冷启动:难的不是「充分必要」四个字,是那两条带分母的不等式
题面把两个条件摆出来:
P: 0<ab<1,Q: a<b1 或 b>a1,
问 P 是 Q 的什么条件。四个选项恰好是四种关系,所以真正要做的只有两件事:
- P⇒Q 成不成立——成立要给推理;
- Q⇒P 成不成立——不成立只需一个反例。
判断本身没有难度。难度全在第 1 步里那个动作:从 0<ab<1 走到 a<b1,中间要「除以 b」,
而 b 的正负题目根本没说。
这题的全部陷阱就在这里。 把 a<b1 直接交叉相乘成 ab<1,
等于默认 b>0;b<0 时它其实等价于 ab>1,方向是反的。
一步默认下去,Q 的解集就少掉整整一半,答案会从 A 滑到 C。
还有一个容易被略过的字:Q 里那个 「或」。它是并集,不是交集——
两条不等式只要中一条,Q 就成立。所以证 P⇒Q 时不必两条都凑齐,
在哪种情形下更顺手,就去够哪一条。

解法一:分正负两种情形正推,再补一个反例
充分性:0<ab<1⇒Q
先从 ab>0 榨出一条关键信息:a、b 同号,且都不为 0(否则乘积是 0)。
既然同号,就只有两种情形,分开处理:
情形一:a>0 且 b>0。
把 ab<1 两边同除以正数 b,不等号不翻:
ab<1 ⟹ a<b1.
Q 的左半支命中。
情形二:a<0 且 b<0。
把 ab<1 两边同除以负数 a,不等号翻向:
ab<1 ⟹ b>a1.
Q 的右半支命中。
两种情形各够着 Q 的一条,而 Q 是「或」——够着一条就够了。故
P ⟹ Q.
注意这里同号是被 ab>0 逼出来的,不是假设的;也正因为同号,两条式子的分母都不为 0,写得下去。
必要性:一个反例就够
取 a=1、b=3。先把它逐条验一遍:
- 它使 Q 成立:a1=1,而 b=3>1,右半支真,故 Q 真。
- 它使 P 不成立:ab=3,不在 (0,1) 里,故 P 假。
两半都验过了,这才算一个合格的反例。于是 Q 推不出 P。
落子
P⇒Q 而 Q⇒P,所以 P 是 Q 的充分而不必要条件,选 A。
解法二:把 Q 解全——两个解集摆在一起比包含
解法一只从 P 这一侧往外推。这一条反过来:先把 Q 到底是平面上哪一块彻底解出来,
再把 P 那一块放上去比。好处是两个方向一次看完,不必分别处理。
第一步:一条一条移项通分
不要乘,要减。乘要看符号,减不用:
a<b1⟺b1−a>0⟺b1−ab>0.
一个分式为正 ⟺ 分子分母同号,于是
a<b1⟺(b>0 且 ab<1) 或 (b<0 且 ab>1).
同样地
b>a1⟺aab−1>0⟺(a>0 且 ab>1) 或 (a<0 且 ab<1).
两条式子在 b<0 与 a<0 时都是反向的——这正是交叉相乘会丢掉的那一半。
第二步:把两块并起来,按象限列表
Q 是两条的并集。四个开象限逐个填:
| 象限 | a<b1 | b>a1 | 并起来就是 Q |
|---|
| a>0, b>0 | ab<1 | ab>1 | ab=1 |
| a<0, b<0 | ab>1 | ab<1 | ab=1 |
| a<0<b | ab<0<1,恒真 | ab<0<1,恒真 | 恒真 |
| b<0<a | 恒假 | 恒假 | 恒假 |
第三行两条同时成立并不奇怪:a<0<b 时 b1>0>a、a1<0<b,两个不等式各自摆明了成立。
第四行反过来,b<0<a 时两条都要求 ab>1,而那里 ab<0,双双落空。
(a=0 或 b=0 时相应的式子没有意义,另一支仍可能成立;但坐标轴上 ab=0,P 本来就假,
这一带不影响任何一个方向的判断,故不列入表内。)
对照教学图:表里前两行的「ab=1」就是第一、第三象限整块减去那条虚线,
第三行是整片第二象限,第四行是空白的第四象限——图上浅绿的形状与这张表逐格对得上。
第三步:把 P 放上去比
P 是 0<ab<1,其中 ab>0 已经把它锁死在同号的那两块里,而那里 ab<1 自然有 ab=1:
P ⊆ {ab>0 且 ab=1} ⊆ Q.
反过来不成立:整片第二象限都在 Q 里(比如 a=−1、b=1),可那里 ab<0,P 全假。
第一象限中 ab>1 的部分(比如 (1,3))也一样。所以
P⊊Q,
小范围推大范围,P 充分而不必要,选 A。
解法三:反证——假设两条都不成立,逼出 a>0>b
前两条都要分象限。这一条一个象限都不分:直接假设结论不成立,看能不能推出矛盾。
要证的是 P⇒Q。反设:存在实数 a、b,使得
0<ab<1,而 Q 假.
ab>0 已保证 a=0、b=0,两个分式都有意义。Q 是「或」,它假就是两条同时不成立:
a≥b1且b≤a1.
第一条逼出 b<0。 移项通分:
a−b1≥0⟺bab−1≥0.
由 ab<1 知分子 ab−1<0。一个分子为负的分式要 ≥0,分母只能为负,故 b<0。
第二条逼出 a>0。 同样移项通分:
b−a1≤0⟺aab−1≤0.
分子还是那个 ab−1<0。分子为负的分式要 ≤0,分母只能为正,故 a>0。
撞车。 两条合起来给出 a>0>b,于是 ab<0——与题设的 ab>0 正面冲突。
反设不成立,故 P⇒Q。■
必要性那一半反证法帮不上忙(要否掉一个蕴含,反例是最短的路),仍用 a=1、b=3:Q 真而 P 假。
综上,选 A。
三条路怎么选
- 考场上用解法一。 从 ab>0 读出同号、分两种情形各除一次,四行写完,是本题的标准动作。
- 解法二值钱在别处。 它给出的是 Q 的完整解集——一旦题目改成「求使 Q 成立的 a、b 的范围」,
或者把 P 换成别的条件再问一次,这张表可以直接复用,而解法一得从头再推。
- 解法三最短,也最容易写漏一个字。 它的关键是把「Q 假」翻译准:Q 是「或」,
它的否定是「且」——两条同时不成立。这一步写成「或」,整条路当场作废。
三条路的落点完全一致,且都没有用到答案:(1,3) 这个反例是自己造的,不是从选项里读来的。
为什么另外三个选项是错的
- B(必要而不充分):两个方向都判对了,最后填名字时说反了。箭头射出的那一端是充分——
这里箭头从 P 射向 Q,所以充分的是 P。
- C(充分必要):默认了 a、b 都是正数。真在这个默认下,P 就是 ab<1、Q 也是 ab<1,
两者当然等价。可题面只说「a、b 为实数」——第二象限那一整片反例就是这样被丢掉的。
- D(既不充分也不必要):多半是情形二那次除法没翻号,得到 b<a1,
于是以为 a<0、b<0 时 P 也推不出 Q,把充分性一并否掉了。
易错
- 交叉相乘不看分母符号。 这是本题唯一的技术难点。a<b1 乘以 b 之前,先问一句 b 是正是负;
答不上来就别乘,移项通分。一个反号的例子就能戳破:a=1、b=−1 时 1<−1 假,而 ab=−1<1 真。
- 把「或」读成「且」。 证充分性时以为要两条都凑齐,情形一凑出左半支之后卡在右半支上(那里其实是 ab>1,凑不出来),
于是错判 P⇒Q。「或」只要一条。
- 解集没解全就断充要。 少解出 b<0 那一支,Q 的解集缩水,跟 P 一比像是重合,答案就成了 C。
判必要性必须把 Q 整个解出来,或者干脆举一个反例——后者更快。
- 反例只验了一半。 (1,3) 要同时做到「Q 真」与「P 假」。只算了 ab=3∈/(0,1)、
没回头验 b>a1,那它就什么也推不翻。