第1部分第2讲 分类讨论转化与化归思想.docx

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第1部分第2讲分类讨论转化与化归思想

第2讲 分类讨论、转化与化归思想

一 分类讨论思想[学生用书P3]

(1)不重不漏 

(2)标准要统一,层次要分明 (3)能不分类的要尽量避免,决不无原则的讨论,

(1)由数学概念而引起的分类讨论 

(2)由数学运算要求而引起的分类讨论 (3)由性质、定理、公式的限制而引起的分类讨论 (4)由图形的不确定性而引起的分类讨论

(5)由参数的变化而引起的分类讨论

分类讨论的思想是将一个较复杂的数学问题分解成若干个基础性问题,通过对基础性问题的解答来实现解决原问题的策略

(2016·高考浙江卷)已知a,b>0,且a≠1,b≠1.若logab>1,则(  )

A.(a-1)(b-1)<0     B.(a-1)(a-b)>0

C.(b-1)(b-a)<0D.(b-1)(b-a)>0

【解析】 根据题意,logab>1⇔logab-logaa>0⇔loga

>0⇔

,即

.当

时,0

时,b>a>1,所以b-1>0,b-a>0.所以(b-1)(b-a)>0,故选D.

【答案】 D

[名师点评] 

(1)应用指数、对数函数时,往往对底数是否大于1进行讨论,这是由它的性质决定的.在处理分段函数问题时,首先要确定自变量的取值属于哪个区间段,再选取相应的对应法则,离开定义域讨论问题是产生错误的重要原因之一.

(2)引起分类讨论的因素有很多,如除法运算中除数不为零,偶次方根为非负,对数运算中真数与底数的要求,指数运算中底数的要求,不等式两边同乘以一个正数、负数,三角函数的定义域等.

[变式训练]

1.已知函数f(x)=ax+b(a>0,a≠1)的定义域和值域都是[-1,0],则a+b=________.

[解析]当a>1时,函数f(x)=ax+b在[-1,0]上为增函数,由题意得

无解.当0

解得

所以a+b=-

.

[答案]-

设F1,F2是椭圆

=1的两个焦点,P为椭圆上一点.已知P,F1,F2是一个直角三角形的三个顶点,且|PF1|>|PF2|,则

的值为________.

【解析】 若∠PF2F1=90°,

则|PF1|2=|PF2|2+|F1F2|2,

又由题意可知|PF1|+|PF2|=6,|F1F2|=2

解得|PF1|=

,|PF2|=

,所以

.

若∠F1PF2=90°,则|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2,

所以|PF1|2+(6-|PF1|)2=20,解得|PF1|=4或2,

又|PF1|>|PF2|,

所以|PF1|=4,|PF2|=2,所以

=2.

综上知,

的值为

或2.

【答案】 

或2

[名师点评] 

(1)本题中直角顶点的位置不定,影响边长关系,需按直角顶点不同的位置进行讨论.

(2)涉及几何问题时,由于几何元素的形状、位置变化的不确定性,需要根据图形的特征进行分类讨论.

[变式训练]

2.若m是2和8的等比中项,则圆锥曲线x2+

=1的离心率是(  )

A.

       B.

C.

D.

 D [解析]因为m是2和8的等比中项,所以m2=2×8=16,所以m=±4.

当m=4时,圆锥曲线

+x2=1是椭圆,其离心率e=

当m=-4时,圆锥曲线x2-

=1是双曲线,其离心率e=

.

综上知,选项D正确.

(2016·高考全国卷甲)已知函数f(x)=(x+1)lnx-a(x-1).

(1)当a=4时,求曲线y=f(x)在(1,f

(1))处的切线方程;

(2)若当x∈(1,+∞)时,f(x)>0,求a的取值范围.

【解】 

(1)f(x)的定义域为(0,+∞).当a=4时,

f(x)=(x+1)lnx-4(x-1),f′(x)=lnx+

-3,f′

(1)=-2,f

(1)=0.

曲线y=f(x)在(1,f

(1))处的切线方程为2x+y-2=0.

(2)当x∈(1,+∞)时,f(x)>0等价于lnx-

>0.

设g(x)=lnx-

,则

g′(x)=

,g

(1)=0.

(ⅰ)当a≤2,x∈(1,+∞)时,x2+2(1-a)x+1≥x2-2x+1>0,故g′(x)>0,g(x)在(1,+∞)上单调递增,因此g(x)>0;

(ⅱ)当a>2时,令g′(x)=0得

x1=a-1-

,x2=a-1+

.

由x2>1和x1x2=1得x1<1,故当x∈(1,x2)时,g′(x)<0,g(x)在(1,x2)上单调递减,此时g(x)<g

(1)=0.

综上,a的取值范围是(-∞,2].

[名师点评] 含有参数的问题,主要包括:

(1)含有参数的不等式的求解;

(2)含有参数的方程的求解;(3)函数解析式中含参数的最值与单调性问题;(4)二元二次方程表示曲线类型的判定等.求解时,要结合参数的意义,对参数的不同取值或不同取值范围进行分类讨论,分类要合理、要不重不漏、要符合最简原则.

[变式训练]

3.已知函数f(x)=x-alnx(a∈R),求函数f(x)的极值.

[解]由题意知,函数f(x)的定义域为(0,+∞),

因为f′(x)=1-

(x>0),

当a≤0时,f′(x)>0,函数f(x)为(0,+∞)上的增函数,所以函数f(x)无极值.

当a>0时,由f′(x)=0,解得x=a.

因为当x∈(0,a)时,f′(x)<0,当x∈(a,+∞)时,f′(x)>0,所以f(x)在x=a处取得极小值,且极小值为f(a)=a-alna,无极大值.

综上:

当a≤0时,函数f(x)无极值;

当a>0时,f(x)在x=a处取得极小值a-alna,无极大值.

二 转化与化归思想[学生用书P4]

(1)熟悉化原则 

(2)简单化原则 (3)直观化原则

(4)正难则反原则,

(1)直接转化法 

(2)换元法 (3)数形结合法 (4)构造法

(5)坐标法 (6)类比法 (7)特殊化方法 (8)等价问题法

(9)加强命题法 (10)补集法

转化与化归思想就是在研究和解决有关数学问题时,采用某种手段将问题通过变换使之转化,进而使问题得到解决的一种数学思想方法

关于x的不等式x+

-1-a2+2a>0对x∈(0,+∞)恒成立,则实数a的取值范围为________.

【解析】 设f(x)=x+

(x>0),则f(x)=x+

≥2

=4.因为关于x的不等式x+

-1-a2+2a>0对x∈(0,+∞)恒成立,所以a2-2a+1<4恒成立,解得-1

【答案】 (-1,3)

[名师点评] 

(1)函数、方程与不等式就像“一胞三兄弟”,解决方程、不等式的问题需要函数的帮助,解决函数的问题需要方程、不等式的帮助,因此借助函数、方程、不等式进行转化与化归可以将问题化繁为简,一般可将不等关系转化为最值(值域)问题,从而求出参变量的范围.

(2)求解含参不等式恒成立问题的关键是过好双关:

第一关是转化关,即通过分离参数法,先转化为f(a)≥g(x)(或f(a)≤g(x))对∀x∈D恒成立,再转化为f(a)≥g(x)max(或f(a)≤g(x)min);第二关是求最值关,即求函数g(x)在区间D上的最大值(或最小值)问题.

[变式训练]

4.若关于x的方程9x+(4+a)·3x+4=0有解,则实数a的取值范围是________.

[解析]设t=3x,则原命题等价于关于t的方程t2+(4+a)t+4=0有正解.

分离变量a,得a+4=-

.

因为t>0,

所以-

≤-4,

所以a≤-8,即实数a的取值范围是(-∞,-8].

[答案](-∞,-8]

已知函数f(x)=x3+3ax-1,g(x)=f′(x)-ax-5,其中f′(x)是f(x)的导函数.对满足-1≤a≤1的一切a的值,都有g(x)<0,则实数x的取值范围为________.

【解析】 由题意,知g(x)=3x2-ax+3a-5,

令φ(a)=(3-x)a+3x2-5,-1≤a≤1.

对-1≤a≤1,恒有g(x)<0,即φ(a)<0,

所以

解得-

故当x∈

时,对满足-1≤a≤1的一切a的值,都有g(x)<0.

【答案】 

[名师点评] 在处理多变元的数学问题时,我们可以选取其中的变元(或参数),将其看作是“主元”,而把其他变元看作是常量,从而达到减少变元简化运算的目的.如本例是把关于x的函数转化为在[-1,1]内关于a的一次函数小于0恒成立的问题.

[变式训练]

5.对于满足0≤p≤4的所有实数p,使不等式x2+px>4x+p-3成立的x的取值范围是________.

[解析]设f(p)=(x-1)p+x2-4x+3,

则当x=1时,f(p)=0.所以x≠1.

f(p)在0≤p≤4上恒为正,等价于

解得x>3或x<-1.

[答案](-∞,-1)∪(3,+∞)

课时作业[学生用书P103(独立成册)]

1.已知集合A={x|1≤x<5},C={x|-a

A.

      B.

C.

D.

 C [解析]因为C∩A=C,所以C⊆A.①当C=∅时,满足C⊆A,此时-a≥a+3,得a≤-

;②当C≠∅时,要使C⊆A,则

解得-

2.已知三棱柱的底面为正三角形,且侧棱垂直于底面,其侧面展开图是边长分别为6和4的矩形,则它的体积为(  )

A.

B.4

C.

D.4

 D [解析]当矩形长、宽分别为6和4时,体积V=2×

×

×4=4

;当长、宽分别为4和6时,体积V=

×

×

×6=

.

3.已知数列{an}的前n项和Sn=Pn-1(P是常数),则数列{an}是(  )

A.等差数列B.等比数列

C.等差数列或等比数列D.以上都不对

 D [解析]因为Sn=Pn-1,

所以a1=P-1,an=Sn-Sn-1=(P-1)Pn-1(n≥2).

当P≠1且P≠0时,{an}是等比数列;

当P=1时,{an}是等差数列;

当P=0时,a1=-1,an=0(n≥2),此时{an}既不是等差数列也不是等比数列.

4.已知变量x,y满足的不等式组

表示的是一个直角三角形围成的平面区域,则实数k=(  )

A.-

B.

C.0D.-

或0

 D [解析]不等式组

表示的可行域如图(阴影部分)所示,由图可知,若要使不等式组

表示的平面区域是直角三角形,只有当直线y=kx+1与直线x=0或y=2x垂直时才满足.

结合图形可知斜率k的值为0或-

.

5.若函数f(x)=x3-tx2+3x在区间[1,4]上单调递减,则实数t的取值范围是(  )

A.

B.(-∞,3]

C.

D.[3,+∞)

 C [解析]f′(x)=3x2-2tx+3,由于f(x)在区间[1,4]上单调递减,则有f′(x)≤0在[1,4]上恒成立,即3x2-2tx+3≤0,即t≥

在[1,4]上恒成立,因为y=

在[1,4]上单调递增,所以t≥

,故选C.

6.若关于x的不等式4ax-1<3x-4(a>0,且a≠1)对于任意的x>2恒成立,则a的取值范围为(  )

A.

B.

C.[2,+∞)D.(2,+∞)

 B [解析]不等式4ax-1<3x-4等价于ax-1<

x-1.令f(x)=ax-1,g(x)=

x-1,当a>1时,在同一坐标系中作出两

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