回避分类讨论提高解题速度

来源 :高中生学习·高三文综版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:brian125
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  分类讨论有时会导致解题过程的繁琐化,为此我们在重视分类讨论的思想方法应用的基础上,也要注意克服动辄加以讨论的思维定势,对于蕴含着分类讨论因素的数学问题,应当首先作一番深入的探究,根据题目条件的特征,灵活选用一定的解题策略,充分挖掘数学问题中潜在的特殊性,尽力打破常规,尽量简化或避免不必要的讨论,从而提高解题速度.下面通过举例分析,谈谈如何避免分类讨论的几种优化策略.
  深挖隐含,避免讨论
  例1 解方程组[|x2-2|+|y-2|=6, ①|x2-2|=2y-4. ②]
  分析 若按常规解法应根据绝对值的定义,分类讨论绝对值内式子的符号来解方程组,非常繁琐.如果注意到②式隐含的重要的信息:[y-2≥0],利用这个隐含条件,则可以避免分类讨论.
  解 原方程组可化为[|x2-2|+y-2=6,|x2-2|=2y-4,]
  消去[|x2-2|]得[y=4],
  ∴[x2-2=±4], 解得[x=+6].
  因此原方程组的解为[x=6,y=4,]或[x=-6,y=4.]
  消除参数,免除讨论
  例2 设[00]且[a≠1],试比较[|loga(1-x)|]与[|loga(1+x)|]的大小.
  分析 由于[a]是讨论的因素,如果能消除[a],则可以免除讨论.为此作商,再利用换底公式收效明显.
  解 ∵[|loga(1-x)||loga(1+x)|=|log(1+x)(1-x)|=-log(1+x)(1-x)]
  [=log(1+x)11-x>log(1+x)(1+x)=1],
  ∴[|loga(1-x)|>|loga(1+x)|].
  反客为主,规避讨论
  例3 设对所有的实数[x],不等式[x2log24(a+1)a]+ [2xlog22aa+1]+[log2(a+1)24a2]>0恒成立,求实数[a]的取值范围.
  分析 若根据二次不等式恒成立的条件列式计算,不可避免地要进行分类讨论.
  解 如果变换视角,把[a]视为主元,把不等式变形为:[3x2+(x2-2x+2)log2a+12a>0].
  ∵[x2-2x+2=(x-1)2+1>0],
  ∴log2[a+12a]>-[3x2(x-1)2+1].
  又[-3x2(x-1)2+1]<0恒成立,
  ∴只须log2[a+12a]>0,即[a+12a]> 1,进而求得[0  反面考虑,简化讨论
  例4 如果二次函数[y=mx2+(m-3)x+1]的图象与[x]轴的交点至少有一个在原点右侧,试求[m]的取值范围.
  分析 从正面求解,需要分四种情况讨论,运算量大. 若从反面考虑,即考虑两个交点都在原点左侧时[m]的取值范围.
  解 由一元二次方程[mx2+(m-3)x+1=0]有两负根得:
  [△=(m-3)2-4m≥0,3-mm<0,1m>0,]
  解得[m≥9], 其反面为[m<9].
  再考虑△≥0与[m]≠0的条件,可得[m]≤1且[m]≠0.
  巧用公式,去除讨论
  例5 已知[cotα=m],[α∈(π, 2π)],求[cosα]的值.
  分析 若选用公式[tanα=1cotα], [cosα=][±11+tan2α]来求,则必须将[α∈(π, 2π)]分成[α∈(π,][3π2])和α∈([3π2], 2π)来讨论[cosα]及[m]的符号. 若根据[α∈(π,2π)]的范围,直接选用恰当的平方关系式,则可有效地避开讨论.
  解 ∵[α∈(π, 2π)],∴[sinα<0].
  ∴[sinα=-11+cot2α=-11+m2],
  故[cosα=cotα·sinα=-m1+m2].
  灵活代换,免于讨论
  例6 解不等式[x1+x2+1-x21+x2]>0.
  分析 常规解法要先把原不等式等价变形为:[x1+x2>x2-1],然后再按照[x]的不同取值范围进行分类讨论,这是非常复杂的.如果注意到原不等式的结构特征,采用三角代换,则可免于讨论.
  解 令[x=tanθ(-π2<θ<π2]),
  则原不等式可化为[tanθ·cosθ+cos2θ>0],
  即[2sin2θ-sinθ-1<0],解之得:[-12  从而[-π6<θ<π2], 有[tanθ>-33].
  故原不等式的解为[{x|x>-33}].
  数形结合,避免讨论
  例7 当[x∈[0,2]]时,函数[f(x)=(x-1)log23a-][4log3a+][x-3]的值恒为正,求[a]的取值范围.
  分析 对于本题,若按常规解法应用代数的方法进行讨论,比较冗长.若结合图形考虑,则可避免讨论.
  解 对函数整理得[f(x)=(1+log23a)x-][(log23a+4log3a][+3)],显然函数[f(x)]是一次函数,其图象是直线,且直线的斜率为正,如图所示.
  欲要证当[x∈[0,2]]时,[f(x)>0],只须直线与[x]轴的交点在原点左方,即直线在[x]轴上的截距:[ log23a+4log3a+31+log23a]<0,解此不等式得[a]的取值范围为[127  整体化归,回避讨论
  例8 函数[y=ax]在[0, 1]上的最大值与最小值的和为3,则[a]= .
  分析 此题的常规思维是对底数分[01]两种情况进行讨论,从而确定函数[y=ax]的单调性,然后再分别求出[y=ax]在[0, 1]上的最大值与最小值后求[a]值.若从整体思维出发,单调函数在闭区间上的最值总是在端点处达到,则可回避讨论,直接求解.
  解 由题设得[ymax+ymin=a0+a1=1+a=3],故[a=2].
  引参换元,回避讨论
  例9 解不等式[2x+5>x+1].
  分析 借助换元,避开有限制条件的运算,从而可回避讨论.对于该题只要避开了平方运算,则无需分类讨论,因此可采用换元法.
  解 令[t=2x+5],则[x=t2-52],于是原不等式等价于[t≥0,t>t2-52+1.]解之得,[0≤t<3].即0≤[2x+5]<3,故原不等式的解集为[{x|-2.5≤x<2}].
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