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用“特殊值法”妙解“壓軸題”

2014-11-07 19:29:23
關(guān)鍵詞:對稱點(diǎn)橫坐標(biāo)壓軸

解數(shù)學(xué)題時,如果直接解原題難以入手,不妨先考察它的某些簡單特例,通過解答特例,最終達(dá)到解決原題的目的. 這種思想方法,稱為“特殊值法”.

特殊值法的邏輯依據(jù)是:對于一般性成立的結(jié)論,特殊值必然成立,而當(dāng)特殊值成立時一般性的結(jié)果未必成立. 雖然“特殊情形”只是“一般性結(jié)論”的必要條件,但若題目要求從若干結(jié)論中選取一種時,特殊值法仍然不失為一種有效的方法.

基于上述考慮,特殊值法多用于解選擇題.有時也可用于填空題,但需要更加慎重——必須首先判斷這是一個“一般性的結(jié)論”,即與題目所給的參數(shù)無關(guān). 運(yùn)用該法能有效避免“小題大做”.

從中也可發(fā)現(xiàn),特殊值法的實(shí)質(zhì)是從滿足題目所給條件的眾多情形中選擇的一種,以最少的代價換取成功. 既然如此,在符合“特殊值法”邏輯依據(jù)的前提下,也可將之運(yùn)用于解答題,尤其是具有一定難度的“壓軸題”,從而實(shí)現(xiàn)“大題小做”.

下面結(jié)合實(shí)例,探討“特殊值法”在“壓軸題”中的運(yùn)用.

用特殊值法尋找“壓軸題”的結(jié)論

壓軸題中經(jīng)常會這樣設(shè)計(jì):求某參數(shù)的值,求定點(diǎn)、定直線等問題,這些問法有一個共性,即最后的結(jié)論唯一,這時我們可以嘗試?yán)靡恍┨厥馇樾稳ふ乙蟮慕Y(jié)論.

例1 已知函數(shù)f(x)=x3-3ax+1,求所有的實(shí)數(shù)a,使得不等式-1≤f(x)≤1對x∈[0, ]恒成立.

解析:因?yàn)閒 ′(x)=3x2-3a,可得將參數(shù)a分a≤0、a≥3、0

f(x)在[0, ]上遞減,在[ , ]上遞增,所以f(x)在[0, ]上的最小值為f( )=1-2a . 所以f(a)≥-1,f( )≤1,f(0)≤1,即a ≤1,a≥1,所以a=1. 整個解題過程比較煩瑣,要完整地解決本題需要考生有較好的數(shù)學(xué)功底.

思考:既然本題要對所有的x∈[0, ]都要成立,可以取某些特殊值代入不等式進(jìn)行嘗試.

“特殊值法”:發(fā)現(xiàn)x= 時不等式可化為1≤a≤ ,再取x=1得 ≤a≤1,由此可快速得到結(jié)論a=1. 下面只須把a(bǔ)=1代入不等式進(jìn)行驗(yàn)算即可.

例2 已知橢圓C: +y2=1的兩焦點(diǎn)與短軸的一個端點(diǎn)的連線構(gòu)成等腰直角三角形,過點(diǎn)S0,- 的動直線l交橢圓C于A,B兩點(diǎn),試問:在坐標(biāo)平面上是否存在一個定點(diǎn)T,使得以AB為直徑的圓恒過點(diǎn)T?若存在,求出點(diǎn)T的坐標(biāo);若不存在,請說明理由.

解析:本題設(shè)T(m,n),A(x1,y1),B(x2,y2),在由題意可得 · =0,要得到定點(diǎn)T的坐標(biāo),就要使得以上等式和直線方程斜率k無關(guān),從而求出定點(diǎn)T的坐標(biāo).

思考:對于解析幾何的問題思路,我們都能想到,但是中間化簡的艱辛又是我們比較害怕的,那么對于這樣的問題我們還有其他更好的辦法嗎?

“特殊值法”:讀完本題,我們不難發(fā)現(xiàn),我們可以根據(jù)直線斜率不存在和直線斜率為0兩種特殊的情況將定點(diǎn)(0,1)求出,再對 · =0進(jìn)行驗(yàn)證,此時我們將較為復(fù)雜的解幾問題轉(zhuǎn)化為簡單的證明問題,這也給大家一個提示,對于求定點(diǎn)、定直線的問題,我們很多時候都可以先通過特殊的幾個位置,算出定點(diǎn)、定直線,再進(jìn)行驗(yàn)證.

用特殊值法縮小“壓軸題”的探究空間

求最值是高考中的一大熱點(diǎn),參數(shù)和自變量都在變化,不容易求出最后結(jié)果,我們可以利用滿足題意的特殊數(shù)據(jù)將要求的最值范圍縮小.

例3 已知函數(shù)f(x)=lnx-x+a,其中a∈R. 若a∈[0,2]且存在實(shí)數(shù)k使得對任意的實(shí)數(shù)x∈[1,e]恒有f(x)≥kx-xlnx-1成立,求k-a的最大值.

解析:f(x)≥kx-xlnx-1恒成立,求k-a的最值問題即取值范圍問題,我們常用的一種策略為參數(shù)分離,即k≤ +lnx+ ,問題轉(zhuǎn)化為求g(x)= +lnx+ min,g′(x)= ,f(x)max=f(1)=a-1, f(x)min=1-e+a. 可分①0

當(dāng)1

令y=2lnx0+ -x0,x0∈(1,e),則y′= - -1=- -1 <0,所以k-a<0.

本題討論情況較多,以上僅列出其中一種情況,此時大部分同學(xué)會遇到不同程度的困難,我們對于含參問題存在一定的畏懼感,而對題中所給的k-a的最大值可能會更加棘手,部分考生會覺得本題可能就是 “雞肋”——食之難以下手,棄之感覺可惜. 最后就算給了答案也只能是望題興嘆. 在這樣的情況下我們是否能另辟蹊徑呢?

思考:觀察發(fā)現(xiàn),對于任意的實(shí)數(shù)x∈[1,e]恒有f(x)≥kx-xlnx-1成立,不妨取x=1,x=e(因?yàn)閘n1=0,lne=1)代入不等式進(jìn)行嘗試,我們可以得到2+a-ke≥0,k-a≤0,接下來我們僅需要證明存在k=a,若能找到這樣的k,a,則解題目標(biāo)已經(jīng)達(dá)成.

“特殊值法”:令g(x)=f(x)-kx+xlnx+1,取x=1有g(shù)(1)=-1-k+1+a≥0?圯k-a≤0. 下證存在k,a使k-a=0.此時再取k=a=0,可知g′(x)= +lnx>0在[1,e]上恒成立,故g(x)在[1,e]上單調(diào)遞增,由g(x)min=g(1)≥0知k-a的最大值為0.

用特殊值法猜想“壓軸題”的結(jié)論

壓軸題很多時候會涉及存在性問題,恰恰從正面去找存在的值是比較困難的,我們可以根據(jù)題意去猜想所要的結(jié)論,再證明結(jié)論.

例4 已知函數(shù)f(x)=x2-(a+2)x+alnx,其中常數(shù)a>0. 設(shè)定義在D上的函數(shù)y=h(x)在點(diǎn)P(x0,h(x0))處的切線方程為l:y=g(x),當(dāng)x≠x0時,若 >0在D內(nèi)恒成立,則稱P為函數(shù)y=h(x)的“類對稱點(diǎn)”,請你探究當(dāng)a=4時,函數(shù)y=f(x)是否存在“類對稱點(diǎn)”,若存在,請求出至少一個“類對稱點(diǎn)”的橫坐標(biāo);若不存在,則說明理由.

解析:解決本題關(guān)鍵就是判斷φ(x)=f(x)-g(x)的符號情況,我們可以得到φ′(x)= ,接下來我們就可以將x0分成0 ,x0= 三種情況來解決,在每種情況下我們再說明φ(x)的單調(diào)性,從而得到我們所要的結(jié)果.這樣解決這道題,思路方法雖然清晰,但中間的環(huán)節(jié)難以妥善處理,給解題帶來困難.

思考:回觀本題,既然要求“是否存在這樣的點(diǎn)”,不妨嘗試先找到這樣的特殊點(diǎn),再進(jìn)行驗(yàn)證,解題難度將會大大降低. 由題可得f ′(x)=2x-6+ = >0?圯f(x)在(-∞,1),(2,+∞)上單調(diào)遞增,在(1,2)上單調(diào)遞減,由f(x)的函數(shù)圖象及在點(diǎn)P(x0,h(x0))的切線方程可知x0∈(1,2),x0的取值范圍縮小了,接下來我們?nèi)フ乙恍┨厥獾狞c(diǎn),我們發(fā)現(xiàn)[f ′(x)]′=0?圯x= ,再根據(jù)圖形我們就找到了這樣的一個類對稱點(diǎn).

“特殊值法”:令m(x)=f′(x)=2x-6+ ,則m′(x)=2- =0?圯x= . 猜想x0= 為f(x)的類對稱點(diǎn). 下證明之.

令θ(x)=f(x)-g(x)=x2-4 x+4lnx+6-2ln2,θ′(x)=2x+ -4 .

①當(dāng)00,則θ(x)在(0, )上單調(diào)遞增,θ(x)<θ( )=0恒成立,故 >0恒成立;②當(dāng)x> 時,θ′(x)>0,則θ(x)在( ,+∞)上單調(diào)遞增,θ(x)>θ( )=0恒成立,故 >0恒成立.

綜上得:存在類對稱點(diǎn)橫坐標(biāo)x= .

在壓軸題中運(yùn)用“特殊值法”,通常需要具備特殊的結(jié)構(gòu)、特殊的數(shù)據(jù)或特殊的命題表述. 盡管“特殊值法”運(yùn)用的條件限制較多,但這種“巧用”并非只是“雕蟲小技”,需要敏銳的觀察力,更需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬇袛嗄芰? 一旦可以運(yùn)用,就可以大大降低壓軸題的難度,達(dá)到“四兩撥千斤”的效果.

?搖?搖事實(shí)上,就壓軸題本身而言,雖然通過一些常規(guī)的思路、通用的解法或許也能解決,但往往耗時費(fèi)力. 在解題過程的某個關(guān)鍵環(huán)節(jié)中,有時需要打破傳統(tǒng)“出奇制勝”,這正是壓軸題之為“壓軸”的含義所在. 就此而言,“特殊值法”給予我們更大的啟示在于:充分挖掘解題信息,打破思維定式,尋求更優(yōu)秀的解題之道,讓思想充滿靈氣.

例4 已知函數(shù)f(x)=x2-(a+2)x+alnx,其中常數(shù)a>0. 設(shè)定義在D上的函數(shù)y=h(x)在點(diǎn)P(x0,h(x0))處的切線方程為l:y=g(x),當(dāng)x≠x0時,若 >0在D內(nèi)恒成立,則稱P為函數(shù)y=h(x)的“類對稱點(diǎn)”,請你探究當(dāng)a=4時,函數(shù)y=f(x)是否存在“類對稱點(diǎn)”,若存在,請求出至少一個“類對稱點(diǎn)”的橫坐標(biāo);若不存在,則說明理由.

解析:解決本題關(guān)鍵就是判斷φ(x)=f(x)-g(x)的符號情況,我們可以得到φ′(x)= ,接下來我們就可以將x0分成0 ,x0= 三種情況來解決,在每種情況下我們再說明φ(x)的單調(diào)性,從而得到我們所要的結(jié)果.這樣解決這道題,思路方法雖然清晰,但中間的環(huán)節(jié)難以妥善處理,給解題帶來困難.

思考:回觀本題,既然要求“是否存在這樣的點(diǎn)”,不妨嘗試先找到這樣的特殊點(diǎn),再進(jìn)行驗(yàn)證,解題難度將會大大降低. 由題可得f ′(x)=2x-6+ = >0?圯f(x)在(-∞,1),(2,+∞)上單調(diào)遞增,在(1,2)上單調(diào)遞減,由f(x)的函數(shù)圖象及在點(diǎn)P(x0,h(x0))的切線方程可知x0∈(1,2),x0的取值范圍縮小了,接下來我們?nèi)フ乙恍┨厥獾狞c(diǎn),我們發(fā)現(xiàn)[f ′(x)]′=0?圯x= ,再根據(jù)圖形我們就找到了這樣的一個類對稱點(diǎn).

“特殊值法”:令m(x)=f′(x)=2x-6+ ,則m′(x)=2- =0?圯x= . 猜想x0= 為f(x)的類對稱點(diǎn). 下證明之.

令θ(x)=f(x)-g(x)=x2-4 x+4lnx+6-2ln2,θ′(x)=2x+ -4 .

①當(dāng)00,則θ(x)在(0, )上單調(diào)遞增,θ(x)<θ( )=0恒成立,故 >0恒成立;②當(dāng)x> 時,θ′(x)>0,則θ(x)在( ,+∞)上單調(diào)遞增,θ(x)>θ( )=0恒成立,故 >0恒成立.

綜上得:存在類對稱點(diǎn)橫坐標(biāo)x= .

在壓軸題中運(yùn)用“特殊值法”,通常需要具備特殊的結(jié)構(gòu)、特殊的數(shù)據(jù)或特殊的命題表述. 盡管“特殊值法”運(yùn)用的條件限制較多,但這種“巧用”并非只是“雕蟲小技”,需要敏銳的觀察力,更需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬇袛嗄芰? 一旦可以運(yùn)用,就可以大大降低壓軸題的難度,達(dá)到“四兩撥千斤”的效果.

?搖?搖事實(shí)上,就壓軸題本身而言,雖然通過一些常規(guī)的思路、通用的解法或許也能解決,但往往耗時費(fèi)力. 在解題過程的某個關(guān)鍵環(huán)節(jié)中,有時需要打破傳統(tǒng)“出奇制勝”,這正是壓軸題之為“壓軸”的含義所在. 就此而言,“特殊值法”給予我們更大的啟示在于:充分挖掘解題信息,打破思維定式,尋求更優(yōu)秀的解題之道,讓思想充滿靈氣.

例4 已知函數(shù)f(x)=x2-(a+2)x+alnx,其中常數(shù)a>0. 設(shè)定義在D上的函數(shù)y=h(x)在點(diǎn)P(x0,h(x0))處的切線方程為l:y=g(x),當(dāng)x≠x0時,若 >0在D內(nèi)恒成立,則稱P為函數(shù)y=h(x)的“類對稱點(diǎn)”,請你探究當(dāng)a=4時,函數(shù)y=f(x)是否存在“類對稱點(diǎn)”,若存在,請求出至少一個“類對稱點(diǎn)”的橫坐標(biāo);若不存在,則說明理由.

解析:解決本題關(guān)鍵就是判斷φ(x)=f(x)-g(x)的符號情況,我們可以得到φ′(x)= ,接下來我們就可以將x0分成0 ,x0= 三種情況來解決,在每種情況下我們再說明φ(x)的單調(diào)性,從而得到我們所要的結(jié)果.這樣解決這道題,思路方法雖然清晰,但中間的環(huán)節(jié)難以妥善處理,給解題帶來困難.

思考:回觀本題,既然要求“是否存在這樣的點(diǎn)”,不妨嘗試先找到這樣的特殊點(diǎn),再進(jìn)行驗(yàn)證,解題難度將會大大降低. 由題可得f ′(x)=2x-6+ = >0?圯f(x)在(-∞,1),(2,+∞)上單調(diào)遞增,在(1,2)上單調(diào)遞減,由f(x)的函數(shù)圖象及在點(diǎn)P(x0,h(x0))的切線方程可知x0∈(1,2),x0的取值范圍縮小了,接下來我們?nèi)フ乙恍┨厥獾狞c(diǎn),我們發(fā)現(xiàn)[f ′(x)]′=0?圯x= ,再根據(jù)圖形我們就找到了這樣的一個類對稱點(diǎn).

“特殊值法”:令m(x)=f′(x)=2x-6+ ,則m′(x)=2- =0?圯x= . 猜想x0= 為f(x)的類對稱點(diǎn). 下證明之.

令θ(x)=f(x)-g(x)=x2-4 x+4lnx+6-2ln2,θ′(x)=2x+ -4 .

①當(dāng)00,則θ(x)在(0, )上單調(diào)遞增,θ(x)<θ( )=0恒成立,故 >0恒成立;②當(dāng)x> 時,θ′(x)>0,則θ(x)在( ,+∞)上單調(diào)遞增,θ(x)>θ( )=0恒成立,故 >0恒成立.

綜上得:存在類對稱點(diǎn)橫坐標(biāo)x= .

在壓軸題中運(yùn)用“特殊值法”,通常需要具備特殊的結(jié)構(gòu)、特殊的數(shù)據(jù)或特殊的命題表述. 盡管“特殊值法”運(yùn)用的條件限制較多,但這種“巧用”并非只是“雕蟲小技”,需要敏銳的觀察力,更需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬇袛嗄芰? 一旦可以運(yùn)用,就可以大大降低壓軸題的難度,達(dá)到“四兩撥千斤”的效果.

?搖?搖事實(shí)上,就壓軸題本身而言,雖然通過一些常規(guī)的思路、通用的解法或許也能解決,但往往耗時費(fèi)力. 在解題過程的某個關(guān)鍵環(huán)節(jié)中,有時需要打破傳統(tǒng)“出奇制勝”,這正是壓軸題之為“壓軸”的含義所在. 就此而言,“特殊值法”給予我們更大的啟示在于:充分挖掘解題信息,打破思維定式,尋求更優(yōu)秀的解題之道,讓思想充滿靈氣.

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