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三、分类讨论思想
开篇 方法引领 数学思想
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开篇 方法引领 数学思想
高考总复习(二轮)数学
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分类讨论思想的含义
分类讨论的常见类型
分类讨论思想是当问题的对象不能进行统一研究时,需对研究的对象按某个标准进行分类,然后对每一类分别研究,给出每一类的结论,最终综合各类结果得到整个问题的解答,实质上分类讨论就是“化整为零,各个击破,再集零为整”的数学思想
(1)由概念、法则、公式、计算性质引起的分类讨论.
(2)由参数变化引起的分类讨论.
(3)由图形位置(形状)引起的分类讨论
分类讨论思想是高考重点考查的一类数学思想方法,在高考试卷中常以含参问题呈现,有时也涉及图形位置不固定的情况
应用一 由概念、法则、公式、计算性质引起的讨论
概念、定理分类整合即利用数学中的基本概念、定理对研究对象进行分类,如绝对值的定义、不等式的转化、等比数列的前n项和公式等,然后分别对每类问题进行解决.
设等比数列{an}的前n项和为Sn,若S3+S6=2S9,则数列的公比q是( )
A.-eq \f(\r(3,3),2)
B.eq \f(\r(3,3),2)
C.-eq \f(\r(3,4),2)
D.eq \f(\r(3,4),2)
[解析] 若q=1,则有S3=3a1,S6=6a1,S9=9a1,但a1≠0,即得S3+S6≠2S9,与题设矛盾,故q≠1.又S3+S6=2S9,即eq \f(a11-q3,1-q)+eq \f(a11-q6,1-q)=2·eq \f(a11-q9,1-q),所以1-q3+1-q6=2(1-q9),即2q6-q3-1=0,所以q3=-eq \f(1,2)(q3=1舍去),所以q=-eq \f(\r(3,4),2).故选C.
[答案] C
解题时应准确把握数学概念的本质,根据需要对所有情形分类.本例中,等比数列求和公式应分q=1和q≠1两种情形.
1.已知一条直线过点(5,2),且在x轴、y轴上的截距相等,则这条直线的方程为( )
A.x+y-7=0
B.2x-5y=0
C.x+y-7=0或2x-5y=0
D.x+y+7=0或2y-5x=0
解析 设该直线在x轴、y轴上的截距均为a,当a=0 时,直线过原点,此时直线方程为y=eq \f(2,5)x,即2x-5y=0;当a≠0时,设直线方程为eq \f(x,a)+eq \f(y,a)=1,则eq \f(5,a)+eq \f(2,a)=1,解得a=7,则直线方程为x+y-7=0.故选C.
答案 C
应用二 由图形位置或形状引起的讨论
图形位置、形状分类整合是指由几何图形的不确定性而引起的分类讨论,这种方法适用于对几何图形中点、线、面的位置关系以及解析几何中直线与圆锥曲线的位置关系的研究.
设F1,F2为椭圆eq \f(x2,9)+eq \f(y2,4)=1的两个焦点,点P为椭圆上一点,已知点P,F1,F2是一个直角三角形的三个顶点,且|PF1|>|PF2|,则eq \f(|PF1|,|PF2|)=________.
[解析] 若∠PF2F1=90°,则|PF1|2=|PF2|2+|F1F2|2,又|PF1|+|PF2|=6,|F1F2|=2eq \r(5),解得|PF1|=eq \f(14,3),|PF2|=eq \f(4,3),所以eq \f(|PF1|,|PF2|)=eq \f(7,2).若∠F1PF2=90°,则|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2,所以|PF1|2+(6-|PF1|)2=20,又|PF1|>|PF2|,所以|PF1|=4,|PF2|=2,所以eq \f(|PF1|,|PF2|)=2.
综上知,eq \f(|PF1|,|PF2|)=eq \f(7,2)或2.
[答案] eq \f(7,2)或2
圆锥曲线的形状、焦点位置不确定时要分类讨论;立体几何中点、线、面的位置变化,三角形和平行四边形的不确定性都要进行分类讨论.
2.已知正三棱柱的侧面展开图是边长分别为6和4的矩形,则它的体积为( )
A.eq \f(\r(3),3)
B.4eq \r(3)
C.eq \f(2\r(3),9)
D.4eq \r(3)或eq \f(8\r(3),3)
解析 当6是下底面周长,4是三棱柱的高时,体积V=2×eq \r(3)×eq \f(1,2)×4=4eq \r(3);当4是下底面周长,6是三棱柱的高时,体积V=eq \f(4,3)×eq \f(2\r(3),3)×eq \f(1,2)×6=eq \f(8\r(3),3).故选D.
答案 D
应用三 由参数变化引起的分类讨论
某些含有参数的问题,由于参数的取值不同会导致所得的结果不同,需对参数进行讨论,如含参数的方程、不等式、函数等.解决这类问题要根据需要合理确定分类标准,讨论中做到不重不漏,结论整合要周全.
已知函数f(x)=x2-2aln x,其中a∈R.若函数f(x)有两个零点,则a的取值范围为________.
[解析] f′(x)=2x-eq \f(2a,x)=eq \f(2x2-a,x),当a≤0时,f′(x)≥0恒成立,即f(x)在(0,+∞)上单调递增,不可能有两个零点;
当a>0时,若0<x<eq \r(a),则f′(x)=eq \f(2x2-a,x)<0;
若x>eq \r(a),则f′(x)=eq \f(2x2-a,x)>0,所以f(x)在(0,eq \r(a))上单调递减,在(eq \r(a),+∞)上单调递增;f(x)min=f(eq \r(a))=a-2alneq \r(a)=a-aln a,为使f(x)有两个零点,必有f(x)min=a-aln a<0,即a>e;又f(2a)=4a2-2aln(2a)=2a[2a-ln(2a)],令g(x)=x-ln x,x>2e,则g′(x)=1-eq \f(1,x)=eq \f(x-1,x)>0在(2e,+∞)上恒成立,即g(x)=x-ln x在(2e,+∞)上单调递增,所以g(x)>g(2e)=2e-ln(2e)>0,即f(2a)=2a[2a-ln(2a)]>0,所以根据零点存在定理可得,存在x1∈(eq \r(a),2a),使得f(x1)=0;又feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,\r(a))))=eq \f(1,a)-2aln eq \f(1,\r(a))=eq \f(1,a)+aln a>0,根据零点存在定理可得,存在x2∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,\r(a)),\r(a))),使得f(x2)=0,综上,当a>e时,函数f(x)有两个零点.
[答案] (e,+∞)
若遇到题目中含有参数的问题,常常结合参数的意义和对结果的影响进行分类讨论,此类题目为含参型,应全面分析参数变化引起的结论的变化情况,在分类讨论时要遵循分类的原则:一是分类的标准要一致,二是分类时要做到不重不漏,三是能不分类的要尽量避免分类,绝不无原则的分类讨论.
3.若函数f(x)=ln x-ax2+(a-2)x(其中x∈(1,+∞))存在最小值,则实数a的取值范围为________.
解析 f′(x)=eq \f(1,x)-2ax+a-2=eq \f(ax+1-2x+1,x),x∈(1,+∞),①若a≥0,则在(1,+∞)上,f′(x)<0,f(x)单调递减,无最小值,不符合题意;②若-1<a<0,令f′(x)=0,解得x=-eq \f(1,a),则f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,-\f(1,a)))上单调递减,在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,a),+∞))上单调递增,f(x)min=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,a))),符合题意;③若a≤-1,则在(1,+∞)上,f′(x)>0,f(x)单调递增,无最小值,不符合题意.综上所述,-1<a<0.
答案 (-1,0)
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