套路

换主元把参数当自变量

一个式子里既有变量 xx 又有参数 bb,而它对 bb 的依赖比对 xx 的简单(一次、分段一次、二次)时,就把 xx 冻住、**改把 bb 当自变量**:对 bb 求最值往往一步到底,原来要按参数分的那几类当场消失。

病灶

含参不等式要证「对一切 xx 成立」,习惯动作是固定参数、对 xx 讨论。可参数常常出现在 ∣2a−b∣|2a-b|、b(1−2x)b(1-2x) 这类地方,于是讨论要按参数落在哪一段分好几支,每支都得把同样的活干一遍。

换个角度:不等式的两边关于参数往往是一次的,而一次函数的最值在端点或折点上,一眼就能读。

换法

要证 F(x,b)⩾0F(x,b)\geqslant0 对一切 x∈Ix\in I、一切允许的 bb 成立,改成:

对每个固定的 x∈I,min⁡bF(x,b)⩾0.\text{对每个固定的 }x\in I,\quad \min_{b}F(x,b)\geqslant0 .

先对 bb 取最小,再回头看 xx。 这一步是等价的(两重 ∀\forall 可以交换顺序),不损失任何信息。

对 bb 求最小的常见形状:

  • FF 关于 bb 是一次的:最小值在 bb 的取值端点上;
  • FF 关于 bb 是”一次 ++ 一个绝对值”(即分段一次):两段的斜率一负一正时, 谷底恰在绝对值的零点,代进去即可;
  • FF 关于 bb 是二次的:配方读顶点。

一个样本

证 f(x)+∣2a−b∣+a⩾0f(x)+|2a-b|+a\geqslant0(f(x)=4ax3−2bx−a+bf(x)=4ax^{3}-2bx-a+b,a>0a>0,0⩽x⩽10\leqslant x\leqslant1)。

固定 xx,把左边整理成 bb 的函数:

F(b)=4ax3+b(1−2x)+∣2a−b∣.F(b)=4ax^{3}+b(1-2x)+|2a-b| .

b<2ab<2a 时斜率是 (1−2x)−1=−2x⩽0(1-2x)-1=-2x\leqslant0,b>2ab>2a 时斜率是 (1−2x)+1=2−2x⩾0(1-2x)+1=2-2x\geqslant0—— 先降后升,谷底就在 b=2ab=2a。于是

F(b)⩾F(2a)=4ax3+2a(1−2x)=2a(2x3−2x+1),F(b)\geqslant F(2a)=4ax^{3}+2a(1-2x)=2a\left(2x^{3}-2x+1\right),

再证 2x3−2x+1>02x^{3}-2x+1>0 即可。原来要按 b⩽2ab\leqslant2a 与 b>2ab>2a 分两支各放缩一次,现在合成一步。

常见失手

  • 换完忘了参数自己的范围。参数若受限(如 b>0b>0),谷底落在范围外时最小值要取到范围端点上。
  • 两个字母都在变时误用。这条要求”对每个固定的 xx“都成立,若题目只要求”存在 xx”, 交换顺序就不等价了。
  • 以为一定要换。若式子对 xx 反而更简单(比如关于 xx 是二次、关于参数是三次),就别换。

共 3 道题考到本条。