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例題精講 · 第 00316 題 · 自編兩題·「|x−a|+|x−b| 的最小值」不是 0

絕對值題的失分多半不是不會去符號,而是分段點找錯、或把「兩個絕對值之和的最小值」憑感覺寫成 0。幾何上 |x−a|+|x−b| 是數軸上點 x 到 a、b 兩段距離之和,最小值就是 |a−b|,在 a、b 之間取到。本文用兩道自編題練「先找零點分段、再逐段解、最後用幾何回驗」的三步法;含含參恆成立與齊次式無關的最值。參數、區間與結論均為自編示意數值,解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

00316題號全 1000 篇 · 第 第53輪 / 第53冊 輪
方向數學·導數與解三角形六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 數學導數與解三角形

一、考點定位與做題順序

兩個工具先擺好:幾何——|x−a| 是數軸上 x 到 a 的距離,故 |x−a|+|x−b| ≥ |a−b|(三角不等式),等號當且僅當 x 落在 a、b 之間;代數——以 x=a、x=b 為零點把數軸切成三段,逐段去絕對值符號再解,最後把各段解集並起來並與本段範圍取交。

兩個提醒:分段解必須回代本段範圍(解出的 x 若不在該段要舍);含參恆成立先把它化成「函數最小值 ≥ 常數」,再反解參數。下面 a、b、參數與區間均為自編示意數值。

二、逐題精講

題1

題1 分段解不等式與幾何回驗

設 f(x) = |x − 1| + |x − 3|(自編示意表達式)。

(1) 求 f(x) 的最小值及取到最小值的 x 範圍;(2) 解不等式 f(x) ≤ 4;(3) 用幾何意義說明為什麼 f(x) 沒有最大值。

解析

(1) 由三角不等式 |x−1|+|x−3| ≥ |3−1| = 2,等號當 x ∈ [1, 3]。逐段驗算:
x ≤ 1:f = (1−x)+(3−x) = 4−2x,隨 x 增大而減,在 x=1 取 2;
1 < x < 3:f = (x−1)+(3−x) = 2(常數);
x ≥ 3:f = (x−1)+(x−3) = 2x−4,在 x=3 取 2。
故 最小值 2,x ∈ [1,3]。注意不能寫 0:兩段距離之和是「到 1 與到 3 的距離相加」,x 落在兩點之間時恰等於兩點間距 2,不可能更小。

(2) 以 1、3 分三段,逐段解並與本段範圍取交:
x ≤ 1:4−2x ≤ 4 → −2x ≤ 0 → x ≥ 0,與本段交得 [0, 1];
1 < x < 3:f = 2 ≤ 4 恆成立,整段 (1, 3) 保留;
x ≥ 3:2x−4 ≤ 4 → 2x ≤ 8 → x ≤ 4,與本段交得 [3, 4]。
並集 [0,1] ∪ (1,3) ∪ [3,4] = [0, 4]。
幾何回驗:f(x) ≤ 4 即「到 1、3 兩段距離之和不超過 4」;最小值 2 在中間,兩側各線性增長,端點由 4−2x=4 得 x=0、由 2x−4=4 得 x=4,區間對稱於 x=2,與 [0,4] 一致 ✓。

(3) 當 x → +∞ 時 f(x) = 2x−4 → +∞;當 x → −∞ 時 f(x) = 4−2x → +∞。幾何上就是「點 x 越往數軸兩端走,到 1 與到 3 的距離之和越大,沒有上界」,故 f(x) 無最大值(只有最小值 2)。這一點與「閉區間上的連續函數必有最大最小」不矛盾——本題定義域是全體實數,不是閉區間。

答案 (1) 最小值 2,x∈[1,3];(2) 解集 [0,4];(3) x→±∞ 時 f→+∞,定義域為 R 無上界,故無最大值。

採分點 三角不等式得 |3−1|=2 1 分;等號條件 x∈[1,3] 1 分;三段表達式各 1 分;三段解集 [0,1]/(1,3)/[3,4] 各 1 分;並集 [0,4] 1 分;幾何回驗 1 分;(3) 說明無上界 1 分。

易錯點 把最小值寫成 0;分段解出 x≥0 後不與 x≤1 取交,直接寫 [0,+∞);中段漏掉「恆成立」;把三段解集相減或求交而非求並;認為 f 在 R 上必有最大值(混淆閉區間結論)。

題2

題2 含參恆成立與多項絕對值

(1) 若 |x − 1| + |x − m| ≥ 3 對一切實數 x 恆成立(自編示意參數),求 m 的取值範圍;(2) 求 g(x) = |2x − 1| + |x + 2| 的最小值及取到時的 x,並逐段驗算;(3) 說明第(1)問為什麼可以「不分段」直接做,而第(2)問必須分段。

解析

(1) 左邊的最小值由三角不等式直接給出:min(|x−1|+|x−m|) = |m − 1|(等號在 x 落在 1 與 m 之間時取到)。
要「對一切 x 恆 ≥ 3」,只需最小值 ≥ 3:|m − 1| ≥ 3 → m − 1 ≥ 3 或 m − 1 ≤ −3 → m ≥ 4 或 m ≤ −2。
回驗端點:m=4 時最小值 |4−1|=3,恰取等,成立;m=−2 時 |−2−1|=3,也恰取等;m=2 時最小值 1 < 3,不成立 ✓。

(2) 零點為 x = 1/2(來自 2x−1=0)與 x = −2(來自 x+2=0),分三段:
x < −2:g = (1−2x) + (−x−2) = −3x − 1,隨 x 增大而減,在 x→−2⁻ 時趨於 5;
−2 ≤ x < 1/2:g = (1−2x) + (x+2) = 3 − x,隨 x 增大而減,在 x = 1/2 處取 2.5;
x ≥ 1/2:g = (2x−1) + (x+2) = 3x + 1,隨 x 增大而增,在 x = 1/2 處取 2.5。
三段在 x=1/2 處銜接一致(3−0.5 = 2.5,3×0.5+1 = 2.5),故 最小值 2.5 = 5/2,取到於 x = 1/2。
注意:因 |2x−1| 的係數是 2,g 不是「兩段等權距離和」,不能直接套 |a−b|;兩個零點處的值分別是 g(−2)=5、g(1/2)=2.5,最小落在係數較大的那個零點上,這一點要由分段驗算得出,不能憑感覺。

(3) 第(1)問是「對一切 x 恆成立」,只關心左邊的全局最小值,而三角不等式恰好一步給出 min = |m−1|,無需知道 x 具體在哪一段取到,故可不分段。
第(2)問是「求最小值及取到時的 x」,既要值又要位置,且因 |2x−1| 帶係數 2,三角不等式不能直接給出 min;必須逐段寫出 g 的表達式、比較各段單調性與端點值,才能確定最小落在 x=1/2。
方法分界:只問「恆成立 / 參數範圍」→ 先試最小值公式;既問「最值」又問「何時取到」或各項係數不等 → 老實零點分段。

答案 (1) m≤−2 或 m≥4(由 min=|m−1|≥3);(2) 最小值 5/2,取於 x=1/2,三段分別為 −3x−1 / 3−x / 3x+1;(3) 恆成立只需全局最小值可一步得,求最值且帶係數 2 時須分段定位置。

採分點 (1) 寫出 min=|m−1| 1 分;解 |m−1|≥3 1 分;m≤−2 或 m≥4 1 分;端點回驗 1 分;(2) 兩零點 1 分;三段表達式各 1 分;最小值 5/2 與 x=1/2 1 分;銜接一致回驗 1 分;(3) 兩問方法分界 1 分。

易錯點 (1) 把恆成立寫成 |m−1|≤3;漏掉 m≤−2 一支;(2) 只找一個零點(漏 x=−2);把 |2x−1| 當成 |x−1/2| 直接套 |a−b|;把最小值寫成 3(誤用 x=−2 處);三段解完不檢查銜接;(3) 說「兩題都要分段」或「兩題都不用分段」。

三、規律小結與對照表

工具/結論適用自編示意結果易錯
三角不等式|x−a|+|x−b|≥|a−b|min f=2,x∈[1,3]寫成 min=0
零點分段三段去符號4−2x / 2 / 2x−4解不回代本段
解集各段解集求並[0,1]∪(1,3)∪[3,4]=[0,4]寫成求交
無最大值定義域 R 無上界x→±∞, f→+∞套閉區間結論
恆成立min ≥ 常數|m−1|≥3→m≤−2 或 ≥4方向寫反
係數不等|2x−1|+|x+2|零點 −2 與 1/2只找一個零點
分段結果−3x−1 / 3−x / 3x+1min=5/2 於 x=1/2直接套 |a−b|
方法分界恆成立 vs 求最值一步公式 / 老實分段混用

絕對值題兩把鑰匙:幾何上 |x−a|+|x−b| 的最小值就是 |a−b|(在兩點之間取到,絕不是 0),代數上以兩個零點切三段、逐段解並與本段取交。只問「恆成立/參數範圍」時一步用最小值公式即可;既問最值又問位置、或某項帶係數(如 |2x−1|),就必須分段定位置。本題 2、[0,4]、m≤−2 或 ≥4、5/2 均為自編示意數值;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

四、自測清單

  • □ 先寫出兩個零點,數軸切三段;
  • □ 每段去絕對值後,解集必須與本段範圍取交;
  • □ 三段結果求並(不是求交),再代端點回驗;
  • □ 用「兩段距離和 ≥ 兩點間距」驗最小值,別寫 0;
  • □ 含參恆成立化成「最小值 ≥ 常數」再反解;
  • □ 係數不等時別直接套 |a−b|,老實分段。
編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(數學):導數及其應用、三角函數、數列、計數與概率相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(數學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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