高考數(shù)學(xué)二輪復(fù)習(xí) 第二部分 專題七 數(shù)學(xué)文化及數(shù)學(xué)思想 第3講 分類討論、轉(zhuǎn)化與化歸思想練習(xí)(含解析)試題_第1頁
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文檔簡介

第3講分類討論、轉(zhuǎn)化與化歸思想一、分類討論思想分類討論的原則分類討論的常見類型1.不重不漏2.標(biāo)準(zhǔn)要統(tǒng)一,層次要分明3.能不分類的要盡量避免,決不無原則的討論1.由數(shù)學(xué)概念而引起的分類討論2.由數(shù)學(xué)運算要求而引起的分類討論3.由性質(zhì)、定理、公式的限制而引起的分類討論4.由圖形的不確定性而引起的分類討論5.由參數(shù)的變化而引起的分類討論分類與整合的思想是將一個較復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題分解成若干個基礎(chǔ)性問題,通過對基礎(chǔ)性問題的解答來實現(xiàn)解決原問題的策略應(yīng)用一由概念、法則、公式引起的分類討論[典型例題]設(shè)等比數(shù)列{an}的公比為q,前n項和Sn>0(n=1,2,3,…),則q的取值范圍是________.【解析】由{an}是等比數(shù)列,Sn>0,可得a1=S1>0,q≠0,當(dāng)q=1時,Sn=na1>0.當(dāng)q≠1時,Sn=eq\f(a1(1-qn),1-q)>0,即eq\f(1-qn,1-q)>0(n=1,2,3,…),則有eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(1-q>0,,1-qn>0,))①或eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(1-q<0,,1-qn<0.))②由①得-1<q<1,由②得q>1.故q的取值范圍是(-1,0)∪(0,+∞).【答案】(-1,0)∪(0,+∞)eq\a\vs4\al()本題易忽略對q=1的討論,而直接由eq\f(a1(1-qn),1-q)>0,得q的范圍,這種解答是不完備的.本題根據(jù)等比數(shù)列前n項和公式的使用就要分q=1,Sn=na1和q≠1,Sn=eq\f(a1(1-qn),1-q)進行討論.[對點訓(xùn)練]1.一條直線過點(5,2),且在x軸,y軸上的截距相等,則這條直線的方程為()A.x+y-7=0B.2x-5y=0C.x+y-7=0或2x-5y=0D.x+y+7=0或2y-5x=0解析:選C.設(shè)該直線在x軸,y軸上的截距均為a,當(dāng)a=0時,直線過原點,此時直線方程為y=eq\f(2,5)x,即2x-5y=0;當(dāng)a≠0時,設(shè)直線方程為eq\f(x,a)+eq\f(y,a)=1,則求得a=7,直線方程為x+y-7=0.2.若函數(shù)f(x)=ax(a>0,a≠1)在[-1,2]上的最大值為4,最小值為m,且函數(shù)g(x)=(1-4m)eq\r(x)在[0,+∞)上是增函數(shù),則a=________.解析:若a>1,則a2=4,a-1=m,故a=2,m=eq\f(1,2),此時g(x)=-eq\r(x),為減函數(shù),不合題意;若0<a<1,則a-1=4,a2=m,故a=eq\f(1,4),m=eq\f(1,16),檢驗知符合題意,所以a=eq\f(1,4).答案:eq\f(1,4)應(yīng)用二由參數(shù)變化引起的分類討論[典型例題]已知f(x)=x-aex(a∈R,e為自然對數(shù)的底數(shù)).(1)討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性;(2)若f(x)≤e2x對x∈R恒成立,求實數(shù)a的取值范圍.【解】(1)由題知,f′(x)=1-aex,當(dāng)a≤0時,f′(x)>0,函數(shù)f(x)是(-∞,+∞)上的單調(diào)遞增函數(shù);當(dāng)a>0時,由f′(x)=0得x=-lna,若x∈(-∞,-lna),則f′(x)>0;若x∈(-lna,+∞),則f′(x)<0,所以函數(shù)f(x)在(-∞,-lna)上單調(diào)遞增,在(-lna,+∞)上單調(diào)遞減.(2)f(x)≤e2x?a≥eq\f(x,ex)-ex,設(shè)g(x)=eq\f(x,ex)-ex,則g′(x)=eq\f(1-e2x-x,ex).當(dāng)x<0時,1-e2x>0,g′(x)>0,所以g(x)在(-∞,0)上單調(diào)遞增.當(dāng)x>0時,1-e2x<0,g′(x)<0,所以g(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞減.所以g(x)max=g(0)=-1,所以a≥-1.故a的取值范圍是[-1,+∞).eq\a\vs4\al()(1)①參數(shù)的變化取值導(dǎo)致不同的結(jié)果,需對參數(shù)進行討論,如含參數(shù)的方程、不等式、函數(shù)等.②解析幾何中直線點斜式、斜截式方程要考慮斜率k存在或不存在,涉及直線與圓錐曲線位置關(guān)系要進行討論.(2)分類討論要標(biāo)準(zhǔn)明確、統(tǒng)一,層次分明,分類要做到“不重不漏”.[對點訓(xùn)練]1.設(shè)f(x)=eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\r(x),0<x<1,,2(x-1),x≥1.))若f(a)=f(a+1),則f(eq\f(1,a))=()A.2 B.4C.6 D.8解析:選C.當(dāng)0<a<1時,a+1>1,f(a)=eq\r(a),f(a+1)=2(a+1-1)=2a,因為f(a)=f(a+1),所以eq\r(a)=2a,解得a=eq\f(1,4)或a=0(舍去).所以f(eq\f(1,a))=f(4)=2×(4-1)=6.當(dāng)a≥1時,a+1≥2,所以f(a)=2(a-1),f(a+1)=2(a+1-1)=2a,所以2(a-1)=2a,無解.綜上,f(eq\f(1,a))=6.2.設(shè)函數(shù)f(x)=[ax2-(3a+1)x+3a+2]ex.(1)若曲線y=f(x)在點(2,f(2))處的切線斜率為0,求a;(2)若f(x)在x=1處取得極小值,求a的取值范圍.解:(1)因為f(x)=[ax2-(3a+1)x+3a+2]ex,所以f′(x)=[ax2-(a+1)x+1]ex.f′(2)=(2a-1)e2.由題設(shè)知f′(2)=0,即(2a-1)e2=0,解得a=eq\f(1,2).(2)由(1)得f′(x)=[ax2-(a+1)x+1]ex=(ax-1)(x-1)ex.若a>1,則當(dāng)x∈eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a),1))時,f′(x)<0;當(dāng)x∈(1,+∞)時,f′(x)>0.所以f(x)在x=1處取得極小值.若a≤1,則當(dāng)x∈(0,1)時,ax-1≤x-1<0,所以f′(x)>0.所以1不是f(x)的極小值點.綜上可知,a的取值范圍是(1,+∞).應(yīng)用三由圖形位置或形狀引起的分類討論[典型例題]設(shè)圓錐曲線C的兩個焦點分別為F1,F(xiàn)2,若曲線C上存在點P滿足|PF1|∶|F1F2|∶|PF2|=4∶3∶2,則曲線C的離心率等于________.【解析】不妨設(shè)|PF1|=4t,|F1F2|=3t,|PF2|=2t,其中t≠0.若該曲線為橢圓,則有|PF1|+|PF2|=6t=2a,|F1F2|=3t=2c,e=eq\f(c,a)=eq\f(2c,2a)=eq\f(3t,6t)=eq\f(1,2);若該曲線為雙曲線,則有|PF1|-|PF2|=2t=2a,|F1F2|=3t=2c,e=eq\f(c,a)=eq\f(2c,2a)=eq\f(3t,2t)=eq\f(3,2).【答案】eq\f(1,2)或eq\f(3,2)eq\a\vs4\al()(1)圓錐曲線形狀不確定時,常按橢圓、雙曲線來分類討論,求圓錐曲線的方程時,常按焦點的位置不同來分類討論.(2)相關(guān)計算中,涉及圖形問題時,也常按圖形的位置不同、大小差異等來分類討論.[對點訓(xùn)練]1.過雙曲線x2-eq\f(y2,2)=1的右焦點F作直線l交雙曲線于A,B兩點,若|AB|=4,則這樣的直線l有()A.1條 B.2條C.3條 D.4條解析:選C.因為雙曲線的兩個頂點之間的距離是2,小于4,所以當(dāng)直線l與雙曲線左、右兩支各有一個交點時,過雙曲線的右焦點一定有兩條直線滿足條件;當(dāng)直線l與實軸垂直時,有3-eq\f(y2,2)=1,解得y=2或y=-2,此時直線AB的長度是4,即只與雙曲線右支有兩個交點的所截弦長為4的直線僅有一條.綜上,可知有3條直線滿足|AB|=4.2.設(shè)F1,F(xiàn)2為橢圓eq\f(x2,9)+eq\f(y2,4)=1的兩個焦點,點P為橢圓上一點.已知P,F(xiàn)1,F(xiàn)2是一個直角三角形的三個頂點,且|PF1|>|PF2|,則eq\f(|PF1|,|PF2|)的值為________.解析:(1)若∠PF2F1=90°,則|PF1|2=|PF2|2+|F1F2|2,又因為|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).(2)若∠F1PF2=90°,則|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2,所以|PF1|2+(6-|PF1|)2=20,所以|PF1|=4,|PF2|=2,所以eq\f(|PF1|,|PF2|)=2.綜上知,eq\f(|PF1|,|PF2|)的值為eq\f(7,2)或2.答案:eq\f(7,2)或2二、轉(zhuǎn)化與化歸思想轉(zhuǎn)化與化歸的原則常見的轉(zhuǎn)化與化歸的方法1.熟悉化原則2.簡單化原則3.直觀化原則4.正難則反原則1.直接轉(zhuǎn)化法2.換元法3.數(shù)形結(jié)合法4.構(gòu)造法5.坐標(biāo)法6.類比法7.特殊化方法8.等價問題法9.加強命題法10.補集法轉(zhuǎn)化與化歸思想就是在研究和解決有關(guān)數(shù)學(xué)問題時,采用某種手段將問題通過變換使之轉(zhuǎn)化,進而使問題得到解決的一種數(shù)學(xué)思想方法應(yīng)用一一般與特殊的相互轉(zhuǎn)化[典型例題](1)過拋物線y=ax2(a>0)的焦點F,作一直線交拋物線于P,Q兩點.若線段PF與FQ的長度分別為p,q,則eq\f(1,p)+eq\f(1,q)等于()A.2a B.eq\f(1,2a)C.4a D.eq\f(4,a)(2)已知向量a,b滿足|a|=1,|b|=2,則|a+b|+|a-b|的最小值是________,最大值是________.【解析】(1)拋物線y=ax2(a>0)的標(biāo)準(zhǔn)方程為x2=eq\f(1,a)y(a>0),焦點Feq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,4a))).過焦點F作直線垂直于y軸,則|PF|=|QF|=eq\f(1,2a),所以eq\f(1,p)+eq\f(1,q)=4a.(2)由題意,不妨設(shè)b=(2,0),a=(cosθ,sinθ),則a+b=(2+cosθ,sinθ),a-b=(cosθ-2,sinθ),令y=|a+b|+|a-b|=eq\r((2+cosθ)2+sin2θ)+eq\r((cosθ-2)2+sin2θ)=eq\r(5+4cosθ)+eq\r(5-4cosθ),則y2=10+2eq\r(25-16cos2θ)∈[16,20].由此可得(|a+b|+|a-b|)max=eq\r(20)=2eq\r(5),(|a+b|+|a-b|)min=eq\r(16)=4,即|a+b|+|a-b|的最小值是4,最大值是2eq\r(5).【答案】(1)C(2)42eq\r(5)eq\a\vs4\al()(1)一般問題特殊化,使問題處理變得直接、簡單.特殊問題一般化,可以使我們從宏觀整體的高度把握問題的一般規(guī)律,從而達到成批處理問題的效果.(2)對于某些選擇題、填空題,如果結(jié)論唯一或題目提供的信息暗示答案是一個定值時,可以把題中變化的量用特殊值代替,即可得到答案.[對點訓(xùn)練]已知函數(shù)f(x)=(a-3)x-ax3在[-1,1]上的最小值為-3,則實數(shù)a的取值范圍是()A.(-∞,-1] B.[12,+∞)C.[-1,12] D.eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(3,2),12))解析:選D.當(dāng)a=0時,函數(shù)f(x)=-3x,x∈[-1,1],顯然滿足條件,故排除A、B;(注意,對于特殊值的選取,越簡單越好,0,1往往是首選.)當(dāng)a=-eq\f(3,2)時,函數(shù)f(x)=eq\f(3,2)x3-eq\f(9,2)x,f′(x)=eq\f(9,2)x2-eq\f(9,2)=eq\f(9,2)(x2-1),當(dāng)-1≤x≤1時,f′(x)≤0,所以f(x)在[-1,1]上單調(diào)遞減,所以f(x)min=f(1)=eq\f(3,2)-eq\f(9,2)=-3,滿足條件,故排除C.綜上,選D.應(yīng)用二正與反的相互轉(zhuǎn)化[典型例題]若對于任意t∈[1,2],函數(shù)g(x)=x3+eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(m,2)+2))x2-2x在區(qū)間(t,3)上總不為單調(diào)函數(shù),則實數(shù)m的取值范圍是________.【解析】由題意得g′(x)=3x2+(m+4)x-2,若g(x)在區(qū)間(t,3)上總為單調(diào)函數(shù),則①g′(x)≥0在(t,3)上恒成立,或②g′(x)≤0在(t,3)上恒成立.由①得3x2+(m+4)x-2≥0,即m+4≥eq\f(2,x)-3x在x∈(t,3)上恒成立,所以m+4≥eq\f(2,t)-3t恒成立,則m+4≥-1,即m≥-5;由②得m+4≤eq\f(2,x)-3x在x∈(t,3)上恒成立,則m+4≤eq\f(2,3)-9,即m≤-eq\f(37,3).所以函數(shù)g(x)在區(qū)間(t,3)上總不為單調(diào)函數(shù)的m的取值范圍為-eq\f(37,3)<m<-5.【答案】(-eq\f(37,3),-5)eq\a\vs4\al()(1)本題是正與反的轉(zhuǎn)化,由于函數(shù)不為單調(diào)函數(shù)有多種情況,所以可先求出其反面情況,體現(xiàn)“正難則反”的原則.(2)題目若出現(xiàn)多種成立的情形,則不成立的情形相對很少,從反面考慮較簡單,因此,間接法多用于含有“至多”“至少”及否定性命題情形的問題中.[對點訓(xùn)練]1.由命題“存在x0∈R,使e|x0-1|-m≤0”是假命題,得m的取值范圍是(-∞,a),則實數(shù)a的取值是()A.(-∞,1) B.(-∞,2)C.1 D.2解析:選C.由命題“存在x0∈R,使e|x0-1|-m≤0”是假命題,可知它的否定形式“任意x∈R,使e|x-1|-m>0”是真命題,可得m的取值范圍是(-∞,1),而(-∞,a)與(-∞,1)為同一區(qū)間,故a=1.2.若二次函數(shù)f(x)=4x2-2(p-2)x-2p2-p+1在區(qū)間[-1,1]內(nèi)至少存在一個值c,使得f(c)>0,則實數(shù)p的取值范圍是________.解析:如果在[-1,1]內(nèi)沒有值滿足f(x)>0,則eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(f(-1)≤0,,f(1)≤0))?eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(p≤-\f(1,2)或p≥1,,p≤-3或p≥\f(3,2)))?p≤-3或p≥eq\f(3,2),故實數(shù)滿足條件的p的取值范圍為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-3,\f(3,2))).答案:eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-3,\f(3,2)))應(yīng)用三常量與變量的相互轉(zhuǎn)化[典型例題]已知函數(shù)f(x)=x3+3ax-1,g(x)=f′(x)-ax-5,其中f′(x)是f(x)的導(dǎo)函數(shù).對任意a∈[-1,1],都有g(shù)(x)<0,則實數(shù)x的取值范圍為________.【解析】由題意,知g(x)=3x2-ax+3a-5,令φ(a)=(3-x)a+3x2-5,-1≤a≤1.由題意得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(φ(1)<0,,φ(-1)<0,))即eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(3x2-x-2<0,,3x2+x-8<0,))解得-eq\f(2,3)<x<1.故x的取值范圍為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(2,3),1)).【答案】eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(2,3),1))eq\a\vs4\al()(1)本題是把關(guān)于x的函數(shù)轉(zhuǎn)化為[-1,1]內(nèi)關(guān)于a的一次函數(shù)的問題.(2)在處理多變元的數(shù)學(xué)問題時,我們可以選取其中的常數(shù)(或參數(shù)),將其看成“主元”,而把其他變元看成常量,從而達到減少變元簡化運算的目的.[對點訓(xùn)練]1.對于滿足0≤p≤4的所有實數(shù)p,使不等式x2+px>4x+p-3成立的x的取值范圍是________.解析:設(shè)f(p)=(x-1)p+x2-4x+3,則當(dāng)x=1時,f(p)=0.所以x≠1.f(p)在0≤p≤4時恒為正等價于eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(f(0)>0,,f(4)>0,))即eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1((x-3)(x-1)>0,,x2-1>0,))解得x>3或x<-1.故x的取值范圍為(-∞,-1)∪(3,+∞).答案:(-∞,-1)∪(3,+∞)2.設(shè)y=(log2x)2+(t-2)log2x-t+1,若t在[-2,2]上變化時,y恒取正值,則x的取值范圍是________.解析:設(shè)f(t)=(log2x-1)t+(log2x)2-2log2x+1,則f(t)是一次函數(shù),當(dāng)t∈[-2,2]時,f(t)>0恒成立,則eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(f(-2)>0,,f(2)>0,))即eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1((log2x)2-4log2x+3>0,,(log2x)2-1>0,))解得log2x<-1或log2x>3,即0<x<eq\f(1,2)或x>8,故x的取值范圍是eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))∪(8,+∞).答案:eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2)))∪(8,+∞)應(yīng)用四形、體位置關(guān)系的相互轉(zhuǎn)化[典型例題]在平行六面體ABCD-A1B1C1D1中,AA1=AB,AB1⊥B1C1.求證:(1)AB∥平面A1B1C;(2)平面ABB1A1⊥平面A1BC.【證明】(1)在平行六面體ABCD-A1B1C1D1中,AB∥A1B1.因為AB?平面A1B1C,A1B1?平面A1B1C,所以AB∥平面A1B1C.(2)在平行六面體ABCD-A1B1C1D1中,四邊形ABB1A1為平行四邊形.又因為AA1=AB,所以四邊形ABB1A1為菱形,所以AB1⊥A1B.因為AB1⊥B1C1,BC∥B1C1,所以AB1⊥BC.又因為A1B∩BC=B,A1B?平面A1BC,BC?平面A1BC,所以AB1⊥平面A1BC,又因為AB1?平面ABB1A1,所以平面ABB1A1⊥平面A1BC.eq\a\vs4\al()形體位置關(guān)系的轉(zhuǎn)化是針對幾何問題采用的一種特殊轉(zhuǎn)化方法.主要適用于涉及平行、垂直的證明,如線面平行、垂直的推理與證明就是充分利用線面位置關(guān)系中的判定定理、性質(zhì)定理實現(xiàn)位置關(guān)系的轉(zhuǎn)化.[對點訓(xùn)練]1.如圖,在棱長為5的正方體ABCD-A1B1C1D1中,EF是棱AB上的一條線段,且EF=2,點Q是A1D1的中點,點P是棱C1D1上的動點,則四面體PQEF的體積()A.是變量且有最大值B.是變量且有最小值C.是變量且有最大值和最小值D.是常數(shù)解析:選D.點Q到棱AB的距離為常數(shù),所以△EFQ的面積為定值.由C1D1∥EF,可得棱C1D1∥平面EFQ,所以點P到平面EFQ的距離是常數(shù),于是可得四面體PQEF的體積為常數(shù).2.已知三棱錐P-ABC中,PA=BC=2eq\r(34),PB=AC=10,PC=AB=2eq\r(41),則三棱錐P-ABC的體積為________.解析:因為三棱錐P-ABC的三組對邊兩兩相等,故可將此三棱錐放在一個特定的長方體中(如圖所示),把三棱錐P-ABC補成一個長方體AEBG-FPDC,易知三棱錐P-ABC的各棱分別是此長方體的面對角線.不妨令PE=x,EB=y(tǒng),EA=z,則由已知,可得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x2+y2=100,,x2+z2=136,,y2+z2=164))?eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=6,,y=8,,z=10.))從而知VP-ABC=VAEBG-FPDC-VP-AEB-VC-ABG-VB-PDC-VA-FPC=VAEBG-FPDC-4VP-AEB=6×8×10-4×eq\f(1,3)×eq\f(1,2)×6×8×10=160.答案:160應(yīng)用五函數(shù)、方程、不等式間的相互轉(zhuǎn)化[典型例題]已知函數(shù)f(x)=3e|x|.若存在實數(shù)t∈[-1,+∞),使得對任意的x∈[1,m),m∈Z,且m>1,都有f(x+t)≤3ex,求m的最大值.【解】因為當(dāng)t∈[-1,+∞),且x∈[1,m]時,x+t≥0,所以f(x+t)≤3ex?ex+t≤ex?t≤1+lnx-x.所以原命題等價轉(zhuǎn)化為存在實數(shù)t∈[-1,+∞),使得不等式t≤1+lnx-x,對任意x∈[1,m)恒成立.令h(x)=1+lnx-x(x≥1).因為h′(x)=eq\f(1,x)-1≤0,所以函數(shù)h(x)在[1,+∞)上為減函數(shù).又x∈[1,m),所以h(x)min=h(m)=1+lnm-m,t值恒存在,只需1+lnm-m≥-1.因為h(3)=ln3-2=lneq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,e)·\f(3,e)))>lneq\f(1,e)=-1,h(4)=ln4-3=lneq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,e)·\f(4,e2)))<lneq\f(1,e)=-1,且函數(shù)h(x)在[1,+∞)內(nèi)為減函數(shù),所以滿足條件的最大整數(shù)m的值為3.eq\a\vs4\al()(1)函數(shù)與方程、不等式聯(lián)系密切,解決方程、不等式的問題需要函數(shù)幫助.(2)解決函數(shù)的問題需要方程、不等式的幫助,因為借助函數(shù)與方程、不等式進行轉(zhuǎn)化與化歸可以將問題化繁為簡,一般可將不等關(guān)系轉(zhuǎn)化為最值(值域)問題,從而求參變量的范

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