“局部”——高中数学试题新的命制点
2015-03-30朱传美
笔者在文[1]就基本不等式的“局部”应用作了一点探讨,经笔者对近年高中数学试题的进一步研究发现,“局部”二字已成为高中数学试题新的命制点,特归类整理说明如下,供参考:
1 “局部”基本不等式
在求多元条件下的最值时,无法一次性直接应用基本不等式,只能“局部”应用.
例1 (2010年四川)设a>b>0,则a2+1ab+1a(a-b)的最小值为 .
解
a2+1ab+1a(a-b)=a2-ab+ab+1ab+1a(a-b)
=a(a-b)+1a(a-b)+ab+1ab≥2+2=4.
当且仅当a=2,b=22时,等号成立.所以a2+1ab+1a(a-b)的最小值为4.
注 “局部”基本不等式,我们已在文[1]做了归纳与说明,这里不再重复.
2 “局部”线性规划
在线性规划问题中,当目标函数的代数或几何意义不明确或无法指定时,不能一次性直接应用线性规划,只能“局部”应用线性规划.
例2 已知实数x、y满足2x-y≤0,
x+y-5≥0,
y-4≤0,若不等式a(x2+y2)≥(x+y)2恒成立,则实数a的最小值是 .
分析 好多学生是这样做的:直接由a(x2+y2)≥(x+y)2得:a≥(x+y)2x2+y2,则a≥(x+y)2x2+y2max,而(x+y)2x2+y2=1+2xyx2+y2≤2(当x=y时,取“=”号),所以a≥2,即实数a的最小值是2.根本用不到题中已知的不等式组,也就是说:题中的不等式组是多余条件,这样的解题肯定是错误的.也有学生这样思考,按理说:这应该是一道线性规划题,我们应该通过可行域来求出(x+y)2x2+y2max,可这怎么求啊!表达式(x+y)2x2+y2不具有很明确的代数或几何意义,绝大多数学生无法进行下去,只有少部分学生认为:(x+y)2x2+y2max=(x+y)2max(x2+y2)min,这样一来,(x+y)2max和(x2+y2)min均具备了很好的几何意义,结合可行域,可得:(x+y)2max=(2+4)2=36,(x2+y2)min=(53)2+(103)2=1259,所以得到:(x+y)2x2+y2max=361259=324125.实际上,(x+y)2在点(2,4)处取最大值;而x2+y2在点(53,103)处取最小值,显然这也是错误的.
解 由a(x2+y2)≥(x+y)2得:a≥(x+y)2x2+y2,则a≥(x+y)2x2+y2max.
设z=yx,则(x+y)2x2+y2=1+2xyx2+y2=1+2xy+yx=1+2z+1z.
由线性规划知识易得:z=yx∈[2,4],z+1zmin=2+12=52,
(x+y)2x2+y2max=1+2z+1zmin=1+45=95.
所以实数a的最小值是95,而不是2.原因很简单,因为yx∈[2,4] 所以x就不可能等于y,也就是说:我们只能得到:a>2,同样的,我们也只能得到:a>324125.
3 “局部”绝对值
3.1 “局部”绝对值函数
y=f(x)、y=f(x)这两种函数已为广大师生所熟悉,其处理方法可谓是人人皆知.但当函数解析式当中局部自变量或局部表达式含有绝对值时,就出现了一种新的函数,在此,我们把它称之为:“局部”绝对值函数,这类函数很新,有一定的难度,是不少学生的克星,很难对付.不用怕,去绝对值,分段是根本.
例3 (2012年某市模拟)在平面直角坐标系xOy中,若直线y=kx+1与曲线y=∣x+1x∣-∣x-1x∣有四个公共点,则实数k的取值范围是 .
解 易知函数y=∣x+1x∣-∣x-1x∣为偶函数,所以只需在(0,+∞)上研究问题,
去绝对值后,可得:y=2x,0<x<1,
2x,x>1,而直线y=kx+1恒过定点(0,1),结合图像易得:当直线斜率为0或在(1,+∞)上与曲线相切时,符合题意,
再结合曲线的对称性,可得:实数k的取值范围是-18,0,-18.
评析 这里的函数y=x+1x-x-1x含有两个独立的绝对值,如何分段,去绝对值成为难点,而如能发现此函数为偶函数的话,那问题就不那么棘手了.
例4 设函数f(x)=x|x|+bx+c(x∈R),给出下列4个命题:
①当b=0,c=0时,f(x)=0只有一个实数根;②当c=0时,y=f(x)是偶函数;③函数y=f(x)的图像关于点(0,c)对称;④当b≠0,c≠0时,方程f(x)=0有两个实数根.上述命题中,所有正确命题的个数是 .
解 f(x)=x2+bx+c,x≥0,
-x2+bx+c,x<0,而当b=0,c=0时,f(x)=x2,x≥0
-x2,x<0结合图像易知①正确;当c=0时,f(-x)=-x-x-bx=-xx-bx=-f(x),为奇函数,所以②错;由f(x)+f(-x)=(xx+bx+c)+(-x-x-bx+c)=2c可得:函数y=f(x)的图像关于点(0,c)对称,所以③正确;当b≠0,c≠0时,不妨取:b=2,c=1,结合图像,可得:方程f(x)只有一个实数根,所以④错.所以正确命题共2个.
评析 很多学生都怕这种多选类的题型,很难做对,不能出一点差错,每一小问都必须很仔细地去面对.而这里再加入“局部”绝对值以及两个参数,更增加了此题的“难度”.而由以上解题过程,我们发现:实际上,此题一点都不难,这里,告诉我们一个经验,在面对难度最大的④时,取特殊值可是很快捷的途径.
例5 (2010年江苏) 设a为实数,函数f(x)=2x2+(x-a)|x-a|.
(1)若f(0)≥1,求a的取值范围;
(2)求f(x)的最小值;
(3)设函数h(x)=f(x),x∈(a,+∞)直接写出(不需给出演算步骤)不等式h(x)≥1的解集.
解 (1)若f(0)≥1,则-a|a|≥1a<0
a2≥1a≤-1.
(2)当x≥a时,f(x)=3x2-2ax+a2,f(x)min=f(a),a≥0
f(a3),a<0=2a2,a≥0
2a23,a<0
当x≤a时,f(x)=x2+2ax-a2,f(x)min=f(-a),a≥0
f(a),a<0=-2a2,a≥0
2a2,a<0
综上f(x)min=-2a2,a≥0,
2a23,a<0.
(3)x∈(a,+∞)时,h(x)≥1得3x2-2ax+a2-1≥0,Δ=4a2-12(a2-1)=12-8a2.
当a≤-62或a≥62时,Δ≤0,x∈(a,+∞);
当-62<a<62时,Δ>0,得:
x-a-3-2a23x-a+3-2a23≥0
x>a
讨论得:当a∈22,62时,解集为(a,+∞);
当a∈-62,-22时,解集为:
a,a-3-2a23∪a+3-2a23,+∞;
当a∈-22,22时,解集为:
a+3-2a23,+∞.
评析 此题是2010年江苏高考的函数压轴题,函数不仅含“局部”绝对值,而且分段的那个点居然是个动点.分段后,还要再讨论,此题综合考查了考生灵活运用数形结合、分类讨论的思想方法进行探索、分析与解决问题等多种能力,是一道锻炼学生思维能力的好题.
3.2 “局部”绝对值数列
由于数列是特殊的函数,所以在数列题中,也就自然的出现了“局部”绝对值.
例6 (2013年某市模拟)已知数列an=n-16,bn=(-1)nn-15,其中n∈N*.
(1)求满足an+1=bn的所有正整数n的集合;
(2)n≠16,求数列bnan的最大值和最小值;
(3)记数列{anbn}的前n项和为Sn,求所有满足S2m=S2n(m<n)的有序整数对(m,n).
解 (1)略.(2)bnan=(-1)nn-15n-16.
(ⅰ)当n>16时,n取偶数,bnan=n-15n-16=1+1n-16.当n=18时(bnan)max=32,无最小值.
n取奇数时bnan=-1-1n-16,n=17时bnanmin=-2,无最大值.
(ⅱ)当n<16时,bnan=-(-1)n(n-15)n-16.当n为偶数时,bnan=-(n-15)n-16=-1-1n-16.
n=14时,bnanmax=-12;
n=2时,bnanmin=-1314.
当n为奇数,bnan=n-15n-16=1+1n-16,
n=1,(bnan)max=1-115=1415,
n=15,bnanmin=0.
综上,bnan最大值为32(n=18),最小值-2(n=17).
(3)n≤15时,bn=(-1)n-1(n-15),a2k-1b2k-1+a2kb2k=2(16-2k)≥0,n>15时,bn=(-1)n(n-15),a2k-1b2k-1+a2kb2k=2(2k-16)>0,其中a15b15+a16b16=0,所以S16=S14,m=7,n=8.
评析 此题的条件很是新颖,看上去很简单,但实际做起来,不怎么轻松,第(2)小题须进行2重分类讨论,而第(3)小题具有很强的技巧性.在此,我们希望此题的出现能引起广大师生的注意,它可能是一个大风暴的前奏,望大家多加提防.
通过上述6道例题的求解,我们发现:在“局部”着眼,在“局部”命题,已在高中数学多处出现,此类试题以其独到的考查角度和方式达到了非常好的命题效果,很是值得我们广大师生密切关注.
参考文献
[1] 朱传美,翟放明.例谈基本不等式的“局部”应用[J].中学数学月刊,2013(4).
作者简介 朱传美,男,江苏兴化人,1976年4月出生,中学一级教师,泰州市教学能手,对高考数学试题有一定研究,发表论文80多篇.