2018年高考數(shù)學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題22 數(shù)學(xué)思想方法講學(xué)案 理
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1、 專題22 數(shù)學(xué)思想方法 函數(shù)與方程思想在高考中也是必考內(nèi)容,特別是在函數(shù)、解析幾何、三角函數(shù)等處都可能考到,幾乎大多數(shù)年份高考中大題都會(huì)涉及到.因此認(rèn)真體會(huì)函數(shù)與方程思想是成功高考的關(guān)鍵. 在高考題中,數(shù)形結(jié)合的題目出現(xiàn)在高中數(shù)學(xué)知識(shí)的方方面面上,把圖象作為工具、載體,以此尋求解題思路或制定解題方案,真正體現(xiàn)數(shù)形結(jié)合的簡(jiǎn)捷、靈活特點(diǎn)的多是填空小題。 因?yàn)閷?duì)數(shù)形結(jié)合等思想方法的考查,是對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)在更高層次的抽象和概括能力的考查,是對(duì)學(xué)生思維品質(zhì)和數(shù)學(xué)技能的考查,是新課標(biāo)高考明確的一個(gè)命題方向。 分類討論思想是歷年高考的必考內(nèi)容,它不僅是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn),也是高考的考點(diǎn),高考中經(jīng)常
2、會(huì)有一道解答題,解題思路直接依賴于分類討論. 預(yù)測(cè)以后的高考,將會(huì)一如既往地考查分類討論思想,特別在解答題中(尤其導(dǎo)數(shù)與函數(shù)),將有一道進(jìn)行分類、求解的把關(guān)題,選擇題、填空題也會(huì)出現(xiàn)不同情形的分類討論求解題. 化歸與轉(zhuǎn)化的思想在高考中必然考到,主要可能出現(xiàn)在立體幾何的大題中,將空間立體幾何的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面幾何問(wèn)題,解析幾何大題中求范圍問(wèn)題的題轉(zhuǎn)化為求函數(shù)值域范圍問(wèn)題等,總之將復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單問(wèn)題是高考中解決問(wèn)題的重要思想方法. 一、函數(shù)與方程思想 一般地,函數(shù)思想就是構(gòu)造函數(shù)從而利用函數(shù)的圖象與性質(zhì)解題,經(jīng)常利用的性質(zhì)是:?jiǎn)握{(diào)性、奇偶性、周期性、最大值和最小值、圖象變換等.在解題
3、中,善于挖掘題目的隱含條件,構(gòu)造出函數(shù)解析式和巧用函數(shù)的性質(zhì),是應(yīng)用函數(shù)思想的關(guān)鍵,它廣泛地應(yīng)用于方程、不等式、數(shù)列等問(wèn)題. 1.方程思想就是將所求的量(或與所求的量相關(guān)的量)設(shè)成未知數(shù),用它表示問(wèn)題中的其他各量,根據(jù)題中的已知條件列出方程(組),通過(guò)解方程(組)或?qū)Ψ匠?組)進(jìn)行研究,使問(wèn)題得到解決. 2.方程思想與函數(shù)思想密切相關(guān):方程f(x)=0的解就是函數(shù)y=f(x)的圖象與x軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo);函數(shù)y=f(x)也可以看作二元方程f(x)-y=0,通過(guò)方程進(jìn)行研究,方程f(x)=a有解,當(dāng)且僅當(dāng)a屬于函數(shù)f(x)的值域.函數(shù)與方程的這種相互轉(zhuǎn)化關(guān)系十分重要. 可用函數(shù)與方程思想解決
4、的相關(guān)問(wèn)題. 1.函數(shù)思想在解題中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面: (1)借助有關(guān)初等函數(shù)的性質(zhì),解有關(guān)求值、解(證)不等式、解方程以及討論參數(shù)的取值范圍等問(wèn)題; (2)在研究問(wèn)題中通過(guò)建立函數(shù)關(guān)系式或構(gòu)造中間函數(shù),把研究的問(wèn)題化為討論函數(shù)的有關(guān)性質(zhì),達(dá)到化難為易、化繁為簡(jiǎn)的目的. 2.方程思想在解題中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在四個(gè)方面: (1)解方程或解不等式; (2)帶參變數(shù)的方程或不等式的討論,常涉及一元二次方程的判別式、根與系數(shù)的關(guān)系、區(qū)間根、區(qū)間上恒成立等知識(shí)的應(yīng)用; (3)需要轉(zhuǎn)化為方程的討論,如曲線的位置關(guān)系等; (4)構(gòu)造方程或不等式求解問(wèn)題. 二、數(shù)形結(jié)合的數(shù)學(xué)思想 數(shù)形
5、結(jié)合的數(shù)學(xué)思想:包含“以形助數(shù)”和“以數(shù)輔形”兩個(gè)方面,其應(yīng)用大致可以分為兩種情形:一是借助形的生動(dòng)性和直觀性來(lái)闡明數(shù)之間的聯(lián)系,即以形作為手段,數(shù)作為目的,比如應(yīng)用函數(shù)的圖象來(lái)直觀地說(shuō)明函數(shù)的性質(zhì);二是借助于數(shù)的精確性和規(guī)范嚴(yán)密性來(lái)闡明形的某些屬性,即以數(shù)作為手段,形作為目的,如應(yīng)用曲線的方程來(lái)精確地闡明曲線的幾何性質(zhì).。 應(yīng)用數(shù)形結(jié)合的思想,應(yīng)注意以下數(shù)與形的轉(zhuǎn)化: 數(shù)形結(jié)合思想解決的問(wèn)題常有以下幾種: (1)構(gòu)建函數(shù)模型并結(jié)合其圖象求參數(shù)的取值范圍; (2)構(gòu)建函數(shù)模型并結(jié)合其圖象研究方程根的范圍; (3)構(gòu)建函數(shù)模型并結(jié)合其圖象研究量與量之間的大小關(guān)系; (4)構(gòu)建函數(shù)模型
6、并結(jié)合其幾何意義研究函數(shù)的最值問(wèn)題和證明不等式; (5)構(gòu)建立體幾何模型研究代數(shù)問(wèn)題; (6)構(gòu)建解析幾何中的斜率、截距、距離等模型研究最值問(wèn)題; (7)構(gòu)建方程模型,求根的個(gè)數(shù); (8)研究圖形的形狀、位置關(guān)系、性質(zhì)等. 常見(jiàn)適用數(shù)形結(jié)合的兩個(gè)著力點(diǎn)是: 以形助數(shù)常用的有:借助數(shù)軸;借助函數(shù)圖象;借助單位圓;借助數(shù)式的結(jié)構(gòu)特征;借助于解析幾何方法. 以數(shù)助形常用的有:借助于幾何軌跡所遵循的數(shù)量關(guān)系;借助于運(yùn)算結(jié)果與幾何定理的結(jié)合。 數(shù)形結(jié)合思想是解答高考數(shù)學(xué)試題的一種常用方法與技巧,特別是在解選擇題、填空題時(shí)發(fā)揮著奇特功效,這就要求我們?cè)谄綍r(shí)學(xué)習(xí)中加強(qiáng)這方面的訓(xùn)練,以提高解題
7、能力和速度.具體操作時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)準(zhǔn)確畫出函數(shù)圖象,注意函數(shù)的定義域;(2)用圖象法討論方程(特別是含參數(shù)的方程)的解的個(gè)數(shù)是一種行之有效的方法,值得注意的是首先要把方程兩邊的代數(shù)式看作是兩個(gè)函數(shù)的表達(dá)式(有時(shí)可能先作適當(dāng)調(diào)整,以便于作圖),然后作出兩個(gè)函數(shù)的圖象,由圖求解.這種思想方法體現(xiàn)在解題中,就是指在處理數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí),能夠?qū)⒊橄蟮臄?shù)學(xué)語(yǔ)言與直觀的幾何圖象有機(jī)結(jié)合起來(lái)思索,促使抽象思維和形象思維的和諧復(fù)合,通過(guò)對(duì)規(guī)范圖形或示意圖形的觀察分析,化抽象為直觀,化直觀為精確,從而使問(wèn)題得到簡(jiǎn)捷解決。 1.?dāng)?shù)形結(jié)合的途徑 (1)通過(guò)坐標(biāo)系形題數(shù)解 借助于建立直角坐標(biāo)系、復(fù)平面可以
8、將圖形問(wèn)題代數(shù)化。這一方法在解析幾何中體現(xiàn)的相當(dāng)充分(在高考中主要也是以解析幾何作為知識(shí)載體來(lái)考察的);值得強(qiáng)調(diào)的是,形題數(shù)解時(shí),通過(guò)輔助角引入三角函數(shù)也是常常運(yùn)用的技巧(這是因?yàn)槿枪降氖褂?,可以大大縮短代數(shù)推理) 實(shí)現(xiàn)數(shù)形結(jié)合,常與以下內(nèi)容有關(guān):①實(shí)數(shù)與數(shù)軸上的點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系;②函數(shù)與圖象的對(duì)應(yīng)關(guān)系;③曲線與方程的對(duì)應(yīng)關(guān)系;④以幾何元素和幾何條件為背景,建立起來(lái)的概念,如復(fù)數(shù)、三角函數(shù)等;⑤所給的等式或代數(shù)式的結(jié)構(gòu)含有明顯的幾何意義。。 常見(jiàn)方法有: ①解析法:建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系(直角坐標(biāo)系,極坐標(biāo)系),引進(jìn)坐標(biāo)將幾何圖形變換為坐標(biāo)間的代數(shù)關(guān)系。 ②三角法:將幾何問(wèn)題與三角形溝通,運(yùn)
9、用三角代數(shù)知識(shí)獲得探求結(jié)合的途徑。 ③向量法:將幾何圖形向量化,運(yùn)用向量運(yùn)算解決幾何中的平角、垂直、夾角、距離等問(wèn)題。把抽象的幾何推理化為代數(shù)運(yùn)算。特別是空間向量法使解決立體幾何中平行、垂直、夾角、距離等問(wèn)題變得有章可循。 (2)通過(guò)轉(zhuǎn)化構(gòu)造數(shù)題形解 許多代數(shù)結(jié)構(gòu)都有著對(duì)應(yīng)的幾何意義,據(jù)此,可以將數(shù)與形進(jìn)行巧妙地轉(zhuǎn)化.例如,將a>0與距離互化,將a2與面積互化,將a2+b2+ab=a2+b2-2與余弦定理溝通,將a≥b≥c>0且b+c>a中的a、b、c與三角形的三邊溝通,將有序?qū)崝?shù)對(duì)(或復(fù)數(shù))和點(diǎn)溝通,將二元一次方程與直線、將二元二次方程與相應(yīng)的圓錐曲線對(duì)應(yīng)等等.這種代數(shù)結(jié)構(gòu)向幾何結(jié)構(gòu)的
10、轉(zhuǎn)化常常表現(xiàn)為構(gòu)造一個(gè)圖形(平面的或立體的)。另外,函數(shù)的圖象也是實(shí)現(xiàn)數(shù)形轉(zhuǎn)化的有效工具之一,正是基于此,函數(shù)思想和數(shù)形結(jié)合思想經(jīng)常借助于相伴而充分地發(fā)揮作用。 常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換途徑為: ①方程或不等式問(wèn)題??梢赞D(zhuǎn)化為兩個(gè)圖象的交點(diǎn)位置關(guān)系的問(wèn)題,并借助函數(shù)的圖象和性質(zhì)解決相關(guān)的問(wèn)題。 ②利用平面向量的數(shù)量關(guān)系及模的性質(zhì)來(lái)尋求代數(shù)式性質(zhì)。 (3)構(gòu)造幾何模型。通過(guò)代數(shù)式的結(jié)構(gòu)分析,構(gòu)造出符合代數(shù)式的幾何圖形,如將與正方形的面積互化,將與體積互化,將與勾股定理溝通等等。 (4)利用解析幾何中的曲線與方程的關(guān)系,重要的公式(如兩點(diǎn)間的距離,點(diǎn)到直線的距離,直線的斜率,直線的截距)、定義等來(lái)尋求
11、代數(shù)式的圖形背景及有關(guān)性質(zhì)。 2.?dāng)?shù)形結(jié)合的原則 (1)等價(jià)性原則 在數(shù)形結(jié)合時(shí),代數(shù)性質(zhì)和幾何性質(zhì)的轉(zhuǎn)換必須是等價(jià)的,否則解題將會(huì)出現(xiàn)漏洞.有時(shí),由于圖形的局限性,不能完整的表現(xiàn)數(shù)的一般性,這時(shí)圖形的性質(zhì)只能是一種直觀而淺顯的說(shuō)明,但它同時(shí)也是抽象而嚴(yán)格證明的誘導(dǎo)。 (2)雙向性原則 在數(shù)形結(jié)合時(shí),既要進(jìn)行幾何直觀的分析,又要進(jìn)行代數(shù)抽象的探索,兩方面相輔相成,僅對(duì)代數(shù)問(wèn)題進(jìn)行幾何分析(或僅對(duì)幾何問(wèn)題進(jìn)行代數(shù)分析)在許多時(shí)候是很難行得通的。 例如,在解析幾何中,我們主要是運(yùn)用代數(shù)的方法來(lái)研究幾何問(wèn)題,但是在許多時(shí)候,若能充分地挖掘利用圖形的幾何特征,將會(huì)使得復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。
12、(3)簡(jiǎn)單性原則 就是找到解題思路之后,至于用幾何方法還是用代數(shù)方法、或者兼用兩種方法來(lái)敘述解題過(guò)程,則取決于那種方法更為簡(jiǎn)單.而不是去刻意追求一種流性的模式——代數(shù)問(wèn)題運(yùn)用幾何方法,幾何問(wèn)題尋找代數(shù)方法。 三、分類討論的思想 分類討論思想是將一個(gè)較復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題分解(或分割)成若干個(gè)基礎(chǔ)性問(wèn)題,通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)性問(wèn)題的解答來(lái)實(shí)現(xiàn)解決原問(wèn)題的思想策略.對(duì)問(wèn)題實(shí)行分類與整合,分類標(biāo)準(zhǔn)等于是增加的一個(gè)已知條件,實(shí)現(xiàn)了有效增設(shè),將大問(wèn)題(或綜合性問(wèn)題)分解為小問(wèn)題(或基礎(chǔ)性問(wèn)題),優(yōu)化解題思路,降低問(wèn)題難度. 1.由數(shù)學(xué)概念引起的分類討論:有的概念本身是分類的,如絕對(duì)值、直線斜率、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函
13、數(shù)等. 2.由性質(zhì)、定理、公式的限制引起的分類討論:有的數(shù)學(xué)定理、公式、性質(zhì)是分類給出的,在不同的條件下結(jié)論不一致,如等比數(shù)列的前n項(xiàng)和公式、函數(shù)的單調(diào)性等. 3.由數(shù)學(xué)運(yùn)算要求引起的分類討論:如除法運(yùn)算中除數(shù)不為零,偶次方根為非負(fù),對(duì)數(shù)真數(shù)與底數(shù)的要求,指數(shù)運(yùn)算中底數(shù)的要求,不等式兩邊同時(shí)乘以一個(gè)正數(shù)、負(fù)數(shù),三角函數(shù)的定義域等. 4.由圖形的不確定性引起的分類討論:有的圖形類型、位置需要分類,如角的終邊所在的象限;點(diǎn)、線、面的位置關(guān)系等. 5.由參數(shù)的變化引起的分類討論:某些含有參數(shù)的問(wèn)題,如含參數(shù)的方程、不等式,由于參數(shù)的取值不同會(huì)導(dǎo)致所得結(jié)果不同,或?qū)τ诓煌膮?shù)值要運(yùn)用不同的求
14、解或證明方法. 6.由實(shí)際意義引起的討論:此類問(wèn)題在應(yīng)用題中,特別是在解決排列、組合中的計(jì)數(shù)問(wèn)題時(shí)常用. 四、化歸與轉(zhuǎn)化的思想 1、化歸與轉(zhuǎn)化的思想方法 解決數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí),常遇到一些問(wèn)題直接求解較為困難,通過(guò)觀察、分析、類比、聯(lián)想等思維過(guò)程,選擇運(yùn)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法進(jìn)行變換, 將原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)新問(wèn)題(相對(duì)來(lái)說(shuō),是自己較熟悉的問(wèn)題),通過(guò)新問(wèn)題的求解,達(dá)到解決原問(wèn)題的目的,這一思想方法我們稱之為“化歸與轉(zhuǎn)化的思想方法”. 2 、化歸與轉(zhuǎn)化的思想方法應(yīng)用的主要方向 化歸與轉(zhuǎn)化思想的實(shí)質(zhì)是揭示聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化.除極簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問(wèn)題外,每個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題的解決都是通過(guò)轉(zhuǎn)化為已知的問(wèn)題實(shí)現(xiàn)的.從這個(gè)意義
15、上講,解決數(shù)學(xué)問(wèn)題就是從未知向已知轉(zhuǎn)化的過(guò)程.化歸與轉(zhuǎn)化思想是解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的根本思想,解題的過(guò)程實(shí)際上就是一步步轉(zhuǎn)化的過(guò)程.?dāng)?shù)學(xué)中的轉(zhuǎn)化比比皆是,如未知向已知轉(zhuǎn)化,復(fù)雜問(wèn)題向簡(jiǎn)單問(wèn)題轉(zhuǎn)化,新知識(shí)向舊知識(shí)的轉(zhuǎn)化,命題之間的轉(zhuǎn)化,數(shù)與形的轉(zhuǎn)化,空間向平面的轉(zhuǎn)化,高維向低維的轉(zhuǎn)化,多元向一元的轉(zhuǎn)化,高次向低次的轉(zhuǎn)化,超越式向代數(shù)式的轉(zhuǎn)化,函數(shù)與方程的轉(zhuǎn)化等,都是轉(zhuǎn)化思想的體現(xiàn). 3、等價(jià)轉(zhuǎn)化和非等價(jià)轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化有等價(jià)轉(zhuǎn)化和非等價(jià)轉(zhuǎn)化之分.等價(jià)轉(zhuǎn)化前后是充要條件,所以盡可能使轉(zhuǎn)化具有等價(jià)性;在不得已的情況下,進(jìn)行不等價(jià)轉(zhuǎn)化,應(yīng)附加限制條件,以保持等價(jià)性,或?qū)λ媒Y(jié)論進(jìn)行必要的驗(yàn)證. 考點(diǎn)一、運(yùn)
16、用函數(shù)與方程思想解決字母(或式子)的求值或取值范圍問(wèn)題 例1.若函數(shù)f(x)=(a>0,且a≠1)的值域是[4,+∞),則實(shí)數(shù)a的取值范圍是________. 【答案】(1,2] 【解析】由題意f(x)的圖象如右圖,則 ∴1<a≤2. 【變式探究】如圖,修建一條公路需要一段環(huán)湖彎曲路段與兩條直道平滑連續(xù)(相切),已知環(huán)湖彎曲路段為某三次函數(shù)圖象的一部分,則該函數(shù)的解析式為( ) A.y=x3-x2-x B.y=x3+x2-3x C.y=x3-x D.y=x3+x2-2x 考點(diǎn)二、運(yùn)用函數(shù)與方程思想解決方程問(wèn)題 例2、設(shè)函數(shù)f(x)=則滿足f(f(a)
17、)=2f(a)的a取值范圍是( ) A. B.[0,1] C. D.[1, +∞) 【答案】C 【規(guī)律方法】 研究此類含參數(shù)的三角、指數(shù)、對(duì)數(shù)等復(fù)雜方程解的問(wèn)題,通常有兩種處理思路:一是分離參數(shù)構(gòu)建函數(shù),將方程有解轉(zhuǎn)化為求函數(shù)的值域;二是換元,將復(fù)雜方程問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉的二次方程,進(jìn)而利用二次方程解的分布情況構(gòu)建不等式或構(gòu)造函數(shù)加以解決. 【變式探究】已知函數(shù)f(x)=函數(shù)g(x)=b-f(2-x),其中b∈R,若函數(shù)y=f(x)-g(x)恰有4個(gè)零點(diǎn),則b的取值范圍是( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】記h(x)=-f(2-x)在同一
18、坐標(biāo)系中作出f(x)與h(x)的圖象如圖,直線AB:y=x-4,當(dāng)直線l∥AB且與f(x)的圖象相切時(shí),由 解得b′=-,--(-4)=, 所以曲線h(x)向上平移個(gè)單位后,所得圖象與f(x)的圖象有四個(gè)公共點(diǎn),平移2個(gè)單位后,兩圖象有無(wú)數(shù)個(gè)公共點(diǎn),因此,當(dāng)<b<2時(shí),f(x)與g(x)的圖象有四個(gè)不同的交點(diǎn),即y=f(x)-g(x)恰有4個(gè)零點(diǎn).選D. 考點(diǎn)三、運(yùn)用函數(shù)與方程思想解決不等式問(wèn)題 例3.已知函數(shù)f(x)=若存在實(shí)數(shù)b,使函數(shù)g(x)=f(x)-b有兩個(gè)零點(diǎn),則a的取值范圍是________. 【答案】(-∞,0)∪(1,+∞) 【規(guī)律方法】 (1)在解決值
19、的大小比較問(wèn)題時(shí),通過(guò)構(gòu)造適當(dāng)?shù)暮瘮?shù),利用函數(shù)的單調(diào)性或圖象解決是一種重要思想方法. (2)在解決不等式恒成立問(wèn)題時(shí),一種重要的思想方法就是構(gòu)造適當(dāng)?shù)暮瘮?shù),利用函數(shù)的圖象和性質(zhì)解決問(wèn)題.同時(shí)要注意在一個(gè)含多個(gè)變量的數(shù)學(xué)問(wèn)題中,需要確定合適的變量和參數(shù),從而揭示函數(shù)關(guān)系,使問(wèn)題更明朗化,一般地,已知存在范圍的量為變量,而待求范圍的量為參數(shù). (3)在解決不等式證明問(wèn)題時(shí),構(gòu)造適當(dāng)?shù)暮瘮?shù),利用函數(shù)方法解題是近幾年各省市高考的一個(gè)熱點(diǎn).用導(dǎo)數(shù)來(lái)解決不等式問(wèn)題時(shí),一般都要先根據(jù)欲證的不等式構(gòu)造函數(shù),然后借助導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性情況,再結(jié)合在一些特殊點(diǎn)處的函數(shù)值得到欲證的不等式. 【變式探究】
20、設(shè)函數(shù)f(x)=2x3+3ax2+3bx+8c在x=1及x=2時(shí)取到極值.
(1)求a,b的值;
(2)若對(duì)于任意的x∈[0,3]都有f(x)
21、時(shí)1與2都是極值點(diǎn),
因此a=-3,b=4,f(x)=2x3-9x2+12x+8c.
(2)由(1)知函數(shù)y=f(x)在x=1處取到極大值f(1)=5+8c,在x=2處取到極小值f(2)=4+8c.
因?yàn)閒(0)=8c,f(3)=9+8c,
所以當(dāng)x∈[0,3]時(shí),函數(shù)y=f(x)的最大值是f(3)=9+8c,所以要使對(duì)于任意的x∈[0,3]都有f(x)
22、區(qū)邊界的直線型公路,記兩條相互垂直的公路為l1,l2,山區(qū)邊界曲線為C,計(jì)劃修建的公路為l,如圖所示,M,N為C的兩個(gè)端點(diǎn),測(cè)得點(diǎn)M到l1,l2的距離分別為5千米和40千米,點(diǎn)N到l1,l2的距離分別為20千米和2.5千米,R以l2,l1所在的直線分別為x,y軸,建立平面直角坐標(biāo)系xOy,假設(shè)曲線C符合函數(shù)y=(其中a,b為常數(shù))模型. (1)求a,b的值; (2)設(shè)公路l與曲線C相切于P點(diǎn),P的橫坐標(biāo)為t. ①請(qǐng)寫出公路l長(zhǎng)度的函數(shù)解析式f(t),并寫出其定義域; ②當(dāng)t為何值時(shí),公路l的長(zhǎng)度最短?求出最短長(zhǎng)度. 解 (1)由題意知,點(diǎn)M,N的坐標(biāo)分別為(5,40),(20,
23、2.5). 將其分別代入 y=,得 解得 (2)①由(1)知,y=(5≤x≤20), 則點(diǎn)P的坐標(biāo)為, 【規(guī)律方法】 解析幾何、立體幾何及其實(shí)際應(yīng)用等問(wèn)題中的最優(yōu)化問(wèn)題,一般利用函數(shù)思想來(lái)解決,思路是先選擇恰當(dāng)?shù)淖兞拷⒛繕?biāo)函數(shù),再用函數(shù)的知識(shí)來(lái)解決. 【變式探究】某地建一座橋,兩端的橋墩已建好,這兩橋墩相距m米,余下工程只需要建兩端橋墩之間的橋面和橋墩,經(jīng)預(yù)測(cè),一個(gè)橋墩的工程費(fèi)用為256萬(wàn)元,距離為x米的相鄰兩橋墩之間的橋面工程費(fèi)用為(2+)x萬(wàn)元.假設(shè)橋墩等距離分布,所有橋墩都視為點(diǎn),且不考慮其他因素,記余下工程的費(fèi)用為y萬(wàn)元. (1)試寫出y關(guān)于x的函數(shù)關(guān)系
24、式. (2)當(dāng)m=640米時(shí),需新建多少個(gè)橋墩才能使y最小? 【解析】(1)設(shè)需要新建n個(gè)橋墩,(n+1)x=m, 即n=-1,所以y=f(x)=256n+(n+1)(2+)x=256+(2+)x =+m+2m-256. 【小結(jié)反思】 1.函數(shù)與方程思想在許多容易題中也有很多體現(xiàn). 2.有很多時(shí)候可以將方程看成函數(shù)來(lái)研究,這就是函數(shù)思想. 3.有些時(shí)候可以將函數(shù)看成方程來(lái)研究,這就是最簡(jiǎn)單的方程思想.我們可以有意通過(guò)函數(shù)思想部分訓(xùn)練提升自己的數(shù)學(xué)能力. 考點(diǎn)五、 用數(shù)形結(jié)合思想解決方程、不等式及函數(shù)的有關(guān)性質(zhì)問(wèn)題 例5、(1)已知:函數(shù)f(x)滿足下面關(guān)系:①f(x+1)
25、=f(x-1);②當(dāng)x∈[-1,1]時(shí),f(x)=x2,則方程f(x)=lg x解的個(gè)數(shù)是( ) A.5個(gè) B.7個(gè) C.9個(gè) D.10個(gè) (2)設(shè)有函數(shù)f(x)=a+和g(x)=x+1,已知x∈[-4,0]時(shí)恒有f(x)≤g(x),求實(shí)數(shù)a的取值范圍. 思路點(diǎn)撥:(1)在同一坐標(biāo)系中畫出y=f(x)和y=lg x的圖象,由它們交點(diǎn)個(gè)數(shù)判斷方程的解的個(gè)數(shù). (2)先將不等式f(x)≤g(x)轉(zhuǎn)化為≤x+1-a,然后在同一坐標(biāo)系中分別作出函數(shù)y=和y=x+1-a的圖象,移動(dòng)y=x+1-a的圖象使其滿足條件,數(shù)形結(jié)合得要滿足的數(shù)量關(guān)系. 解析:(1)由題意可知,f(x)是以2為周
26、期,值域?yàn)閇0,1]的函數(shù).又f(x)=lg x,則x∈(0,10],畫出兩函數(shù)圖象,則交點(diǎn)個(gè)數(shù)即為解的個(gè)數(shù). 由圖象可知共9個(gè)交點(diǎn),故選C. (2)f(x)≤g(x),即a+≤x+1, 變形得≤x+1-a, 令y=,① y=x+1-a,② 誤區(qū)警示:作圖時(shí)弄清y=lg x的圖象何時(shí)超過(guò)1,否則易造成結(jié)果錯(cuò)誤. 【規(guī)律方法】 (1)用函數(shù)的圖象討論方程(特別是含參數(shù)的指數(shù)、對(duì)數(shù)、根式、三角等復(fù)雜方程)的解的個(gè)數(shù)是一種重要的思想方法,其基本思想是先把方程兩邊的代數(shù)式看作是兩個(gè)熟悉函數(shù)的表達(dá)式(不熟悉時(shí),需要作適當(dāng)變形轉(zhuǎn)化為兩個(gè)熟悉的函數(shù)),然后在同一坐標(biāo)系中作出兩個(gè)
27、函數(shù)的圖象,圖象的交點(diǎn)個(gè)數(shù)即為方程解的個(gè)數(shù). (2)解不等式問(wèn)題經(jīng)常聯(lián)系函數(shù)的圖象,根據(jù)不等式中量的特點(diǎn),選擇適當(dāng)?shù)膬蓚€(gè)(或多個(gè))函數(shù),利用兩個(gè)函數(shù)圖象的上、下位置關(guān)系轉(zhuǎn)化的數(shù)量關(guān)系來(lái)解決不等式的解的問(wèn)題,往往可以避免繁瑣的運(yùn)算,獲得簡(jiǎn)捷的解答. (3)函數(shù)的單調(diào)性經(jīng)常聯(lián)系函數(shù)圖象的升、降,奇偶性經(jīng)常聯(lián)系函數(shù)圖象的對(duì)稱性,最值(值域)經(jīng)常聯(lián)系函數(shù)圖象的最高、最低點(diǎn)的縱坐標(biāo). 【變式探究】已知定義在R上的奇函數(shù)f(x),滿足f(x-4)=-f(x),且在區(qū)間[0,2]上是增函數(shù),若方程f(x)=m(m>0)在區(qū)間[-8,8]上有四個(gè)不同的根x1,x2,x3,x4,則x1+x2+x3+x4
28、=________. 【答案】-8. 考點(diǎn)六、用數(shù)形結(jié)合思想解決參數(shù)、代數(shù)式的最值、取值范圍問(wèn)題 例6、 (1)已知x,y滿足條件+=1,求y-3x的最大值與最小值. (2)已知實(shí)數(shù)x,y滿足不等式組求函數(shù)z=的值域. 思路點(diǎn)撥:(1)令b=y(tǒng)-3x,即y=3x+b,視b為直線y=3x+b的截距,而直線與橢圓必有公共點(diǎn),故相切時(shí),b有最值. (2)此題可轉(zhuǎn)化成過(guò)點(diǎn)(-1,-3)與不等式組表示區(qū)域的點(diǎn)的連線的斜率的范圍. 【解析】(1)令y-3x=b,則y=3x+b,原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為在橢圓+=1上找一點(diǎn),使過(guò)該點(diǎn)的直線斜率為3,且在y軸上有最大截距或最小截距. 由圖可知,當(dāng)直
29、線y=3x+b與橢圓+=1相切時(shí),有最大或最小的截距. 將y=3x+b代入+=1, 由圖顯見(jiàn),過(guò)點(diǎn)P和點(diǎn)A(0,2)的直線斜率最大, zmax==5. 過(guò)點(diǎn)P向半圓作切線,切線的斜率最?。? 設(shè)切點(diǎn)為B(a,b),則過(guò)點(diǎn)B的切線方程為ax+by=4.又B在半圓周上,P在切線上,則有又a>0, 解得因此zmin=. 綜上可知函數(shù)的值域?yàn)? 誤區(qū)警示:此題很容易犯的錯(cuò)誤是由z=得到點(diǎn)(-1,-3)的坐標(biāo)時(shí),很容易寫成(1,3),所以做題時(shí)要看清順序. 【規(guī)律方法】 如果參數(shù)、代數(shù)式的結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含著明顯的幾何特征,一般考慮用數(shù)形結(jié)合的方法來(lái)解題,即所謂的幾何法求解,比較常見(jiàn)
30、的對(duì)應(yīng)有: (1)y=kx+b中k表示直線的斜率,b表示直線在y軸上的截距. (2)表示坐標(biāo)平面上兩點(diǎn)(a,b),(m,n)連線的斜率. (3)表示坐標(biāo)平面上兩點(diǎn)(a,b),(m,n)之間的距離. (4)導(dǎo)函數(shù)f′(x0)表示曲線在點(diǎn)(x0,f(x0))處切線的斜率. 只要具有一定的觀察能力,再掌握常見(jiàn)的數(shù)與形的對(duì)應(yīng)類型,就一定能得心應(yīng)手地運(yùn)用數(shù)形結(jié)合的思想方法. 【變式探究】已知x,y滿足條件+=1,求5x+4y的最大值與最小值. 考點(diǎn)七、根據(jù)數(shù)學(xué)的概念分類討論 例7、設(shè)0<x<1,a>0且a≠1,比較|loga(1-x)|與|loga(1+x)|的大?。? 思路點(diǎn)撥:先
31、利用0<x<1確定1-x與1+x的范圍,再利用絕對(duì)值及對(duì)數(shù)函數(shù)的概念分類討論兩式差與0的大小關(guān)系,從而比較出大小. 【規(guī)律方法】 本題是由對(duì)數(shù)函數(shù)的概念內(nèi)涵引起的分類討論,我們稱為概念分類型.由概念內(nèi)涵引起的分類還有很多:如絕對(duì)值|a|分a>0,a=0,a<0三種情況;直線的斜率分傾斜角θ≠90°,斜率k存在,傾斜角θ=90°,斜率不存在;指數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)[y=ax(a>0且a≠1)與y=logax(a>0且a≠1)]可分為a>1,0<a<1兩種類型;直線的截距式分直線過(guò)原點(diǎn)時(shí)[為y=kx],不過(guò)原點(diǎn)時(shí)等. 考點(diǎn)八、根據(jù)運(yùn)算的要求或性質(zhì)、定理、公式的條件分類討論 例8、在等差數(shù)列{a
32、n}中,a1=1,滿足a2n=2an,n=1,2,… (1)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式; (2)記bn=anpan(p>0),求數(shù)列{bn}的前n項(xiàng)和Tn. 思路點(diǎn)撥:(1)由a2n=2an,n=1,2,…求出公差d,即得{an}的通項(xiàng)公式. (2)先求{bn}的通項(xiàng)公式,然后用錯(cuò)位相減可求Tn,但由于公比q不確定,故用等比數(shù)列前n項(xiàng)和公式求Tn時(shí)要分類討論. 【解析】(1)設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d, 由a2n=2an得a2=2a1=2,所以d=a2-a1=1. 又a2n=an+nd=an+n=2an, 【規(guī)律方法】 (1)一次函數(shù)、二次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)的單
33、調(diào)性,均值定理,等比數(shù)列的求和公式等性質(zhì)、定理與公式在不同的條件下有不同的結(jié)論,或者在一定的限制條件下才成立,這時(shí)要小心,應(yīng)根據(jù)題目條件確定是否進(jìn)行分類討論. (2)分類討論的有些問(wèn)題是由運(yùn)算的需要引發(fā)的.比如除法運(yùn)算中分母能否為零的討論;解方程及不等式兩邊同乘以一個(gè)數(shù)是否為零,是正數(shù),還是負(fù)數(shù)的討論;二次方程運(yùn)算中對(duì)兩根大小的討論;求函數(shù)單調(diào)性時(shí),導(dǎo)數(shù)正負(fù)的討論;排序問(wèn)題;差值比較中的差的正負(fù)的討論;有關(guān)去絕對(duì)值或根號(hào)問(wèn)題中等價(jià)變形引發(fā)的討論等. 考點(diǎn)九、根據(jù)字母的取值情況分類討論 例9、已知函數(shù)f(x)=2x3-3x. (1)求f(x)在區(qū)間[-2,1]上的最大值; (2)若過(guò)
34、點(diǎn)P(1,t)存在3條直線與曲線y=f(x)相切,求t的取值范圍; (3)問(wèn)過(guò)點(diǎn)A(-1,2),B(2,10),C(0,2)分別存在幾條直線與曲線y=f(x)相切(只需寫出結(jié)論)? 【解析】(1)由f(x)=2x3-3x得f′(x)=6x2-3,令f′(x)=0,得x=-或x=,因?yàn)閒(-2)=-10,f=,f=-,f(1)=-1, 所以f(x)在區(qū)間[-2,1]上的最大值為f=. (2)設(shè)過(guò)點(diǎn)P(1,t)的直線與曲線y=f(x)相切于點(diǎn)(x0,y0), 則y0=2x-3x0,且切線斜率為k=6x-3,所以切線方程為y-y0=(6x-3)(x-x0), 因此t-y0=(6x-3)(
35、1-x0),整理得:4x-6x+t+3=0, 設(shè)g(x)=4x3-6x2+t+3,則“過(guò)點(diǎn)P(1,t)存在3條直線與曲線y=f(x)相切”等價(jià)于“g(x)有3個(gè)不同零點(diǎn)”, 【規(guī)律方法】 題目中含有參數(shù)的問(wèn)題(含參型),主要包括:含有參數(shù)的不等式的求解;含有參數(shù)的方程的求解;對(duì)于解析式系數(shù)是參數(shù)的函數(shù),求最值與單調(diào)性問(wèn)題;二元二次方程表示曲線類型的判定等.求解這類問(wèn)題的一般思路是:結(jié)合參數(shù)的意義及對(duì)結(jié)果的影響而進(jìn)行分類討論.討論時(shí),應(yīng)全面分析參數(shù)變化引起結(jié)論的變化情況,參數(shù)有幾何意義時(shí)還要考慮適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想. 考點(diǎn)十、根據(jù)圖形位置或形狀變動(dòng)分類討論 例10、長(zhǎng)方形ABCD中
36、,|AB|=4,|BC|=8,在BC邊上取一點(diǎn)P,使|BP|=t,線段AP的垂直平分線與長(zhǎng)方形的邊的交點(diǎn)為Q,R時(shí),用t表示|QR|. 思路點(diǎn)撥:建立平面直角坐標(biāo)系,設(shè)法求出點(diǎn)Q,R的坐標(biāo),利用兩點(diǎn)間的距離公式建模. y=4, 可得Q,R, 這時(shí)|QR|= ; 當(dāng)4<t≤8時(shí),Q,R兩點(diǎn)分別在BC,AD上, 對(duì)方程①分別令y=0和y=4, 可得Q,R, 這時(shí)|QR|=. 綜上所述:當(dāng)0≤t≤8-4時(shí),|QR|=2; 當(dāng)8-4<t≤4時(shí),|QR|= ; 當(dāng)4<t≤8時(shí),|QR|=. 【規(guī)律方法】 一般由圖形的位置或形狀變動(dòng)引發(fā)的討論包括:二次函數(shù)對(duì)稱軸位置的變動(dòng);函數(shù)問(wèn)
37、題中區(qū)間的變動(dòng);函數(shù)圖象形狀的變動(dòng);直線由斜率引起的位置變動(dòng);圓錐曲線由焦點(diǎn)引起的位置變動(dòng)或由離心率引起的形狀變動(dòng);立體幾何中點(diǎn)、線、面的位置變動(dòng)等. 【小結(jié)反思】 1.分類討論的思想方法的步驟:(1)確定標(biāo)準(zhǔn);(2)合理分類;(3)逐類討論;(4)歸納總結(jié). 2.簡(jiǎn)化分類討論的策略:(1)消去參數(shù);(2)整體換元;(3)變更主元;(4)考慮反面;(5)整體變形;(6)數(shù)形結(jié)合;(7)縮小范圍等. 3.進(jìn)行分類討論時(shí),我們要遵循的原則是:分類的對(duì)象是確定的,標(biāo)準(zhǔn)是統(tǒng)一的,不遺漏、不重復(fù),科學(xué)地劃分,分清主次,不越級(jí)討論.其中最重要的一條是“不漏不重”. 4.解題時(shí)把好“四關(guān)”.
38、
(1)要深刻理解基本知識(shí)與基本原理,把好“基礎(chǔ)關(guān)”;
(2)要找準(zhǔn)劃分標(biāo)準(zhǔn),把好“分類關(guān)”;
(3)要保證條理分明,層次清晰,把好“邏輯關(guān)”;
(4)要注意對(duì)照題中的限制條件或隱含信息,合理取舍,把好“檢驗(yàn)關(guān)”.
考點(diǎn)十一、 數(shù)列問(wèn)題化歸為函數(shù)問(wèn)題解決
例11、某廠2016年生產(chǎn)利潤(rùn)逐月增加,且每月增加的利潤(rùn)相同,但由于廠方正在改造建設(shè),1月份投入資金建設(shè)恰好與1月份的利潤(rùn)相等,隨著投入資金的逐月增加,且每月增加投入的百分率相同,到12月投入建設(shè)資金又恰好與12月的生產(chǎn)利潤(rùn)相同,則全年總利潤(rùn)M與全年總投入N的大小關(guān)系是( )
A.M>N B.M 39、N D.無(wú)法確定
【答案】A
【解析】每月的利潤(rùn)組成一個(gè)等差數(shù)列{an},且公差d>0,每月的投入資金組成一個(gè)等比數(shù)列{bn},且公比q>1.a1=b1,且a12=b12,比較S12與T12的大?。糁苯忧蠛停茈y比較出其大小,但注意到等差數(shù)列的通項(xiàng)公式an=a1+(n-1)d是關(guān)于n的一次函數(shù),其圖象是一條直線上的一些點(diǎn)列.等比數(shù)列的通項(xiàng)公式bn=a1qn-1是關(guān)于n的指數(shù)函數(shù),其圖象是指數(shù)函數(shù)上的一些點(diǎn)列.
在同一坐標(biāo)系中畫出圖象,直觀地可以看出ai≥bi,則S12>T12,即M>N.
點(diǎn)評(píng):把一個(gè)原本是求和的問(wèn)題,轉(zhuǎn)化到各項(xiàng)的逐一比較大小,而一次函 40、數(shù)、指數(shù)函數(shù)的圖象又是學(xué)生所熟悉的.在對(duì)問(wèn)題的化歸過(guò)程中進(jìn)一步挖掘了問(wèn)題的內(nèi)涵,通過(guò)對(duì)問(wèn)題的反思、再加工后,使問(wèn)題直觀、形象,使解答更清新.
考點(diǎn)十二、立體幾何問(wèn)題通過(guò)轉(zhuǎn)化得以解決
例12、 在三棱錐PABC中,已知PA⊥BC,PA=BC=l,PA,BC的公垂線ED=h.求證:三棱錐PABC的體積V=l2h.
思路點(diǎn)撥:如視P為頂點(diǎn),△ABC為底面,則無(wú)論是S△ABC以及高h(yuǎn)都不好求.如果觀察圖形,換個(gè)角度看問(wèn)題,創(chuàng)造條件去應(yīng)用三棱錐體積公式,則可走出困境.
點(diǎn)評(píng):輔助截面ECB的添設(shè)使問(wèn)題轉(zhuǎn)化為已知問(wèn)題,迎刃而解.
考點(diǎn)十三、函數(shù)與不等式中變換主元將二次函數(shù)問(wèn)題化歸為 41、一次函數(shù)解決
例13、若不等式x2+px>4x+p-3對(duì)一切0≤p≤4均成立,試求實(shí)數(shù)x的取值范圍.
點(diǎn)評(píng):在有幾個(gè)變量的問(wèn)題中,常常有一個(gè)變量處于主要地位,我們稱之為主元,由于思維定勢(shì)的影響,在解決這類問(wèn)題時(shí),我們總是緊緊抓住主元不放,這在很多情況下是正確的.但在某些特定條件下,此路往往不通,這時(shí)若能變更主元,轉(zhuǎn)變其他變量在問(wèn)題中的地位,就能使問(wèn)題迎刃而解.本題中,若視x為主元來(lái)處理,既繁且易出錯(cuò),將主元進(jìn)行轉(zhuǎn)化,使問(wèn)題變成關(guān)于p的一次不等式,問(wèn)題實(shí)現(xiàn)了從高維向低維的轉(zhuǎn)化,解題簡(jiǎn)單易行.
【小結(jié)反思】
1.化歸與轉(zhuǎn)化應(yīng)遵循的基本原則:
(1)熟悉化原則.將陌生的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉的 42、問(wèn)題,以利于我們運(yùn)用熟知的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和問(wèn)題來(lái)解決.
(2)簡(jiǎn)單化原則.將復(fù)雜的問(wèn)題化歸為簡(jiǎn)單問(wèn)題,通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單問(wèn)題的解決,達(dá)到解決復(fù)雜問(wèn)題的目的,或獲得某種解題的啟示和依據(jù).
(3)和諧化原則.化歸問(wèn)題的條件或結(jié)論,使其表現(xiàn)形式更符合數(shù)與形內(nèi)部所表示的和諧的形式,或者轉(zhuǎn)化命題,使其推演有利于運(yùn)用某種數(shù)學(xué)方法或其方法符合人們的思維規(guī)律.
(4)直觀化原則.將比較抽象的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為比較直觀的問(wèn)題來(lái)解決.
(5)正難則反原則.當(dāng)問(wèn)題正面討論遇到困難時(shí),可考慮問(wèn)題的反面,設(shè)法從問(wèn)題的反面去探求,使問(wèn)題獲解.
2.熟練、扎實(shí)地掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和基本方法是轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ);豐富的聯(lián)想、機(jī)敏細(xì)微的觀察、比較、類比是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的橋梁;培養(yǎng)訓(xùn)練自己自覺(jué)的化歸與轉(zhuǎn)化意識(shí),需要對(duì)定理、公式、法則有本質(zhì)上的深刻理解和對(duì)典型習(xí)題的總結(jié)和提煉,要積極主動(dòng)有意識(shí)地去發(fā)現(xiàn)事物之間的本質(zhì)聯(lián)系.
“抓基礎(chǔ),重轉(zhuǎn)化”是學(xué)好中學(xué)數(shù)學(xué)的金鑰匙.
3.為了實(shí)施有效的化歸,既可以變更問(wèn)題的條件,也可以變更問(wèn)題的結(jié)論;既可以變換問(wèn)題的內(nèi)部結(jié)構(gòu),也可以變換問(wèn)題的外部形式;既可以從代數(shù)的角度去認(rèn)識(shí)問(wèn)題,也可以從幾何的角度去認(rèn)識(shí)問(wèn)題.
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