-mx+m-6<0\)

\(m(x-\cfrac{1}{2})^2+\cfrac{3}{4}x-6<0\)\(x\in[1,3]\)上恆成立,

\(g(x)=m(x-\cfrac{1}{2})^2+\cfrac{3}{4}x-6,x\in [1,3]\)

\(m>0\)時,\(g(x)\)\([1,3]\)上是增函數,

所以\(g(x)_{max}=g(3)=7m-6<0\), 解得\(m<\cfrac{6}{7}\)

則有\(0<m<\cfrac{6}{7}\)

\(m<0\)時,\(g(x)\)\([1,3]\)上是減函數,

所以\(g(x)_{max}=g(1)=m-6<0\), 解得\(m<6\)

則有\(m<0\)

綜上所述,\(m\)的取值范圍是\((-\infty,0)\cup(0,\cfrac{6}{7})\)

法2:分離參數法,因為\(x^2-x+1>0\),由\(f(x)<-m+5\)可得\(m(x^2-x+1)-6<0\)

故有\(m<\cfrac{6}{x^2-x+1}\)恆成立,

又因為函數\(y=\cfrac{6}{x^2-x+1}=\cfrac{6}{(x-\cfrac{1}{2})^2+\cfrac{3}{4}}\)在區間\([1,3]\)上的最小值為\(\cfrac{6}{7}\),

故只需\(m<\cfrac{6}{7}\)即可,

又因為\(m\neq 0\),所以\(m\)的取值范圍是\((-\infty,0)\cup(0,\cfrac{6}{7})\)

例4 已知\(a\in[-1,1]\)時不等式\(x^2+(a-4)x+4-2a>0\)恆成立,則\(x\)的取值范圍是多少?

分析:主輔元換位,把不等式的左端看成關於\(a\)的一次函數,

記為\(f(a)=(x-2)a+x^2-4x+4\),則由\(f(a)>0\)對於任意的\(a\in[-1,1]\)恆成立,

只需\(\begin{cases}f(-1)>0\\f(1)>0\end{cases}\)即可,

\(\begin{cases}x^2-5x+6>0\\x^2-3x+2>0\end{cases}\)

解得\(x<1\)\(x>3\),則\(x\)的取值范圍是\((-\infty,1)\cup(3,+\infty)\).


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