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分类讨论的方法是解决数学问题常用的方法,因分类讨论牵涉的面多,解题过程中也容易出错,因此也要注意指导学生辩证地分析数学问题,不要盲目、机械地进行分类讨论.事实上,有不少含有分类因素的数学题,如果能够在着手讨论前对问题作一番深入研究,挖掘其一些隐含条件,灵活采用相应的解题策略,则往往可以简化或避免分类讨论的步骤,从而实现解题过程的优化,提高解题的正确率.
1.着眼全局整体,减少讨论次数
例1 设a≥0,在复数集C中解方程Z2 2 Z =a.
分析 此题一般是通过设Z=x yi(x,y∈R)来解,原方程化为x2-y2 2 x2 y2 2xyi=a,即 2xy=0x2-y2 2 x2 y2 =a ,对x=0或y=0进行分类,然对x,y的符号进行讨论,再后还要对a的取值范围进行分类,这样多的分类,在解题过程中有可能就会出现错误.利用整体思想,对方程作整体变形,则可减少讨论的次数和层次,迅速并正确获得方程的解.
解 原方程变形为Z2=a-2 Z ∈R,(把a-2 Z 看成一个整体)∴Z为实数或纯虚数.
(1)若Z为实数,则Z2= Z 2,此时原方程可化为 Z 2 2 Z -a=0 a≥0 ,
解得Z=± -1 1 a .
(2)若Z为纯虚数,设Z=±ri(r∈ R ),此时原方程可化为r2-2r a=0(a≥O),原方程当0≤a≤1时Z=± 1 1-a i或Z=± 1- 1-a i;a>1时无纯虚数解.
2.等价变形转换,避开分类讨论
例2 设对所有的实数x,不等式x2log2 4 a 1 a 2xlog2 2a a 1 log2 a 1 2 4a2 >0恒成立,求实数a的取值范围.
分析 本题的常规解法要分两类来解,一是二次项系数为0时,二是二次项系数大于0时.而第一种情况往往遗漏,第二种情况即 log2 4 a 1 a >0Δ<0 ,但运算复杂,出错机率大,我们可以通过等价变形,避免分类讨论,使问题简单化.
解 不等式x2log2 4 a 1 a 2xlog2 2a a 1 log2 a 1 2 4a2 >0可等价变形为 x2-2x 2 log2 a 1 2a >-3x2,而x2-2x 2= x-1 2 1>0,-3x2≤0是绝对不等式,要使原不等式恒成立,只要log2 a 1 2a >0成立,很快能解得0 3.变更主要变元,解脱繁琐讨论
例3 设函数f(x)=x x-a b,设常数b<-1,且对任意x∈[0,1],f(x)<0恒成立,求实数a的取值范围.
分析 这题的一般解法是:由f(x)<0,即x x-a <-b,∵-b>0,x=0时恒成立,因此只要研究x∈(0,1]时, x-a <- b x 恒成立,即 b x 解 ∵-b>0,x=0时x x-a <-b恒成立,x∈(0,1]时要使 x-a <- b x 恒成立,只要x b x x b x max (1)a< x- b x min (2) ,由(1)∵b<0,g(x)=x b x 在x∈(0,1]时为增函数,∴a>g(1)=1 b;∵b<-1,h(x)=x- b x 在(0,1]上为减函数,a 4.构造辅助图形,消除讨论因素
例4 设椭圆中心在坐标原点,长轴在x轴上,离心率e= 3 2 ,已知点P(0, 3 2 )到这个椭圆上的点的最远距离是 7 ,求这个椭圆方程.
分析 用常规方法是利用椭圆的参数方程.因为离心率e= 3 2 ,椭圆方程可为 x2 4b2 y2 b2 =1,(b>0)椭圆上一点可设M(2bcosα,bsinα),
MP = 2bcosα 2 bsinα- 3 2 2 = -3b2sin2α-3bsinα 4b2 9 4 ,根号内化为以sinα为变元的二次三项式,sinα∈ -1,1 ,对参数b分类讨论,运算显然复杂.能否构造辅助图形,借助图形的直观性,能很容易求出满足条件的b.
解 如图,以P(0, 3 2 )为圆心, 7 为半径作圆,正好与椭圆相切,切点到P(0, 3 2 )的距离就是椭圆上的点到P的最远距离.该圆方程为x2 y- 3 2 2=7,椭圆方程为 x2 4b2 y2 b2 =1,联立方程组消去x得3y2 3y-4b2 19 4 =0,两曲线有切点,即Δ=0,解之b2=1.椭圆方程为 x2 4 y2=1.
分类讨论是重要的数学思想方法,我们应该掌握.但也有它的复杂性,在解题过程中我们要注意灵活性,一方面可以提高解题速度,另一方面可以扩展我们的思维.
1.着眼全局整体,减少讨论次数
例1 设a≥0,在复数集C中解方程Z2 2 Z =a.
分析 此题一般是通过设Z=x yi(x,y∈R)来解,原方程化为x2-y2 2 x2 y2 2xyi=a,即 2xy=0x2-y2 2 x2 y2 =a ,对x=0或y=0进行分类,然对x,y的符号进行讨论,再后还要对a的取值范围进行分类,这样多的分类,在解题过程中有可能就会出现错误.利用整体思想,对方程作整体变形,则可减少讨论的次数和层次,迅速并正确获得方程的解.
解 原方程变形为Z2=a-2 Z ∈R,(把a-2 Z 看成一个整体)∴Z为实数或纯虚数.
(1)若Z为实数,则Z2= Z 2,此时原方程可化为 Z 2 2 Z -a=0 a≥0 ,
解得Z=± -1 1 a .
(2)若Z为纯虚数,设Z=±ri(r∈ R ),此时原方程可化为r2-2r a=0(a≥O),原方程当0≤a≤1时Z=± 1 1-a i或Z=± 1- 1-a i;a>1时无纯虚数解.
2.等价变形转换,避开分类讨论
例2 设对所有的实数x,不等式x2log2 4 a 1 a 2xlog2 2a a 1 log2 a 1 2 4a2 >0恒成立,求实数a的取值范围.
分析 本题的常规解法要分两类来解,一是二次项系数为0时,二是二次项系数大于0时.而第一种情况往往遗漏,第二种情况即 log2 4 a 1 a >0Δ<0 ,但运算复杂,出错机率大,我们可以通过等价变形,避免分类讨论,使问题简单化.
解 不等式x2log2 4 a 1 a 2xlog2 2a a 1 log2 a 1 2 4a2 >0可等价变形为 x2-2x 2 log2 a 1 2a >-3x2,而x2-2x 2= x-1 2 1>0,-3x2≤0是绝对不等式,要使原不等式恒成立,只要log2 a 1 2a >0成立,很快能解得0 3.变更主要变元,解脱繁琐讨论
例3 设函数f(x)=x x-a b,设常数b<-1,且对任意x∈[0,1],f(x)<0恒成立,求实数a的取值范围.
分析 这题的一般解法是:由f(x)<0,即x x-a <-b,∵-b>0,x=0时恒成立,因此只要研究x∈(0,1]时, x-a <- b x 恒成立,即 b x
例4 设椭圆中心在坐标原点,长轴在x轴上,离心率e= 3 2 ,已知点P(0, 3 2 )到这个椭圆上的点的最远距离是 7 ,求这个椭圆方程.
分析 用常规方法是利用椭圆的参数方程.因为离心率e= 3 2 ,椭圆方程可为 x2 4b2 y2 b2 =1,(b>0)椭圆上一点可设M(2bcosα,bsinα),
MP = 2bcosα 2 bsinα- 3 2 2 = -3b2sin2α-3bsinα 4b2 9 4 ,根号内化为以sinα为变元的二次三项式,sinα∈ -1,1 ,对参数b分类讨论,运算显然复杂.能否构造辅助图形,借助图形的直观性,能很容易求出满足条件的b.
解 如图,以P(0, 3 2 )为圆心, 7 为半径作圆,正好与椭圆相切,切点到P(0, 3 2 )的距离就是椭圆上的点到P的最远距离.该圆方程为x2 y- 3 2 2=7,椭圆方程为 x2 4b2 y2 b2 =1,联立方程组消去x得3y2 3y-4b2 19 4 =0,两曲线有切点,即Δ=0,解之b2=1.椭圆方程为 x2 4 y2=1.
分类讨论是重要的数学思想方法,我们应该掌握.但也有它的复杂性,在解题过程中我们要注意灵活性,一方面可以提高解题速度,另一方面可以扩展我们的思维.