王芳
分類(lèi)討論是中學(xué)階段的重要數(shù)學(xué)思想,在解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中有著重要的作用. 什么時(shí)候
探訪分類(lèi)討論之“源”
先來(lái)看下面三個(gè)問(wèn)題.
①若一個(gè)實(shí)數(shù)的3倍是4,試求這個(gè)實(shí)數(shù),只需解關(guān)于x的方程3x=4.
②若一個(gè)實(shí)數(shù)的倍是,試求這個(gè)實(shí)數(shù),只需解關(guān)于x的方程x=.
③若一個(gè)實(shí)數(shù)的倍是6,試求這個(gè)實(shí)數(shù),只需解關(guān)于x的方程x=6.
以上問(wèn)題求解十分簡(jiǎn)單,除未知數(shù)x外,其余涉及的都是具體數(shù)字. 如果用字母a,b來(lái)表示,將問(wèn)題一般化,則有:
例 1 若一個(gè)實(shí)數(shù)的a倍是b,試求出這個(gè)實(shí)數(shù),其中a∈R且b∈R.
同樣地,解方程ax=b即可得解.
但是,a,b擁有了更大的取值空間,也遇到了一個(gè)意外——a可以為0. 在a=0的情況下,x=不成立. 此時(shí)“ax=b”變成了“0×x=b”,方程是否無(wú)解呢?不一定,這還取決于b的值.當(dāng)b=0時(shí),x取任意實(shí)數(shù)均滿足方程;當(dāng)b≠0時(shí),無(wú)論x取哪個(gè)實(shí)數(shù)均不滿足方程.因此,我們必須對(duì)例1中的a,b進(jìn)行分類(lèi)討論.
解析: 當(dāng)a≠0時(shí),x=.
當(dāng)a=0時(shí),①若b=0,則x為任意實(shí)數(shù);②若b≠0,則方程無(wú)解.
由此看來(lái),分類(lèi)討論是數(shù)學(xué)問(wèn)題一般化之后的結(jié)果,這也就是我們探訪的分類(lèi)討論之“源”.
分類(lèi)討論的另一個(gè)“源”,是某些數(shù)學(xué)概念中本身包含了分類(lèi). 例如要去掉x中的絕對(duì)值符號(hào),應(yīng)對(duì)x進(jìn)行分類(lèi)討論:x=x,x>0;0,x=0;-x,x<0.
例2 解不等式2x-4<3x+1.
解析: ①當(dāng)2x-4>0即x>2時(shí),原不等式可化為2x-4<3x+1,解得x>-5,可得x>2;
②當(dāng)2x-4=0即x=2時(shí),原不等式可化為0<7,可得x=2;
③當(dāng)2x-4<0即x<2時(shí),原不等式可化為4-2x<3x+1,解得x>,可得 綜上可得原不等式的解集為,+∞. 追尋分類(lèi)討論之“流” 不知你是否注意到:例2在得到x的三個(gè)取值范圍后,最終取了它們的“并集”,例1卻沒(méi)有. 這就涉及分類(lèi)討論之“流”,即分類(lèi)討論的流程不同,所獲得的各個(gè)階段性結(jié)果的最終處理方式也不同,有時(shí)取“并集”,有時(shí)則不然.其間是否存在著某個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)呢? 我們不妨用“程序框圖”來(lái)尋找答案(見(jiàn)圖1、圖2). 例1、例2的解答過(guò)程都運(yùn)用了分類(lèi)討論,但存在顯著差異: (1) 例1中除了未知數(shù)x外,還含有參數(shù)a,b.例2中只含有未知數(shù)x. (2) 例1的答案有多個(gè)輸出端口,而例2只有一個(gè). 如果我們對(duì)例1的三個(gè)輸出端口求“并集”,會(huì)得到{x|x∈R}是ax=b的解,這顯然是錯(cuò)誤的. 由此我們可以發(fā)現(xiàn)分類(lèi)討論最終結(jié)果的處理準(zhǔn)則: 求x,對(duì)x進(jìn)行討論,必須取“并集”;求x,對(duì)參數(shù)進(jìn)行討論,不能取“并集”.如果把它表述成更一般的判斷標(biāo)準(zhǔn),則有: 類(lèi)型Ⅰ——求甲,對(duì)甲進(jìn)行分類(lèi)討論,最終結(jié)果必須取“并集”; 類(lèi)型Ⅱ——求甲,對(duì)乙進(jìn)行分類(lèi)討論,最終結(jié)果不能取“并集”. 解題中的運(yùn)用 例3 已知函數(shù)f(x)=ax-lnx,x∈(0,e],其中e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù).若f(x)≥3恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍. 解析: 由已知得f′(x)=. 當(dāng)a≤0時(shí),f′(x)≤0,函數(shù)f(x)在(0,e]上單調(diào)遞減. f(x)min=f(e)=ae-1<0,不滿足要求. 因此a>0,此時(shí)由f′(x)==0可求得x=. ①若 ②若≥e即0 綜上可得a的取值范圍是[e2,+∞). 點(diǎn)評(píng): 求a的范圍,對(duì)a進(jìn)行討論,屬于類(lèi)型Ⅰ,最后結(jié)論應(yīng)將各個(gè)分類(lèi)討論的結(jié)果取“并集”. 例4 已知a>0,b∈R,函數(shù)f(x)=4ax3-2bx-a+b.求證:當(dāng)0≤x≤1時(shí),函數(shù)f(x)的最大值為2a-b+a. 解析: f′(x)=12ax2-2b.因?yàn)閍>0,所以當(dāng)b≤0時(shí),必有f′(x)≥0,則函數(shù)f(x)在[0,1]上單調(diào)遞增,f(x)max=f(1)=3a-b. 當(dāng)b>0時(shí),因?yàn)閤≥0,由f′(x)=0可得x=.因?yàn)?≤x≤1,所以必須再對(duì)與1的大小進(jìn)行討論. ①若<1即00,所以函數(shù)f(x)在0,上單調(diào)遞減,在,1上單調(diào)遞增,f(x)max=max{f(0), f(1)}.而f(0)=-a+b,f(1)=3a-b,所以: 當(dāng)f(1)≥f(0)即0 當(dāng)f(1) ②若≥1即b≥6a,因?yàn)閤∈[0,1],所以12ax2-2b≤0,f′(x)≤0恒成立,函數(shù)f(x)在[0,1]上單調(diào)遞減,所以f(x)max=f(0)=-a+b. 為了清楚地梳理討論過(guò)程中得到的各個(gè)結(jié)論,可以借用數(shù)軸.如圖3所示,在數(shù)軸的上方相應(yīng)地標(biāo)上f(x)的最大值:當(dāng)b≤2a時(shí)f(x)max=3a-b;當(dāng)b>2a時(shí)f(x)max=-a+b.因此得到f(x)max=2a-b+a. 點(diǎn)評(píng): 例4與例1的相同之處在于,除了x外,還含有兩個(gè)參數(shù)a,b. 分類(lèi)討論時(shí)如果有多個(gè)參數(shù),可以分別對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行討論.例1就是先對(duì)a進(jìn)行討論,再對(duì)b進(jìn)行討論.如果例4在已知條件中沒(méi)有給出a>0,也要分別對(duì)a,b進(jìn)行討論. 作為高中階段常用的思想方法,分類(lèi)討論提供了解決問(wèn)題的一種智慧——分而攻之、逐個(gè)突破.它體現(xiàn)了人類(lèi)尋求事物普遍規(guī)律的探索精神,給予我們極大的啟迪. 分類(lèi)討論源抽象, 類(lèi)型ⅠⅡ釋疑難; 過(guò)程表述有模型, 條分縷析更周詳. 【練一練】 已知a>0且a≠1,解關(guān)于x的不等式loga(20-2x)>loga(x2-4). 【參考答案】 此題屬于類(lèi)型Ⅱ. ①當(dāng)00,x2-4>0,20-2x ②當(dāng)a>1時(shí),原不等式可化為20-2x>0,x2-4>0,20-2x>x2-4.解得-6 綜上可得,當(dāng)01時(shí),不等式的解集為(-6,-2)∪(2,4).
分類(lèi)討論是中學(xué)階段的重要數(shù)學(xué)思想,在解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中有著重要的作用. 什么時(shí)候
探訪分類(lèi)討論之“源”
先來(lái)看下面三個(gè)問(wèn)題.
①若一個(gè)實(shí)數(shù)的3倍是4,試求這個(gè)實(shí)數(shù),只需解關(guān)于x的方程3x=4.
②若一個(gè)實(shí)數(shù)的倍是,試求這個(gè)實(shí)數(shù),只需解關(guān)于x的方程x=.
③若一個(gè)實(shí)數(shù)的倍是6,試求這個(gè)實(shí)數(shù),只需解關(guān)于x的方程x=6.
以上問(wèn)題求解十分簡(jiǎn)單,除未知數(shù)x外,其余涉及的都是具體數(shù)字. 如果用字母a,b來(lái)表示,將問(wèn)題一般化,則有:
例 1 若一個(gè)實(shí)數(shù)的a倍是b,試求出這個(gè)實(shí)數(shù),其中a∈R且b∈R.
同樣地,解方程ax=b即可得解.
但是,a,b擁有了更大的取值空間,也遇到了一個(gè)意外——a可以為0. 在a=0的情況下,x=不成立. 此時(shí)“ax=b”變成了“0×x=b”,方程是否無(wú)解呢?不一定,這還取決于b的值.當(dāng)b=0時(shí),x取任意實(shí)數(shù)均滿足方程;當(dāng)b≠0時(shí),無(wú)論x取哪個(gè)實(shí)數(shù)均不滿足方程.因此,我們必須對(duì)例1中的a,b進(jìn)行分類(lèi)討論.
解析: 當(dāng)a≠0時(shí),x=.
當(dāng)a=0時(shí),①若b=0,則x為任意實(shí)數(shù);②若b≠0,則方程無(wú)解.
由此看來(lái),分類(lèi)討論是數(shù)學(xué)問(wèn)題一般化之后的結(jié)果,這也就是我們探訪的分類(lèi)討論之“源”.
分類(lèi)討論的另一個(gè)“源”,是某些數(shù)學(xué)概念中本身包含了分類(lèi). 例如要去掉x中的絕對(duì)值符號(hào),應(yīng)對(duì)x進(jìn)行分類(lèi)討論:x=x,x>0;0,x=0;-x,x<0.
例2 解不等式2x-4<3x+1.
解析: ①當(dāng)2x-4>0即x>2時(shí),原不等式可化為2x-4<3x+1,解得x>-5,可得x>2;
②當(dāng)2x-4=0即x=2時(shí),原不等式可化為0<7,可得x=2;
③當(dāng)2x-4<0即x<2時(shí),原不等式可化為4-2x<3x+1,解得x>,可得 綜上可得原不等式的解集為,+∞. 追尋分類(lèi)討論之“流” 不知你是否注意到:例2在得到x的三個(gè)取值范圍后,最終取了它們的“并集”,例1卻沒(méi)有. 這就涉及分類(lèi)討論之“流”,即分類(lèi)討論的流程不同,所獲得的各個(gè)階段性結(jié)果的最終處理方式也不同,有時(shí)取“并集”,有時(shí)則不然.其間是否存在著某個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)呢? 我們不妨用“程序框圖”來(lái)尋找答案(見(jiàn)圖1、圖2). 例1、例2的解答過(guò)程都運(yùn)用了分類(lèi)討論,但存在顯著差異: (1) 例1中除了未知數(shù)x外,還含有參數(shù)a,b.例2中只含有未知數(shù)x. (2) 例1的答案有多個(gè)輸出端口,而例2只有一個(gè). 如果我們對(duì)例1的三個(gè)輸出端口求“并集”,會(huì)得到{x|x∈R}是ax=b的解,這顯然是錯(cuò)誤的. 由此我們可以發(fā)現(xiàn)分類(lèi)討論最終結(jié)果的處理準(zhǔn)則: 求x,對(duì)x進(jìn)行討論,必須取“并集”;求x,對(duì)參數(shù)進(jìn)行討論,不能取“并集”.如果把它表述成更一般的判斷標(biāo)準(zhǔn),則有: 類(lèi)型Ⅰ——求甲,對(duì)甲進(jìn)行分類(lèi)討論,最終結(jié)果必須取“并集”; 類(lèi)型Ⅱ——求甲,對(duì)乙進(jìn)行分類(lèi)討論,最終結(jié)果不能取“并集”. 解題中的運(yùn)用 例3 已知函數(shù)f(x)=ax-lnx,x∈(0,e],其中e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù).若f(x)≥3恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍. 解析: 由已知得f′(x)=. 當(dāng)a≤0時(shí),f′(x)≤0,函數(shù)f(x)在(0,e]上單調(diào)遞減. f(x)min=f(e)=ae-1<0,不滿足要求. 因此a>0,此時(shí)由f′(x)==0可求得x=. ①若 ②若≥e即0 綜上可得a的取值范圍是[e2,+∞). 點(diǎn)評(píng): 求a的范圍,對(duì)a進(jìn)行討論,屬于類(lèi)型Ⅰ,最后結(jié)論應(yīng)將各個(gè)分類(lèi)討論的結(jié)果取“并集”. 例4 已知a>0,b∈R,函數(shù)f(x)=4ax3-2bx-a+b.求證:當(dāng)0≤x≤1時(shí),函數(shù)f(x)的最大值為2a-b+a. 解析: f′(x)=12ax2-2b.因?yàn)閍>0,所以當(dāng)b≤0時(shí),必有f′(x)≥0,則函數(shù)f(x)在[0,1]上單調(diào)遞增,f(x)max=f(1)=3a-b. 當(dāng)b>0時(shí),因?yàn)閤≥0,由f′(x)=0可得x=.因?yàn)?≤x≤1,所以必須再對(duì)與1的大小進(jìn)行討論. ①若<1即00,所以函數(shù)f(x)在0,上單調(diào)遞減,在,1上單調(diào)遞增,f(x)max=max{f(0), f(1)}.而f(0)=-a+b,f(1)=3a-b,所以: 當(dāng)f(1)≥f(0)即0 當(dāng)f(1) ②若≥1即b≥6a,因?yàn)閤∈[0,1],所以12ax2-2b≤0,f′(x)≤0恒成立,函數(shù)f(x)在[0,1]上單調(diào)遞減,所以f(x)max=f(0)=-a+b. 為了清楚地梳理討論過(guò)程中得到的各個(gè)結(jié)論,可以借用數(shù)軸.如圖3所示,在數(shù)軸的上方相應(yīng)地標(biāo)上f(x)的最大值:當(dāng)b≤2a時(shí)f(x)max=3a-b;當(dāng)b>2a時(shí)f(x)max=-a+b.因此得到f(x)max=2a-b+a. 點(diǎn)評(píng): 例4與例1的相同之處在于,除了x外,還含有兩個(gè)參數(shù)a,b. 分類(lèi)討論時(shí)如果有多個(gè)參數(shù),可以分別對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行討論.例1就是先對(duì)a進(jìn)行討論,再對(duì)b進(jìn)行討論.如果例4在已知條件中沒(méi)有給出a>0,也要分別對(duì)a,b進(jìn)行討論. 作為高中階段常用的思想方法,分類(lèi)討論提供了解決問(wèn)題的一種智慧——分而攻之、逐個(gè)突破.它體現(xiàn)了人類(lèi)尋求事物普遍規(guī)律的探索精神,給予我們極大的啟迪. 分類(lèi)討論源抽象, 類(lèi)型ⅠⅡ釋疑難; 過(guò)程表述有模型, 條分縷析更周詳. 【練一練】 已知a>0且a≠1,解關(guān)于x的不等式loga(20-2x)>loga(x2-4). 【參考答案】 此題屬于類(lèi)型Ⅱ. ①當(dāng)00,x2-4>0,20-2x ②當(dāng)a>1時(shí),原不等式可化為20-2x>0,x2-4>0,20-2x>x2-4.解得-6 綜上可得,當(dāng)01時(shí),不等式的解集為(-6,-2)∪(2,4).
分類(lèi)討論是中學(xué)階段的重要數(shù)學(xué)思想,在解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中有著重要的作用. 什么時(shí)候
探訪分類(lèi)討論之“源”
先來(lái)看下面三個(gè)問(wèn)題.
①若一個(gè)實(shí)數(shù)的3倍是4,試求這個(gè)實(shí)數(shù),只需解關(guān)于x的方程3x=4.
②若一個(gè)實(shí)數(shù)的倍是,試求這個(gè)實(shí)數(shù),只需解關(guān)于x的方程x=.
③若一個(gè)實(shí)數(shù)的倍是6,試求這個(gè)實(shí)數(shù),只需解關(guān)于x的方程x=6.
以上問(wèn)題求解十分簡(jiǎn)單,除未知數(shù)x外,其余涉及的都是具體數(shù)字. 如果用字母a,b來(lái)表示,將問(wèn)題一般化,則有:
例 1 若一個(gè)實(shí)數(shù)的a倍是b,試求出這個(gè)實(shí)數(shù),其中a∈R且b∈R.
同樣地,解方程ax=b即可得解.
但是,a,b擁有了更大的取值空間,也遇到了一個(gè)意外——a可以為0. 在a=0的情況下,x=不成立. 此時(shí)“ax=b”變成了“0×x=b”,方程是否無(wú)解呢?不一定,這還取決于b的值.當(dāng)b=0時(shí),x取任意實(shí)數(shù)均滿足方程;當(dāng)b≠0時(shí),無(wú)論x取哪個(gè)實(shí)數(shù)均不滿足方程.因此,我們必須對(duì)例1中的a,b進(jìn)行分類(lèi)討論.
解析: 當(dāng)a≠0時(shí),x=.
當(dāng)a=0時(shí),①若b=0,則x為任意實(shí)數(shù);②若b≠0,則方程無(wú)解.
由此看來(lái),分類(lèi)討論是數(shù)學(xué)問(wèn)題一般化之后的結(jié)果,這也就是我們探訪的分類(lèi)討論之“源”.
分類(lèi)討論的另一個(gè)“源”,是某些數(shù)學(xué)概念中本身包含了分類(lèi). 例如要去掉x中的絕對(duì)值符號(hào),應(yīng)對(duì)x進(jìn)行分類(lèi)討論:x=x,x>0;0,x=0;-x,x<0.
例2 解不等式2x-4<3x+1.
解析: ①當(dāng)2x-4>0即x>2時(shí),原不等式可化為2x-4<3x+1,解得x>-5,可得x>2;
②當(dāng)2x-4=0即x=2時(shí),原不等式可化為0<7,可得x=2;
③當(dāng)2x-4<0即x<2時(shí),原不等式可化為4-2x<3x+1,解得x>,可得 綜上可得原不等式的解集為,+∞. 追尋分類(lèi)討論之“流” 不知你是否注意到:例2在得到x的三個(gè)取值范圍后,最終取了它們的“并集”,例1卻沒(méi)有. 這就涉及分類(lèi)討論之“流”,即分類(lèi)討論的流程不同,所獲得的各個(gè)階段性結(jié)果的最終處理方式也不同,有時(shí)取“并集”,有時(shí)則不然.其間是否存在著某個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)呢? 我們不妨用“程序框圖”來(lái)尋找答案(見(jiàn)圖1、圖2). 例1、例2的解答過(guò)程都運(yùn)用了分類(lèi)討論,但存在顯著差異: (1) 例1中除了未知數(shù)x外,還含有參數(shù)a,b.例2中只含有未知數(shù)x. (2) 例1的答案有多個(gè)輸出端口,而例2只有一個(gè). 如果我們對(duì)例1的三個(gè)輸出端口求“并集”,會(huì)得到{x|x∈R}是ax=b的解,這顯然是錯(cuò)誤的. 由此我們可以發(fā)現(xiàn)分類(lèi)討論最終結(jié)果的處理準(zhǔn)則: 求x,對(duì)x進(jìn)行討論,必須取“并集”;求x,對(duì)參數(shù)進(jìn)行討論,不能取“并集”.如果把它表述成更一般的判斷標(biāo)準(zhǔn),則有: 類(lèi)型Ⅰ——求甲,對(duì)甲進(jìn)行分類(lèi)討論,最終結(jié)果必須取“并集”; 類(lèi)型Ⅱ——求甲,對(duì)乙進(jìn)行分類(lèi)討論,最終結(jié)果不能取“并集”. 解題中的運(yùn)用 例3 已知函數(shù)f(x)=ax-lnx,x∈(0,e],其中e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù).若f(x)≥3恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍. 解析: 由已知得f′(x)=. 當(dāng)a≤0時(shí),f′(x)≤0,函數(shù)f(x)在(0,e]上單調(diào)遞減. f(x)min=f(e)=ae-1<0,不滿足要求. 因此a>0,此時(shí)由f′(x)==0可求得x=. ①若 ②若≥e即0 綜上可得a的取值范圍是[e2,+∞). 點(diǎn)評(píng): 求a的范圍,對(duì)a進(jìn)行討論,屬于類(lèi)型Ⅰ,最后結(jié)論應(yīng)將各個(gè)分類(lèi)討論的結(jié)果取“并集”. 例4 已知a>0,b∈R,函數(shù)f(x)=4ax3-2bx-a+b.求證:當(dāng)0≤x≤1時(shí),函數(shù)f(x)的最大值為2a-b+a. 解析: f′(x)=12ax2-2b.因?yàn)閍>0,所以當(dāng)b≤0時(shí),必有f′(x)≥0,則函數(shù)f(x)在[0,1]上單調(diào)遞增,f(x)max=f(1)=3a-b. 當(dāng)b>0時(shí),因?yàn)閤≥0,由f′(x)=0可得x=.因?yàn)?≤x≤1,所以必須再對(duì)與1的大小進(jìn)行討論. ①若<1即00,所以函數(shù)f(x)在0,上單調(diào)遞減,在,1上單調(diào)遞增,f(x)max=max{f(0), f(1)}.而f(0)=-a+b,f(1)=3a-b,所以: 當(dāng)f(1)≥f(0)即0 當(dāng)f(1) ②若≥1即b≥6a,因?yàn)閤∈[0,1],所以12ax2-2b≤0,f′(x)≤0恒成立,函數(shù)f(x)在[0,1]上單調(diào)遞減,所以f(x)max=f(0)=-a+b. 為了清楚地梳理討論過(guò)程中得到的各個(gè)結(jié)論,可以借用數(shù)軸.如圖3所示,在數(shù)軸的上方相應(yīng)地標(biāo)上f(x)的最大值:當(dāng)b≤2a時(shí)f(x)max=3a-b;當(dāng)b>2a時(shí)f(x)max=-a+b.因此得到f(x)max=2a-b+a. 點(diǎn)評(píng): 例4與例1的相同之處在于,除了x外,還含有兩個(gè)參數(shù)a,b. 分類(lèi)討論時(shí)如果有多個(gè)參數(shù),可以分別對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行討論.例1就是先對(duì)a進(jìn)行討論,再對(duì)b進(jìn)行討論.如果例4在已知條件中沒(méi)有給出a>0,也要分別對(duì)a,b進(jìn)行討論. 作為高中階段常用的思想方法,分類(lèi)討論提供了解決問(wèn)題的一種智慧——分而攻之、逐個(gè)突破.它體現(xiàn)了人類(lèi)尋求事物普遍規(guī)律的探索精神,給予我們極大的啟迪. 分類(lèi)討論源抽象, 類(lèi)型ⅠⅡ釋疑難; 過(guò)程表述有模型, 條分縷析更周詳. 【練一練】 已知a>0且a≠1,解關(guān)于x的不等式loga(20-2x)>loga(x2-4). 【參考答案】 此題屬于類(lèi)型Ⅱ. ①當(dāng)00,x2-4>0,20-2x ②當(dāng)a>1時(shí),原不等式可化為20-2x>0,x2-4>0,20-2x>x2-4.解得-6 綜上可得,當(dāng)01時(shí),不等式的解集為(-6,-2)∪(2,4).