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找準(zhǔn)目標(biāo)巧妙切入,分類討論引領(lǐng)思想

2024-09-26 00:00:00陳浩
數(shù)學(xué)之友 2024年13期

摘要:分類討論思想作為基本數(shù)學(xué)思想之一,其應(yīng)用一直是高考數(shù)學(xué)試卷命題的一個重要方向.本文結(jié)合分類討論思想切入目標(biāo)的尋找與確定,從不同層面加以展開與應(yīng)用,并結(jié)合2023年高考真題進(jìn)行剖析,探尋目標(biāo)切入點(diǎn),全面歸納總結(jié)應(yīng)用技巧,指導(dǎo)并引領(lǐng)數(shù)學(xué)教學(xué)與復(fù)習(xí)備考.

關(guān)鍵詞:分類討論思想;集合;函數(shù);數(shù)列分類討論思想是高考數(shù)學(xué)中經(jīng)常用到的基本數(shù)學(xué)思想,其滲透于高考真題的方方面面.該思想可以將一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題巧妙分解或分割成一些比較簡單的基本性問題.

本文結(jié)合2023年高考真題中的實例,就分類討論思想,從不同層面的切入,基于概念應(yīng)用、參數(shù)取值、圖形位置以及運(yùn)算結(jié)果等不同場景,剖析分類討論思想,切入目標(biāo)方法,實現(xiàn)問題的突破,巧妙綜合應(yīng)用.

1抓住概念、法則、公式等進(jìn)行分類討論

數(shù)學(xué)中一些核心數(shù)學(xué)概念、法則以及公式是基于分類討論思想構(gòu)建的,如數(shù)學(xué)概念中絕對值的定義、分段函數(shù)的定義,數(shù)學(xué)公式中等比數(shù)列的求和公式等.在解決一些涉及函數(shù)、不等式、數(shù)列知識的問題時,經(jīng)常要借助分類討論思想來切入.

例1(2023年全國新高考Ⅱ卷第2題)設(shè)集合A={0,-a},B={1,a-2,2a-2},若AB,則a=().

A. 2B. 1C. 23D. -1

分析:解題時抓住兩個含參數(shù)集合間的包含關(guān)系,結(jié)合集合中元素的互異性,合理構(gòu)建對應(yīng)的方程,就不同方程所求得的參數(shù)值進(jìn)行分類討論,結(jié)合參數(shù)值的取值情況以及對應(yīng)的集合,進(jìn)行必要的判斷與取舍.

解析:由題可知,AB,則a-2=0或2a-2=0.當(dāng)a-2=0時,解得a=2,則A={0,-2},B={1,0,2},不滿足條件AB,舍去;當(dāng)2a-2=0時,解得a=1,則A={0,-1},B={1,-1,0},滿足條件AB.綜上分析,a=1,故選擇答案B.

點(diǎn)評:熟練理解并掌握數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識中的相關(guān)概念、法則、公式等,是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),也是問題目標(biāo)切入的方向

,更是解決相關(guān)問題對分類討論思想應(yīng)用的依據(jù)與根本.在該問題中,兩個集合間的包含關(guān)系及其概念為利用分類討論思想解決問題提供了條件.

2結(jié)合參數(shù)取值、變量變化等進(jìn)行分類討論

一些涉及參數(shù)取值、變量變化的實際問題,如含參的函數(shù)、方程或不等式等應(yīng)用問題,往往也離不開分類討論思想的應(yīng)用,解題時要依托參數(shù)的分類來深入分析與求解.分類討論思想給問題的解決提供了基本的解題思維.在分類討論中,一定要注意對參數(shù)取值、變量變化的全部情況進(jìn)行討論,不能出現(xiàn)遺漏與偏差.

例2(2023年全國新高考Ⅰ卷第19題)已知函數(shù)f(x)=a(ex+a)-x,討論f(x)的單調(diào)性.

分析:解題時依托含參函數(shù)及其表達(dá)式,結(jié)合參數(shù)a的取值情況加以分類討論,在a≤0與a>0兩種不同情況下,結(jié)合導(dǎo)函數(shù)進(jìn)行分析與處理,探究函數(shù)的單調(diào)性.

解析:由題可知,f(x)的定義域為R,且f′(x)=aex-1.

當(dāng)a≤0時,f′(x)<0,故函數(shù)f(x)在R上單調(diào)遞減.

當(dāng)a>0時,令f′(x)=aex-1=0,解得x=-lna,則當(dāng)x∈(-∞,-lna)時,f′(x)<0,故函數(shù)f(x)在(-∞,-ln a)上單調(diào)遞減;當(dāng)x∈(-lna,+∞)時,f′(x)>0,故函數(shù)f(x)在(-ln a,+∞)上單調(diào)遞增.

綜上分析,當(dāng)a≤0時,函數(shù)f(x)在R上單調(diào)遞減;當(dāng)a>0時,函數(shù)f(x)在(-∞,-lna)上單調(diào)遞減,在(-lna,+∞)上單調(diào)遞增.

點(diǎn)評:在解決一些含參數(shù)或變量的數(shù)學(xué)問題時,往往要結(jié)合參數(shù)、變量的取值或變化以及對所求結(jié)果的影響等方面進(jìn)行合理的分類討論,在不同場景下探討不同的結(jié)果.需要注意的是,在確定參數(shù)或變量的取值時,分類討論要做到分類標(biāo)準(zhǔn)明確,不重不漏.

3利用圖形位置、幾何形狀等進(jìn)行分類討論

數(shù)學(xué)中一些圖形(平面圖形、曲線、立體圖形等)的應(yīng)用問題,往往依托直觀想象,給分類討論提供了更多的應(yīng)用場景,如圖形中相關(guān)點(diǎn)的變化情況的分類討論,函數(shù)圖象的變形情況的分類討論,立體幾何圖形中相關(guān)元素的位置變動情況的分類討論等,都可以采用分類討論思想來探究.

例3(2023年全國甲卷文科第16題)在正方體ABCD-A1B1C1D1中,AB=4,O為AC1的中點(diǎn).若該正方體的棱與球O的球面有公共點(diǎn),則球O的半徑的取值范圍是.

分析:解題時利用正方體與球O的位置關(guān)系及其變化規(guī)律,確定當(dāng)球O是正方體的外接球時半徑達(dá)到最大,當(dāng)正方形是球O的大圓的內(nèi)接正方形時半徑達(dá)到最小.利用圖形的不同情況加以分類討論,確定球O的半徑的最大值與最小值.

解析:設(shè)球O的半徑為R,當(dāng)球O是該正方體的外接球時,恰好經(jīng)過正方體的每個頂點(diǎn),此時所求的球O的半徑最大.若球O的半徑變得更大,球會包含正方體,導(dǎo)致球面和棱沒有交點(diǎn).正方體的外接球直徑2R′為該正方體的體對角線長AC1=43,即2R′=43,解得R′=23,故Rmax=23.

如圖1所示,分別取正方體的側(cè)棱AA1,BB1,CC1,DD1的中點(diǎn)M,H,G,N,顯然四邊形MNGH是邊長為4的正方形,且O為正方形MNGH對角線的交點(diǎn).連接MG,可得MG=42,當(dāng)球O的一個大圓恰好是四邊形MNGH的外接圓時,球O的半徑達(dá)到最小,即Rmin=22.

綜上分析,R∈[22,23],故答案為[22,23].

點(diǎn)評:對于一些與圖形有關(guān)的數(shù)學(xué)問題,如函數(shù)問題、幾何問題等,可借助平面幾何或立體幾何圖形的構(gòu)建,隨著點(diǎn)、線、面等的變化,按照圖形位置的不同、形狀的差異變化等來進(jìn)行必要的分類討論.

4應(yīng)用運(yùn)算結(jié)果、性質(zhì)展開等進(jìn)行分類討論

數(shù)學(xué)中一些結(jié)果問題,也可以借助分類討論思想來分析或求解,如指數(shù)函數(shù)與對數(shù)函數(shù)中含參的分析與求解便離不開對底數(shù)的分類討論,探究函數(shù)的單調(diào)性時也離不開對導(dǎo)函數(shù)正負(fù)取值的分類討論等,都是依托代數(shù)式、關(guān)系式等運(yùn)算變形后的結(jié)果來深入分析與應(yīng)用.

例4(2023年全國乙卷文科第18題)記Sn為等差數(shù)列{an}的前n項和,已知a2=11,S10=40.

(1)求{an}的通項公式.

(2)求數(shù)列{|an|}的前n項和Tn.

分析:第一小問借助基本量法確定數(shù)列{an}的通項公式后,第二小問中,利用含絕對值的數(shù)列關(guān)系式來構(gòu)建新數(shù)列,通過對項數(shù)的不同取值加以分類討論,進(jìn)行數(shù)列求和與應(yīng)用.

解析:(1)設(shè)等差數(shù)列{an}的公差為d.

由題可知,a2=a1+d=11,

S10=10a1+10×92d=40,解得a1=13,d=-2,所以an=13-2(n-1)=15-2n.

(2)由(1)可知,a1=13,an=15-2n,則Sn=n(13+15-2n)2=14n-n2.

令an=15-2n>0,則n<152,且n∈N*.當(dāng)n≤7時,an>0,Tn=|a1|+|a2|+…+|an|=a1+a2+…+an=Sn=14n-n2;當(dāng)n≥8時,an<0,Tn=|a1|+|a2|+…+|an|=(a1+a2+…+a7)-(a8+a9+…+an)=S7-(Sn-S7)=2S7-Sn=2(14×7-72)-(14n-n2)=n2-14n+98.

綜上所述,數(shù)列{|an|}的前n項和Tn=14n-n2,n≤7,n2-14n+98,n≥8.

點(diǎn)評:解決涉及數(shù)學(xué)運(yùn)算、基本性質(zhì)等的應(yīng)用問題時,需要根據(jù)絕對值的性質(zhì)、函數(shù)的基本性質(zhì)、指數(shù)或?qū)?shù)的運(yùn)算與性質(zhì)等進(jìn)行必要的分類討論,為問題的進(jìn)一步解決指明方向.本題借助分類討論思想來確定不同條件下數(shù)列求和公式的表達(dá)式,利用“分段函數(shù)”形式來表示,是本題的一大亮點(diǎn).

作為基本數(shù)學(xué)思想之一的分類討論思想,是解決問題的一種重要邏輯方法,一直是歷年高考中的一個重點(diǎn)與熱點(diǎn)內(nèi)容,成為高考命題的一個重要靈魂思想,在解決問題中被廣泛應(yīng)用.在實際解題與應(yīng)用過程中,要回歸數(shù)學(xué)內(nèi)涵與本質(zhì),從教材入手,由知識引領(lǐng),抓問題應(yīng)用,提煉數(shù)學(xué)思想方法,并通過合理的分類、歸納與遷移,熟練掌握.巧妙應(yīng)用分類討論思想,能夠有效提升學(xué)生數(shù)學(xué)思維,提高學(xué)生數(shù)學(xué)關(guān)鍵能力,培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng).

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