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回顾近几年高考教学中的研究性问题,题目本身没有给出明确的结论,只是提出几种可能,需经过观察、分析才能得出解题方法。但并没有像应用题一样,稳中有创新。每年都不外乎归纳型和存在型两类,或者分为条件追溯型、结论探究型、方法探究型。因此,笔者在高三带领学生复习时,针对这些题型进行训练。本文为笔者对这类题型的复习心得,以求同行指教。
一、条件追溯型
这类问题的基本特征是:针对一个结论,条件未知需探究,或条件正误需判断。解决这类问题的基本策略是:执果索因,先寻找结论成立的必要条件,再通过检验找到结论成立的充分条件。在“执果索因”的过程中,值得注意的是:学生常常会不考虑推理过程的可逆与否,误将必要条件当作充分条件。
例1、(2002年全国文)对于顶点在原点的抛物线,给出下列条件:
(1)焦点在Y轴上;(2)焦点在X轴上;(3)抛物线上横坐标为1的点到焦点的距离为6;(4)抛物线的通径长为5;(5)由原点向抛物线的过焦点某条直线作垂线,垂足坐标为(2,1),能使这抛物线为y =10x的条件是?摇?摇?摇?摇。(要求填写合适条件的序号)
分析:本题要求学生能从结论出发探求结论成立的必要条件,而后加以对照,可知应填(2)、(5)。
注:对条件或结论不明确的探究性问题,对培养学生的潜能和创新意识,特别是培养学生的探究能力是十分重要的。
二、结论探究型
这类问题的基本特征是:要判断在某些确定条件下的某一数学对象(数值、图形、函数等)是否存在或某一结论是否成立。解决这类问题的基本策略是:通常假定题中的数学对象存在(或结论成立)或暂且认可其中的一部分的结论,然后在这个前提下进行逻辑推理,若由此导出矛盾,则否定假设;否则,给出肯定结论。其中反证法在解题中起着重要的作用。
例2、已知函数y=f(x)=ax +bx+c的图像过点(-1,0),是否存在常数a、b、c,使得不等式x≤f(x)≤ (1+x )对一切实数x都成立。
分析:假设存在符合条件的a、b、c,函数y=f(x)的图像过点(-1,0),所以
a-b+c=0①
又因为不等式x≤f(x)≤ (1+x )对一切实数x都成立,取x=1,得
a+b+c=1②
由①、②得:b= ,a+c= ,
∴f(x)=ax + x+( -a)。
因为不等式x≤f(x)≤ (1+x )
即ax + x+( -a)≥xax + x+( -a)≤ (1+x )对一切实数x都成立,
根据判别式求得a= ,从而c= 。
故存在常数a=c= ,b= 使得不等式x≤f(x)≤ (1+x )对一切实数x都成立。
例3、已知双曲线C: - =1的左、右焦点分别为F 、F ,左准线为l,问能否在双曲线的左半支上求得一点P,使|PF |是P到l的距离d与|PF |的比例中项。
分析:在已知双曲线中,a=5,b=13,求得c=13,e= 。
假设在左半支上存在P点符合题意,则|PF | =d|PF |,即 = = = ,
所以,|PF |= |PF |。
又由双曲线定义知|PF |-|PF |=10,
所以,|PF |= ,|PF |= 。
但在△PF F 中,|PF |+|PF |>2c①
当P在线段F F 上时,
|PF |+|PF |=2c②
综合①、②得 + ≥26,即 ≥26,此式错误,
所以假设不成立,故符合题中条件的点P不存在。
例4、在直角坐标系xOy中,给定抛物线C:y=ax ,问是否存在定点M且不垂直于x轴的任意直线与曲线C恒有两个交点A、B,且OA⊥OB?若存在,求出定点M的坐标,若不存在,说明理由。
分析:设存在满足题意的点M,其坐标为(p,q),过点M与x轴不垂直的直线方程为:y=kx-kp+q,将其代入C的方程,得:ax -kx+kp-q=0,
设其两根为x 和x ,则点M符合题意的充要条件是:对任意实数k恒有
x x +(kx -kp+q)(kx -kp+q)=0?摇?摇?摇(1)△=k -4a(kp-q)>0(x x ≠0)?摇?摇?摇?摇?摇(2)
由(1)?圳pak+1-qa=0,要使它对所有k恒成立,必须p=0,q= 。
经验证,此时(2)也成立,故存在符合题意的点M(0, )。
三、方法探究型
这类问题的基本特征是:给出一定的条件,要求设计一种方案。解决这类问题的基本策略是:运用观察、类比、猜想、模拟等方法探求解题思路,探索成功后再给出证明。
例5、用一块钢锭浇铸一个厚度均匀,且全面积为2m 的正四棱锥形有盖容器,设容器的高为h,盖子边长为a,容器容积为Vm ,问如何设计容器,使得容器的容积最大?
分析:设h′为正四棱锥的斜高,
由已知得a +4• h′a=2h + a =h′ ,
由此解得 a= (h>0),
∴V= ha = (h>0)
得V= ,
∵h+ ≥2 =2
∴V≤ ,当且仅当h= ,即h=1时等式成立,
故当h=1m时,V有最大值,V的最大值为 m 。
注:求某些几何体的体积或某物体的容积的极值,往往用基本的不等式求解。求解的关键是创造几个正数的“和”或“积”是定值这个重要条件,去求出“积”的最大值或“和”的最小值。
解决研究性问题,除采用以上几种常见探究方法外,还可以借助其它一些手段,如利用图形特征,构造模型,利用命题的等价变换等。总之,解决研究性问题,没有现成的套路和常规程序,需要较多数学思想方法的综合应用,在复习时,应以课本为基础,抓住课堂这一主阵地,逐步培养学生分析问题的能力,形成科学的探究问题的方法。
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
一、条件追溯型
这类问题的基本特征是:针对一个结论,条件未知需探究,或条件正误需判断。解决这类问题的基本策略是:执果索因,先寻找结论成立的必要条件,再通过检验找到结论成立的充分条件。在“执果索因”的过程中,值得注意的是:学生常常会不考虑推理过程的可逆与否,误将必要条件当作充分条件。
例1、(2002年全国文)对于顶点在原点的抛物线,给出下列条件:
(1)焦点在Y轴上;(2)焦点在X轴上;(3)抛物线上横坐标为1的点到焦点的距离为6;(4)抛物线的通径长为5;(5)由原点向抛物线的过焦点某条直线作垂线,垂足坐标为(2,1),能使这抛物线为y =10x的条件是?摇?摇?摇?摇。(要求填写合适条件的序号)
分析:本题要求学生能从结论出发探求结论成立的必要条件,而后加以对照,可知应填(2)、(5)。
注:对条件或结论不明确的探究性问题,对培养学生的潜能和创新意识,特别是培养学生的探究能力是十分重要的。
二、结论探究型
这类问题的基本特征是:要判断在某些确定条件下的某一数学对象(数值、图形、函数等)是否存在或某一结论是否成立。解决这类问题的基本策略是:通常假定题中的数学对象存在(或结论成立)或暂且认可其中的一部分的结论,然后在这个前提下进行逻辑推理,若由此导出矛盾,则否定假设;否则,给出肯定结论。其中反证法在解题中起着重要的作用。
例2、已知函数y=f(x)=ax +bx+c的图像过点(-1,0),是否存在常数a、b、c,使得不等式x≤f(x)≤ (1+x )对一切实数x都成立。
分析:假设存在符合条件的a、b、c,函数y=f(x)的图像过点(-1,0),所以
a-b+c=0①
又因为不等式x≤f(x)≤ (1+x )对一切实数x都成立,取x=1,得
a+b+c=1②
由①、②得:b= ,a+c= ,
∴f(x)=ax + x+( -a)。
因为不等式x≤f(x)≤ (1+x )
即ax + x+( -a)≥xax + x+( -a)≤ (1+x )对一切实数x都成立,
根据判别式求得a= ,从而c= 。
故存在常数a=c= ,b= 使得不等式x≤f(x)≤ (1+x )对一切实数x都成立。
例3、已知双曲线C: - =1的左、右焦点分别为F 、F ,左准线为l,问能否在双曲线的左半支上求得一点P,使|PF |是P到l的距离d与|PF |的比例中项。
分析:在已知双曲线中,a=5,b=13,求得c=13,e= 。
假设在左半支上存在P点符合题意,则|PF | =d|PF |,即 = = = ,
所以,|PF |= |PF |。
又由双曲线定义知|PF |-|PF |=10,
所以,|PF |= ,|PF |= 。
但在△PF F 中,|PF |+|PF |>2c①
当P在线段F F 上时,
|PF |+|PF |=2c②
综合①、②得 + ≥26,即 ≥26,此式错误,
所以假设不成立,故符合题中条件的点P不存在。
例4、在直角坐标系xOy中,给定抛物线C:y=ax ,问是否存在定点M且不垂直于x轴的任意直线与曲线C恒有两个交点A、B,且OA⊥OB?若存在,求出定点M的坐标,若不存在,说明理由。
分析:设存在满足题意的点M,其坐标为(p,q),过点M与x轴不垂直的直线方程为:y=kx-kp+q,将其代入C的方程,得:ax -kx+kp-q=0,
设其两根为x 和x ,则点M符合题意的充要条件是:对任意实数k恒有
x x +(kx -kp+q)(kx -kp+q)=0?摇?摇?摇(1)△=k -4a(kp-q)>0(x x ≠0)?摇?摇?摇?摇?摇(2)
由(1)?圳pak+1-qa=0,要使它对所有k恒成立,必须p=0,q= 。
经验证,此时(2)也成立,故存在符合题意的点M(0, )。
三、方法探究型
这类问题的基本特征是:给出一定的条件,要求设计一种方案。解决这类问题的基本策略是:运用观察、类比、猜想、模拟等方法探求解题思路,探索成功后再给出证明。
例5、用一块钢锭浇铸一个厚度均匀,且全面积为2m 的正四棱锥形有盖容器,设容器的高为h,盖子边长为a,容器容积为Vm ,问如何设计容器,使得容器的容积最大?
分析:设h′为正四棱锥的斜高,
由已知得a +4• h′a=2h + a =h′ ,
由此解得 a= (h>0),
∴V= ha = (h>0)
得V= ,
∵h+ ≥2 =2
∴V≤ ,当且仅当h= ,即h=1时等式成立,
故当h=1m时,V有最大值,V的最大值为 m 。
注:求某些几何体的体积或某物体的容积的极值,往往用基本的不等式求解。求解的关键是创造几个正数的“和”或“积”是定值这个重要条件,去求出“积”的最大值或“和”的最小值。
解决研究性问题,除采用以上几种常见探究方法外,还可以借助其它一些手段,如利用图形特征,构造模型,利用命题的等价变换等。总之,解决研究性问题,没有现成的套路和常规程序,需要较多数学思想方法的综合应用,在复习时,应以课本为基础,抓住课堂这一主阵地,逐步培养学生分析问题的能力,形成科学的探究问题的方法。
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”