江蘇省2020屆高考數(shù)學(xué)二輪復(fù)習(xí) 第18講 分類討論思想
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1、 數(shù)學(xué)思想方法 分類討論思想 分類討論是一種重要的數(shù)學(xué)思想方法,當(dāng)問(wèn)題的對(duì)象不能進(jìn)行統(tǒng)一研究時(shí),就需要對(duì)研究的對(duì)象按某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類,然后對(duì)每一類分別研究,給出每一類的結(jié)論,最終綜合各類結(jié)果得到整個(gè)問(wèn)題的解答.實(shí)質(zhì)上分類討論就是“化整為零,各個(gè)擊破,再集零為整”的數(shù)學(xué)策略. 分類原則:(1) 所討論的全域要確定,分類要“既不重復(fù),也不遺漏”;(2) 在同一次討論中只能按所確定的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行;(3) 對(duì)多級(jí)討論,應(yīng)逐級(jí)進(jìn)行,不能越級(jí). 討論的基本步驟:(1) 確定討論的對(duì)象和討論的范圍(全域);(2) 確定分類的標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行合理的分類;(3) 逐步討論(必要時(shí)還得進(jìn)行多級(jí)分類);(4
2、) 總結(jié)概括,得出結(jié)論. 引起分類討論的常見因素:(1) 由概念引起的分類討論;(2) 使用數(shù)學(xué)性質(zhì)、定理和公式時(shí),其限制條件不確定引起的分類討論;(3) 由數(shù)學(xué)運(yùn)算引起的分類討論;(4)由圖形的不確定性引起的分類討論;(5) 對(duì)于含參數(shù)的問(wèn)題由參數(shù)的變化引起的分類討論. 簡(jiǎn)化和避免分類討論的優(yōu)化策略:(1) 直接回避.如運(yùn)用反證法、求補(bǔ)法、消參法等有時(shí)可以避開繁瑣討論;(2) 變更主元.如分離參數(shù)、變參置換等可避開討論;(3) 合理運(yùn)算.如利用函數(shù)奇偶性、變量的對(duì)稱、輪換以及公式的合理選用等有時(shí)可以簡(jiǎn)化甚至避開討論;(4) 數(shù)形結(jié)合.利用函數(shù)圖象、幾何圖形的直觀性和對(duì)稱特點(diǎn)有時(shí)可以簡(jiǎn)化甚
3、至避開討論. 注:能回避分類討論的盡可能回避. 1. 一條直線過(guò)點(diǎn)(5,2)且在x軸,y軸上截距相等,則這直線方程為________. 2.正三棱柱的側(cè)面展開圖是邊長(zhǎng)分別為6和4的矩形, 則它的體積為________. 3.函數(shù)f(x)=的定義域?yàn)橐磺袑?shí)數(shù),則實(shí)數(shù)a的取值范圍是________. 4.數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn=2n2+n-1(n∈N*),則其通項(xiàng)an=________. 【例1】 在△ABC中,已知sinB=,a=6,b=8,求邊c的長(zhǎng). 【例2】 解關(guān)于x的不等式:ax2-(a+1)x+1<0(a∈R).
4、 【例3】 設(shè)等比數(shù)列{an}的公比為q,前n項(xiàng)和Sn>0(n=1,2,…). (1) 求q的取值范圍; (2) 設(shè)bn=an+2-an+1,記{bn}的前n項(xiàng)和為Tn,試比較Sn與Tn的大小. 【例4】 已知函數(shù)f(x)和g(x)的圖象關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱,且f(x)=x2+2x. (1) 求函數(shù)g(x)的解析式; (2) 若h(x)=g(x)-λf(x)+1在[-1,1]上是增函數(shù),求實(shí)數(shù)λ的取值范圍. 1. (2009·全國(guó))雙曲線的一條漸近線方程為3x-2y=0,則該
5、雙曲線的離心率為________. 2.(2011·遼寧)設(shè)函數(shù)f(x)=則滿足f(x)≤2的x的取值范圍是________. 3.(2011·江蘇)已知實(shí)數(shù)a≠0,函數(shù)f(x)=若f(1-a)=f(1+a),則a的值為________. 4.(2010·福建)函數(shù)f(x)=的零點(diǎn)個(gè)數(shù)為________. 5.(2011·江西)設(shè)f(x)=x3+mx2+nx. (1) 如果g(x)=f′(x)-2x-3在x=-2處取得最小值-5,求f(x)的解析式; (2) 如果m+n<10(m,n∈N+),f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間的長(zhǎng)度是正整數(shù),試求m和n的值.(注:區(qū)間(a,b)
6、的長(zhǎng)度為b-a) 6.(2010·江蘇)設(shè)f(x)是定義在區(qū)間(1,+∞)上的函數(shù),其導(dǎo)函數(shù)為f′(x).如果存在實(shí)數(shù)a和函數(shù)h(x),其中h(x)對(duì)任意的x∈(1,+∞)都有h(x)>0,使得f′(x)=h(x)(x2-ax+1),則稱函數(shù)f(x)具有性質(zhì)P(a).設(shè)函數(shù)f(x)=lnx+(x>1),其中b為實(shí)數(shù). (1) 求證:函數(shù)f(x)具有性質(zhì)P(b); (2) 求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間. (2011·南通)(本小題滿分16分)已知各項(xiàng)均不為零的數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,且滿足a1=c,2Sn=anan+1+r. (1) 若r=-6,數(shù)列{an}能否成為等差
7、數(shù)列?若能,求c滿足的條件;若不能,請(qǐng)說(shuō)明理由.
(2) 設(shè)Pn=++…+,Qn=++…+,若r>c>4,求證:對(duì)于一切n∈N*,不等式-n 8、a2n,… 成公差為2的等差數(shù)列, a2n=a2+2(n-1).
要使{an}為等差數(shù)列,當(dāng)且僅當(dāng)a2-a1=1.即2--c=1,r=c-c2. (4分)
∵ r=-6,∴ c2-c-6=0,得c=-2或3.
∵ 當(dāng)c=-2時(shí),a3=0不合題意,舍去.
∴ 當(dāng)且僅當(dāng)c=3時(shí),數(shù)列{an}為等差數(shù)列. (5分)
(2) 證明:a2n-1-a2n=[a1+2(n-1)]-[a2+2(n-1)]=a1-a2=c+-2.
a2n-a2n+1=[a2+2(n-1)]-(a1+2n)=a2-a1-2=-. (8分)
∴ Pn==n(n+c-1) (9分)
Qn= 9、-=-n. (10分)
Pn-Qn=n(n+c-1)+n=n2+n.(11分)
∵ r>c>4,∴ c+≥2>4,∴ c+-2>2,∴ 0<+<+=<1.(13分)
且+=+-1>-1. (14分)
又∵ r>c>4,∴ >1,則0<c-1 10、 解析:f(x)=(sinx+cosx)-|sinx-cosx|=f(x)∈.
2. (2011·徐州三模)設(shè)函數(shù)f(x)=x2-alnx與g(x)=x-的圖象分別交直線x=1于點(diǎn)A、B,且曲線y=f(x)在點(diǎn)A處的切線與曲線y=g(x)在點(diǎn)B處的切線平行.
(1) 求函數(shù)f(x),g(x)的解析式;
(2) 當(dāng)a>1時(shí),求函數(shù)h(x)=f(x)-g(x)的最小值;
(3) 當(dāng)a<1時(shí),不等式f(x)≥mg(x)在x∈上恒成立,求實(shí)數(shù)m的取值范圍.
解:(1) 由f(x)=x2-alnx,得f′(x)=2x-,由g(x)=x-,得
g′(x)=-.
又由題意得f′(1)=g′(1 11、),即2-a=-1,故a=2或a=.
當(dāng)a=2時(shí),f(x)=x2-2lnx,g(x)=x-,
當(dāng)a=時(shí),f(x)=x2-lnx,g(x)=2x-.
(2) 當(dāng)a>1時(shí),h(x)=f(x)-g(x)=x2-2lnx-x+,得
h′(x)=2x--+=-
=(-1).
由x>0,得>0.
故當(dāng)x∈(0,1)時(shí),h′(x)<0,h(x)遞減;
當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),h′(x)>0,h(x)遞增.
所以h(x)的最小值為h(1)=1-2ln1-+1=.
(3) a=時(shí),f(x)=x2-lnx,g(x)=2x-.
當(dāng)x∈時(shí),f′(x)=2x-=<0,f(x)在上為減函數(shù),f(x)≥ 12、f=+ln2.
當(dāng)x∈時(shí),g′(x)=2-=>0,g(x)在上為增函數(shù),
且g(x)≤g=1-,且g(x)≥g=0,要使不等式f(x)≥mg(x)
在x∈上恒成立,當(dāng)x=時(shí),m為任意實(shí)數(shù),當(dāng)x∈時(shí),m≤,而min==ln(4e),所以m≤ln(4e).
3. 設(shè)a為實(shí)數(shù),函數(shù)f(x)=2x2+(x-a)|x-a|.
(1) 若f(0)≥1,求a的取值范圍;
(2) 求f(x)的最小值;
(3) 設(shè)函數(shù)h(x)=f(x),x∈(a,+∞),直接寫出(不需給出演算步驟)不等式h(x)≥1的解集.
點(diǎn)撥:本小題主要考查函數(shù)的概念、性質(zhì)、圖象及解一元二次不等式等基礎(chǔ)知識(shí),考查靈活運(yùn)用 13、數(shù)形結(jié)合、分類討論的思想方法進(jìn)行探索、分析與解決問(wèn)題的綜合能力.
解:(1) 若f(0)≥1,則-a|a|≥1a≤-1.
(2) 當(dāng)x≥a時(shí),f(x)=3x2-2ax+a2,f(x)min==
當(dāng)x≤a時(shí),f(x)=x2+2ax-a2,f(x)min==
綜上可得f(x)min=
(3) x∈(a,+∞)時(shí),h(x)≥1得3x2-2ax+a2-1≥0,Δ=4a2-12(a2-1)=12-8a2.
當(dāng)a≤-或a≥時(shí),Δ≤0,x∈(a,+∞);
當(dāng)-<a<時(shí),Δ>0,得:
討論得:當(dāng)a∈時(shí),解集為(a,+∞);
當(dāng)a∈時(shí),解集為∪;
當(dāng)a∈時(shí),解集為.
基礎(chǔ)訓(xùn)練
1. 14、2x-5y=0或x+y-7=0 解析:分直線過(guò)原點(diǎn)和不過(guò)原點(diǎn)兩種情況.
2. 4或 解析:分側(cè)面矩形長(zhǎng)、寬分別為6和4或4和6兩種情況.
3. 0≤a≤1 解析: 由題知ax2-a(a+1)x+(a+1)≥0對(duì)x∈R恒成立,分a=0和a>0兩種情況討論.
4. an= 解析:在使用公式an=Sn-Sn-1時(shí)要注意條件n≥2,n∈N*.
例題選講
例1 解析:sinB=,a<b,若B為銳角,則cosB=,由余弦定理得,
c2+36-2×6×c×cosB=64,即c2-3c-28=0,∴ c=7;若B為鈍角,則cosB=-,由余弦定理得c2+36-2×6×c×cosB=64,即c2+3 15、c-28=0,
∴ c=3,故邊c的長(zhǎng)為7或3.
(注: 在三角形中,內(nèi)角的取值范圍是(0,π),b>a,cosB=,則B可能是銳角也可能是鈍角,故要分兩種情況討論.但本題如改成a=8,b=6,那情況又如何呢?)
變式訓(xùn)練 △ABC中,已知sinA=,cosB=,求cosC.
解:∵ 0<cosB=<,B∈(0,π),∴ 45°<B<90°,且sinB=.
若A為銳角,由sinA=,得A=30°,此時(shí)cosA=;
若A為鈍角,由sinA=,得A=150°,此時(shí)A+B>180°.
這與三角形的內(nèi)角和為180°相矛盾,可見A≠150°.
∴ cosC=cos[π-(A+B)]=-c 16、os(A+B)
=-(cosA·cosB-sinA·sinB)=-=.
例2 解:(1) 當(dāng)a=0時(shí),原不等式化為-x+1<0,∴ x>1.
(2) 當(dāng)a≠0時(shí),原不等式化為a(x-1)<0,
① 若a<0,則原不等式化為(x-1)>0,
∵ <0,∴ <1,∴ 不等式解為x<或x>1.
② 若a>0,則原不等式化為(x-1)<0.
(ⅰ) 當(dāng)a>1時(shí),<1,不等式解為<x<1;
(ⅱ) 當(dāng)a=1時(shí),=1,不等式解為;
(ⅲ) 當(dāng)0<a<1時(shí),>1,不等式解為1<x<.
綜上所述,得原不等式的解集為:
當(dāng)a<0時(shí),解集為;當(dāng)a=0時(shí),解集為{x|x>1};
當(dāng)0<a< 17、1時(shí),解集為;當(dāng)a=1時(shí),解集為;
當(dāng)a>1時(shí),解集為.
變式訓(xùn)練 解關(guān)于x的不等式>1(a∈R且a≠1).
解:原不等式可化為:>0,
① 當(dāng)a>1時(shí),原不等式與(x-2)>0同解.
由于=1-<1<2,
∴ 原不等式的解為∪(2,+∞).
② 當(dāng)a<1時(shí),原不等式與(x-2) <0同解.
由于=1-,
若a<0,=1-<2,解集為;
若a=0時(shí),=1-=2,解集為;
若0<a<1,=1->2,解集為.
綜上所述,當(dāng)a>1時(shí)不等式解集為∪(2,+∞);當(dāng)0<a<1時(shí),解集為;當(dāng)a=0時(shí),解集為;當(dāng)a<0時(shí),解集為.
例3 解:(1) 因?yàn)閧an}是等比數(shù)列,S 18、n>0,可得a1=S1>0,q≠0.
當(dāng)q=1時(shí),Sn=na1>0;
當(dāng)q≠1時(shí),Sn=>0,即>0(n=1,2,3,…),
∴ 或
由于n可為奇數(shù),可為偶數(shù),故q>1或-1<q<1且q≠0.
綜上,q的取值范圍是(-1,0)∪(0,+∞).
(2) 由bn=an+2-an+1=an(q2-q),∴ Tn=(q2-q)Sn.
∴ Tn-Sn=(q2-q-1)Sn=Sn.
又Sn>0,-1<q<0或q>0,-1<q<或q>時(shí)Tn>Sn;
<q<0或0<q<時(shí),Tn<Sn.
q=時(shí),Sn=Tn.
(注:等差、等比數(shù)列的通項(xiàng)、前n項(xiàng)的和是數(shù)列的基礎(chǔ),已知一個(gè)數(shù)列的前n項(xiàng)和求其通 19、項(xiàng)時(shí),對(duì)n=1與n≥2要分別予以研究,而涉及等比數(shù)列求和或用錯(cuò)位相減法求和時(shí),要對(duì)公比q是否為1進(jìn)行分類討論.)
例4 解:(1) 利用函數(shù)圖象的對(duì)稱求解函數(shù)的問(wèn)題.容易求出g(x)=-x2+2x.
(2) h(x)=-(1+λ)x2+2(1-λ)x+1,
(解法1) 為求實(shí)數(shù)λ的取值范圍,就要對(duì)λ的取值分類.
(1) 當(dāng)λ=-1時(shí),h(x)=4x+1,此時(shí)h(x)在[-1,1]上是增函數(shù),
(2) 當(dāng)λ≠-1時(shí),對(duì)稱軸方程為x=.
① 當(dāng)λ<-1時(shí),需滿足≤-1,解得λ<-1;
② 當(dāng)λ>-1時(shí),≥1,解得-1<λ≤0.
綜上可得λ≤0.
(解法2) 由題知,h′(x)=- 20、2(1+λ)x+2(1-λ)≥0對(duì)x∈[-1,1]恒成立.
即(1+x)λ≤1-x對(duì)x∈[-1,1]恒成立,顯然x=-1時(shí)上式恒成立,λ∈R,
x∈(-1,1]時(shí),λ≤=-1,
函數(shù)y=-1在x∈(-1,1]上單調(diào)減,函數(shù)的最小值為0.
∴ λ≤0,經(jīng)檢驗(yàn)符合題意.
(注:兩種解法,值得思考,在做分類討論題時(shí)要盡可能回避復(fù)雜的討論.)
變式訓(xùn)練 設(shè)0 21、1+x)<0,
所以|loga(1-x)|-|loga(1+x)|=loga(1-x)-[-loga(1+x)]
=loga(1-x2)>0,
即|loga(1-x)|>|loga(1+x)|.
② 當(dāng)a>1時(shí),由loga(1-x)<0,loga(1+x)>0,
得|loga(1-x)|-|loga(1+x)|=-loga(1-x)-loga(1+x)
=-loga(1-x2)>0,
即|loga(1-x)|>|loga(1+x)|.
由①②可知,|loga(1-x)|>|loga(1+x)|.
(注:在解答該類問(wèn)題時(shí),首先從概念出發(fā)判斷出絕對(duì)值內(nèi)的數(shù)(或式子)的符號(hào),然后再 22、去掉絕對(duì)值符號(hào)(這時(shí)需按條件進(jìn)行分類討論確定),再按照相關(guān)的法則去計(jì)算,直至得出結(jié)論.其實(shí)這道題是可以回避討論的.)
(解法2) 因?yàn)? 23、x2+2x-3=0,解得x=-3;
當(dāng)x>0時(shí),令-2+lnx=0,解得x=100,所以已知函數(shù)有兩個(gè)零點(diǎn).
5. 解:(1) f(x)=x3+mx2+nx,∴ f′(x)=x2+2mx+n.
又∵ g(x)=f′(x)-2x-3=x2+(2m-2)x+n-3在x=-2處取極值,
則g′(-2)=2(-2)+(2m-2)=0m=3,又在x=-2處取最小值-5.
則g(-2)=(-2)2+(-2)×4+n-3=-5n=2,
∴ f(x)=x3+3x2+2x.
(2) 要使f(x)=x3+mx2+nx單調(diào)遞減,則f′(x)=x2+2mx+n<0.
又遞減區(qū)間長(zhǎng)度是正整數(shù),所以f 24、′(x)=x2+2mx+n=0兩根設(shè)為a,b(a<b).即有:b-a為區(qū)間長(zhǎng)度.
又b-a===2(m,n∈N+).
又b-a為正整數(shù),且m+n<10,所以m=2,n=3或m=3,n=5符合.
6. (1) 證明:f′(x)=-=(x2-bx+1).
∵ x>1時(shí),h(x)=>0恒成立,
∴ 函數(shù)f(x)具有性質(zhì)P(b).
(2) 解:設(shè)φ(x)=x2-bx+1=2+1-,φ(x)與f′(x)的符號(hào)相同.
當(dāng)1->0,-2<b<2時(shí),φ(x)>0,f′(x)>0,故此時(shí)f(x)在區(qū)間(1,+∞)上遞增;
當(dāng)b=±2時(shí),對(duì)于x>1,有f′(x)>0,所以此時(shí)f(x)在區(qū)間(1,+∞)上遞增;
當(dāng)b<-2時(shí),φ(x)圖象開口向上,對(duì)稱軸x=<-1,而φ(0)=1.
對(duì)于x>1,總有φ(x)>0,f′(x)>0,故此時(shí)f(x)在區(qū)間(1,+∞)上遞增;
當(dāng)b>2時(shí),φ(x)圖象開口向上,對(duì)稱軸x=>1,方程φ(x)=0的兩根分別為:,,
而>1,=∈(0,1).
當(dāng)x∈時(shí),φ(x)<0,f′(x)<0,故此時(shí)f(x)在區(qū)間上遞減;
同理得:f(x)在區(qū)間上遞增.
綜上所述,當(dāng)b≤2時(shí),f(x)在區(qū)間(1,+∞)上遞增;
當(dāng)b>2時(shí),f(x)在上遞減;
f(x)在上遞增.
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