试探在高考复习中运用数学分类讨论思想

来源 :现代教育实践与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flfi2003
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  [摘要]分类讨论思想是解决问题的一种逻辑方法,也是一种数学思想,这种思想在简化研究对象,发展思维方面起着重要作用,因此,有关分类讨论思想的数学命题在高考试题中占有重要地位,本文就此进行了一些探讨。
  [关键词]分类讨论思想;高考;例题;数学;教学
  所谓分类讨论就是分别归类再进行讨论的意思,数学中的分类过程就是对事物共性的抽象过程,解题时要使学生体会为什么要分类,如何分类,如何确定分类的标准,在分类的过程如何认识事物的属性,如何区分不同事物的不同属性,通过多次反复的思考和长时间的积累,使学生逐步感悟分类是一种重要的思想,它体现了化整为零,化零为整与归类整理的思想,它揭示着数学事物之间的内在规律。学会分类,有助于学生总结归纳所学的知识,使所学的知识条理化,提高思维的概括性,从而提高分析问题和解决问题的能力。在高考复习中,我做了这样一些尝试。
  一、正确认识分类讨论思想在高考复习中基本思想
  1、分类讨论的思想方法是中学数学的基本方法之一,是历年高考的重点分类讨论的思想具有明显的逻辑特点;分类讨论问题一般涵盖知识点较多,有利于对学生知识面的考察;解决分类讨论问题,需要学生具有一定的分析能力和分类技巧;分类讨论的思想与生产实践和高等数学都紧密相关。
  2、明确分类讨论的思想的原因,有利于掌握分类讨论的思想方法解决问题,其主要原因有:
  ⑴由数学概念引起的分类讨论:如绝对值定义、等比数列的前n项和公式等等;
  ⑵由数学运算要求引起的分类讨论:如偶次方根非负、对数中的底数和真数的要求、不等式两边同乘以实数对不等号方向的影响等等;
  ⑶由函数的性质、定理、公式的限制引起的分类讨论;
  ⑷由几何图形中点、线、面的相对位置不确定引起的分类讨论;
  ⑸由参数的变化引起的分类讨论:某些含参数的问题,由于参数的取值不同会导致所得结果不同,或由于不同的参数值要运用不同的求解或证明方法;
  ⑹其他根据实际问题具体分析进行分类讨论,如排列、组合问题,实际应用题等。
  3、运用分类讨论的思想解题的基本步骤:
  ⑴确定讨论对象和确定研究的区域;
  ⑵对所讨论的问题进行合理的分类(分类时需要做到不重复、不遗漏、标准统一、分层不越级);
  ⑶逐类讨论:即对各类问题详细讨论,逐步解决;⑷归纳总结,整合得出结论。
  二、典例剖析
  在考高复习中,我利用以下几个例题来阐述如何利用分类讨论思想的。
  【例1】将一骰子连续抛掷三次,它落地时向上的点数依次成等差数列的概率为( )
  A. 159 B. 1512 C. 1515 D. 1518
  解析:连续掷三次骰子出现点数的方法总数为63种,其中公差为0的等差数列有6个,公差为1或-1的等差数列有2×4=8个,公差为2或-2的等差数列有2×2=4个,所以满足条件中的概率为 6+8+4563=1512。
  答案:B
  点评:本题主要考查概率基础知识,排列组合知识和等差数列的性质,由于取出的三个数成等差数列,则三个数由于顺序且公差不确定,所以需要分类进行计数.
  【例2】设函数f(x)=ln(x+a)+x2.
  (1)若当x=-1时,f(x)取得极值,求a的值,并讨论f(x)的单调性;
  (2)若f(x)存在极值,求a的取值范围,并证明所有极值之和大于Ine52.分析:函数的极值、单调性是函数的重要性质.极值问题的解决,需要利用导数知识判断在该点两侧函数的单调性;而函数单调性的讨论则需要考察相应导数的符号问题.解:(1)f′(x)=15x+a+2x,依题意有f′(-1)=0,故a=352。
  从而f′(x)=2X2+3X+15x+352=(2x+1)(x+1)5x+352。
  f(x)的定义域为(-352,+∞)。
  当-3520;
  当-1  当x>-152时,f′(x>0)。
  从而,f(x)分别在区间(-352,-1),(-152,+∞)单调递增,在区间(-1,-152)单调递减。
  (2)f(x)的定义域为(-a,+∞),f′(x)=2x2+2ax+15x+a。
  方程2x2+2ax+1=0的判别式△=4a2-8。
  (i)若△<0,即-20,故f(x)无极值。
  (ⅱ)若△=0,则a=2或a=-2。
  若a=2,x∈(-2,+∞),f′(x)=(2x+1)25x+2x。
  当x=-252时,f′(x)=0,
  当x∈(-2, -252)U(-252,+∞)时,f′(x)>0,所以f(x)无极值。
  若a=-2,x∈(2,+∞),f′(x)=(2x-1)25x-2>0,
  f(x)也无极值。
  (ⅲ)若△>2,即a>2或a<-2,则2x2+2ax+1=0有两个不同的实根x1=-a-a2-252,x2=-a+a2-252。
  当a<-2时,x1<-a,x2<-a,从而f′(x)在f(x)的定义域内没有零点,故f(x)无极值。
  当a>2时,x1>-a,x2>-a,f′(x)在f(x)的定义域内有两个不同的零点,由极值判别方法知f(x)在x=x1,x=x2取得极值。
  综上,f(x)存在极值时,a的取值范围为(2,+∞)。f(x)的极值之和为:f(x1) +f(x2)=In(x1+a)+x12+In(x2+a)+x22=In152+a2-1>1-In2=Ine52。   点评:本题主要考查函数的导数、极值、单调区间的求法,考查利用导数和函数知识解综合问题的能力.求函数的单调区间,因函数的单调性可能是单调递增也可能是单调递减所以要讨论,其实质就是讨论导数的符号.一般地可导函数的极值存在要求有两个条件:一是方程f′(x)=0在f(x)的定义域内有解;二是在方程f′(x)=0的根的两边导数f′(x)的符号要相反.因此在利用导数求可导函数的极值时就要分两层讨论。
  【例3】设函数y=f(x)的图象是曲线C1,曲线C2与C1关于直线y=x对称。将曲线C2向右平移1个单位得到曲线C3,已知曲线C3是函数y=log2x的图象。
  (1)求函数f(x)的解析式;(2)设an=nf(x)(n∈N)求数列{an}的前n项和Sn,并求最小的正实数t,使Sn  解:(1)由题意知,曲线C3向左平移1个单位得到曲线C2,∴曲线C2是函数y=log2(x+1)的图象。
  曲线C2与曲线C1关于直线 对称,∴曲线C2是函数y=log2(x+1)的反函数的图象。
  y=log2(x+1)的反函数为y=2x-1.∴f(x)=2x-1。
  (2)由题设:an=n×2x-n, n∈N
  Sn=(1×21-1)+(2×22-2)+(3×22-3)+……+(n×2n-n)
  =(1×21+2×22+3×22+……+n×2n)-(1+2+3+……+n)
  =(1×21+2×22+3×22+……+n×2n)-n(n+1)52①
  Sn=(1×21+2×22+3×23+……+n×2n)-n(n+1)52②
  2Sn=(1×22+2×23+3×24+……+n×2n+1)-〗n(n+1)
  由②—①得, sn=-(21+22+23+……+2n)+n×2n+1-152n(n+1)
  =-2-2n+151-2+n×2n+1-n(n+1)52=(n-1)×2n+1-n2+n-452.
  当t=2,Sn-2an=[(n-1)2n+1-n2+n-452]-2(n×2n-n)
  =-[2n+1+(n+1)(n-4)52]
  S1-2a1=-1<0,S2-2a2=-5<0,S3-2a3=-14<0。
  当n≥4时Sn-2an=-[2n+1+(n+1)(n-4)52]<0.
  ∴当t=2时,对一切n∈N,Sn<2an恒成立. 当0  =[(2-t)n-2]×2n-n2+n52+tn+2>[(2-t)n-2]×2n-n2+n52
  记M=352-t,则当n大于比M大的正整数时,
  Sn-tan>2n-n(n+1)52=[1+n+n(n-1)52+…]-n2+n52>0.
  也就证明当t∈(0,2)时,存在正整数n,使得Sn>ta。
  也就是说当t∈(0,2)时,Sn≤tan不可能对一切n∈N都成立。
  ∴t的最小值为2。
  从以上的例题中可以看出,分类讨论思想,本质上是“化整为零,积零为整”,从而增加了题设条件的解题策略。
  分类讨论思想的关键是分清引起分类的原因,明确分类讨论的事物和标准,按可能出现的所有情况做出准确分类,再分门别类加以求解,最后将各类结论综合归纳,得出正确答案。数学中的分类思想是一种比较重要的数学思想,通过加强数学分类思想的训练,有利于提高学生对学习数学兴趣,培养学生思维的条理性,缜密性,科学性,这种优良的思维品质对学生的未来必将产生深刻和久远的影响。
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