分类讨论思想方法在解答某些数学问题时,有时会遇到多种情况,需要对各种情况加以分类,并逐类求解,然后综合得解,这就是分类讨论法。
分类讨论是一种逻辑方法,是一种重要的数学思想,同时也是一种重要的解题策略,它体现了化整为零、积零为整的思想与归类整理的方法。
有关分类讨论思想的数学问题具有明显的逻辑性、综合性、探索性,能训练人的思维条理性和概括性,所以在高考试题中占有重要的位置。
引起分类讨论的原因主要是以下几个方面:①问题所涉及到的数学概念是分类进行定义的。
如|a|的定义分a>0、a=0、a<0三种情况。
这种分类讨论题型可以称为概念型。
②问题中涉及到的数学定理、公式和运算性质、法则有范围或者条件限制,或者是分类给出的。
如等比数列的前n项和的公式,分q=1和q≠1两种情况。
这种分类讨论题型可以称为性质型。
③解含有参数的题目时,必须根据参数的不同取值范围进行讨论。
如解不等式ax>2时分a>0、a=0和a<0三种情况讨论。
这称为含参型。
另外,某些不确定的数量、不确定的图形的形状或位置、不确定的结论等,都主要通过分类讨论,保证其完整性,使之具有确定性。
进行分类讨论时,我们要遵循的原则是:分类的对象是确定的,标准是统一的,不遗漏、不重复,科学地划分,分清主次,不越级讨论。
其中最重要的一条是“不漏不重”。
解答分类讨论问题时,我们的基本方法和步骤是:首先要确定讨论对象以及所讨论对象的全体的范围;其次确定分类标准,正确进行合理分类,即标准统一、不漏不重、分类互斥(没有重复);再对所分类逐步进行讨论,分级进行,获取阶段性结果;最后进行归纳小结,综合得出结论。
Ⅰ、再现性题组:1.集合A={x||x|≤4,x∈R},B={x||x-3|≤a,x∈R},若A⊇B,那么a的范围是_____。
A. 0≤a≤1B. a≤1C. a<1D. 0<a<12.若a>0且a≠1,p=loga (a3+a+1),q=loga(a2+a+1),则p、q的大小关系是_____。
A. p=qB. p<qC. p>qD.当a>1时,p>q;当0<a<1时,p<q3.函数y=sin|sin|xx+cos|cos|xx+tgxtgx||+||ctgxctgx的值域是_________。
4.若θ∈(0, π2),则limn→∞cos sincos sinn nn nθθθ+θ-的值为_____。
A. 1或-1B. 0或-1C. 0或1D. 0或1或-15.函数y=x+1x的值域是_____。
A. [2,+∞)B. (-∞,-2]∪[2,+∞)C. (-∞,+∞)D. [-2,2]6.正三棱柱的侧面展开图是边长分别为2和4的矩形,则它的体积为_____。
A. 893 B.493 C.293 D.493或8937.过点P(2,3),且在坐标轴上的截距相等的直线方程是_____。
A. 3x-2y=0B. x+y-5=0C. 3x-2y=0或x+y-5=0D.不能确定【简解】1小题:对参数a 分a>0、a =0、a<0三种情况讨论,选B ;2小题:对底数a 分a>1、0<a<1两种情况讨论,选C ;3小题:分x 在第一、二、三、四象限等四种情况,答案{4,-2,0};4小题:分θ=π4、0<θ<π4、π4<θ<π2三种情况,选D ; 5小题:分x>0、x<0两种情况,选B ;6小题:分侧面矩形长、宽分别为2和4、或4和2两种情况,选D ;7小题:分截距等于零、不等于零两种情况,选C 。
Ⅱ、示范性题组:例1. 设0<x<1,a>0且a ≠1,比较|log a (1-x)|与|log a (1+x)|的大小。
【分析】 比较对数大小,运用对数函数的单调性,而单调性与底数a 有关,所以对底数a 分两类情况进行讨论。
【解】 ∵ 0<x<1 ∴ 0<1-x<1 , 1+x>1① 当0<a<1时,log a (1-x)>0,log a (1+x)<0,所以|log a (1-x)|-|log a (1+x)|=log a (1-x)-[-log a (1+x)]=log a (1-x 2)>0; ② 当a>1时,log a (1-x)<0,log a (1+x)>0,所以|log a (1-x)|-|log a (1+x)|=-log a (1-x) -log a (1+x)=-log a (1-x 2)>0;由①、②可知,|log a (1-x)|>|log a (1+x)|。
【注】本题要求对对数函数y =log a x 的单调性的两种情况十分熟悉,即当a>1时其是增函数,当0<a<1时其是减函数。
去绝对值时要判别符号,用到了函数的单调性;最后差值的符号判断,也用到函数的单调性。
例2. 已知集合A 和集合B 各含有12个元素,A ∩B 含有4个元素,试求同时满足下面两个条件的集合C 的个数: ①. C ⊂A ∪B 且C 中含有3个元素; ②. C ∩A ≠φ 。
【分析】 由已知并结合集合的概念,C 中的元素分两类:①属于A 元素;②不属于A 而属于B 的元素。
并由含A 中元素的个数1、2、3,而将取法分三种。
【解】 C 121·C 82+C 122·C 81+C 123·C 80=1084【注】本题是排列组合中“包含与排除”的基本问题,正确地解题的前提是合理科学的分类,达到分类完整及每类互斥的要求,还有一个关键是要确定C 中元素如何取法。
另一种解题思路是直接使用“排除法”,即C 203-C 83=1084。
例 3. 设{a n }是由正数组成的等比数列,S n 是前n 项和。
①. 证明: lg lg S S n n ++22<lgS n +1; ②.是否存在常数c>0,使得lg()lg()S c S c n n -+-+22=lg (S n +1-c )成立?并证明结论。
(95年全国理)【分析】 要证的不等式和讨论的等式可以进行等价变形;再应用比较法而求解。
其中在应用等比数列前n 项和的公式时,由于公式的要求,分q =1和q ≠1两种情况。
【解】 设{a n }的公比q ,则a 1>0,q>0①.当q =1时,S n =na 1,从而S n S n +2-S n +12=na 1(n +2)a 1-(n +1)2a 12=-a 12<0; 当q ≠1时,S n =a q qn 111()--,从而 S n S n +2-S n +12=a q q q n n 1222111()()()---+-a q q n 1212211()()--+=-a 12q n <0; 由上可得S n S n +2<S n +12,所以lg(S n S n +2)<lg(S n +12),即lg lg S S n n ++22<lgS n +1。
②. 要使lg()lg()S c S c n n -+-+22=lg (S n +1-c )成立,则必有(S n -c)(S n +2-c)=(S n +1-c)2,分两种情况讨论如下:当q =1时,S n =na 1,则(S n -c)(S n +2-c)-(S n +1-c)2=(na 1-c)[(n +2)a 1-c]-[(n +1)a 1-c]2=-a 12<0当q ≠1时,S n =a q q n 111()--,则(S n -c)(S n +2-c)-(S n +1-c)2=[a q q n 111()---c][ a q qn 1211()--+-c]-[a q q n 1111()--+-c]2=-a 1q n [a 1-c(1-q)] ∵ a 1q n ≠0 ∴ a 1-c(1-q)=0即c =a q11-而S n -c =S n -a q 11-=-a q qn11-<0 ∴对数式无意义 由上综述,不存在常数c>0, 使得lg()lg()S c S c n n -+-+22=lg (S n +1-c )成立。
【注】 本例由所用公式的适用范围而导致分类讨论。
该题文科考生改问题为:证明log log ..050522S S n n ++>log 05.S n +1 ,和理科第一问类似,只是所利用的是底数是0.5时,对数函数为单调递减。
例1、例2、例3属于涉及到数学概念、定理、公式、运算性质、法则等是分类讨论的问题或者分类给出的,我们解决时按要求进行分类,即题型为概念、性质型。
例4. 设函数f(x)=ax 2-2x +2,对于满足1<x<4的一切x 值都有f(x)>0,求实数a 的取值范围。
【分析】 含参数的一元二次函数在有界区间上的最大值、最小值等值域问题,需要先对开口方向讨论,再对其抛物线对称轴的位置与闭区间的关系进行分类讨论,最后综合得解。
【解】当a>0时,f(x)=a (x -1a )2+2-1a ∴ 111220a f a ≤=≥()-+⎧⎨⎪⎩⎪或1141210<<->⎧⎨⎪⎪⎩⎪⎪a f aa ()= 或14416820a f a ≥=≥()-+⎧⎨⎪⎩⎪∴ a ≥1或12<a<1或φ 即 a>12; 当a<0时,f a f a ()()1220416820=≥=≥-+-+⎧⎨⎩,解得φ; 当a =0时,f(x)=-2x +2, f(1)=0,f(4)=-6, ∴不合题意由上而得,实数a 的取值范围是a>12。
【注】本题分两级讨论,先对决定开口方向的二次项系数a 分a>0、a<0、a =0三种情况,再每种情况结合二次函数的图像,在a>0时将对称轴与闭区间的关系分三种,即在闭区间左边、右边、中间。
本题的解答,关键是分析符合条件的二次函数的图像,也可以看成是“数形结合法”的运用。
例5. 解不等式()()x a x a a +-+4621>0 (a 为常数,a ≠-12)【分析】 含参数的不等式,参数a 决定了2a +1的符号和两根-4a 、6a 的大小,故对参数a 分四种情况a>0、a =0、-12<a<0、a<-12分别加以讨论。
【解】 2a +1>0时,a>-12; -4a<6a 时,a>0 。
所以分以下四种情况讨论: 当a>0时,(x +4a)(x -6a)>0,解得:x<-4a 或x>6a ;当a =0时,x 2>0,解得:x ≠0; 当-12<a<0时,(x +4a)(x -6a)>0,解得: x<6a 或x>-4a ; 当a>-12时,(x +4a)(x -6a)<0,解得: 6a<x<-4a 。