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数学解题的6个切入点

2015-05-30葛秀华

高中生学习·高三版 2015年4期
关键词:切入点极值图象

葛秀华

求解数学题的关键在于准确快速地找到一个容易攻克的突破口, 以此作为解题的切入点,由点及面,逐步解决所有问题.這需要在分析题目的已知条件和所求问题特征的基础上,正确寻找一个切入点,那么,如何寻找解题的切入点呢?本文通过实例,谈谈如何有效地寻找解题的切入点.

看条件——追根究底挖隐含

条件是题目构成的主要部分,也是我们解题的主要依据,所以要仔细阅读题目,理解题意,明确题目给出了什么条件、包含什么隐含信息,这些条件与所解决的问题之间有什么关系,然后充分利用条件之间的内在联系,挖掘条件的内涵与隐含信息,并进行合理的推测与分析、转化,从而找到解题的切入点.

例1 已知函数[f(x)=22x+1+sinx],则[f(-2)+][f(-1)+f(0)+f(1)+f(2)=] .

解析 因为[f(x)=22x+1+sinx],

所以[f(-x)=22-x+1-sinx=2?2x2x+1-sinx],

故[f(x)+f(-x)=2].

则有[f(2)+f(-2)=2,f(1)+f(-1)=2].

而[f0=220+1+sin0=1],

所以[f(-2)+][f(-1)+f(0)+f(1)+f(2)=5].

答案 5

点拨 通过已知条件找到[f(-x)],进而得到[f(x)+f(-x)][=2],抓住这一切入点是解题的关键.这恰恰就是同学们很难取得突破的关键之处.

看结论——等价转换寻方案

结论是解题的归宿,审视题目结论,思考问题就有了目标,解题就有了方向.解题时利用所学知识找寻条件与结论的联系.

例2 已知函数[f(x)=12x2+alnx].

(1)若[a=-1],求[f(x)]的极值,并指出是极大值还是极小值;

(2)若[a=1],求[f(x)]在[[1,e]]上的最大值和最小值;

(3)若[a=1],求证:在[[1,+∞)]上,[f(x)]的图象在函数[g(x)=23x3]的图象的下方.

分析 求函数[f(x)]的极值[→]求导函数[f(x)=0]的解,即函数[f(x)]的极值点[→]将极值点代入[f(x)]求对应的极值[→]求[f(x)]在[[1,e]]上的单调性[→]比较端点值、极值,确定函数[f(x)]的最值[→]构造新函数[F(x)=f(x)-g(x)][→]研究函数[F(x)]在[(1,+∞)]上的单调性.

解 (1)由于函数[f(x)]的定义域为[(0,+∞)],

当[a=-1]时, [f(x)=x-1x=(x-1)(x+1)x].

令[f(x)=0]得[x=1]或[x=-1](舍).

当[x∈(0,1)]时 , [f(x)<0],即函数[f(x)]在(0,1)上单调递减.

当[x∈(1,+∞)]上, [f(x)>0],即函数[f(x)]在[(1,+∞)]上单调递增.

所以当[x=1]时,[f(x)]取极小值,极小值为[f(1)=12],无极大值.

(2)当[a=1]时,函数[f(x)]在[[1,e]]上为增函数,

[∴f(x)min=f(1)=12,f(x)max=f(e)=e2+22].

(3)设[F(x)=f(x)-g(x)=12x2+lnx-23x3],

则[F(x)=x+1x-2x2=(1-x)(1+x+2x2)x].

当[x∈(1,+∞)]时,[F(x)<0],故函数[F(x)]在[(1,+∞)]上是减函数且[F(1)=-16<0],

故在[(1,+∞)]上,函数[F(x)<0]恒成立,即[f(x)

所以在[[1,+∞)]上,函数[f(x)]的图象在函数[g(x)=23x3]的图象的下方.

点拨 (1)导数法是求解函数单调性、极值、最值、参数等问题的有效方法,应用导数求单调区间的关键是求不等式的解集. 最值问题关键在于比较极值与端点函数值的大小. 参数问题涉及的最值恒成立问题、单调性的逆向应用等,求解时注意分类讨论思想的应用.(2)对于一些复杂问题,要善于将问题转化,转化成熟知的导数来研究.

看数据——根据数值找联系

数据是数学运算中最基本的单元,数据之间的关系往往能暗示解题的方向,审视数据要善于观察、分析数据,从它们之间的关系中去寻找解题的思路.

例3 求值:[cos20°cos35°1-sin20°=]( )

A. 1 B. [2]

C.[2] D.[3]

分析 先利用二倍角的正、余弦公式把[cos20°]以及[1-sin20°]转化,再利用辅助角公式与诱导公式化简即可.

解 [cos20°cos35°1-sin20°=cos210°-sin210°cos35°1-2sin10°cos10°]

[=cos210°-sin210°cos35°(cos10°-sin10°)=cos10°+sin10°cos35°]

[=222cos10°+22sin10°cos35°]

[=2sin55°sin55°=2].

答案 C

点拨 本题重点考查两角和与差的三角公式、角的灵活拆分、二倍角公式的运用.灵活运用数据之间的关系,寻找各角的关系是解题的关键.

看结构——特殊结构助解题

数学问题中的条件和结论,很多都是以代数式的结构形式进行搭配和呈现的.在这些问题的数式结构中,往往都隐含着某种特殊关系,认真审视数式的结构特征,对数式结构进行深入分析,加工转化,可以寻找到解决问题的切入点.

例4 已知数列[an]的前[n]项和是[Sn],[Sn=2an-1][n∈N*].

(1)求数列[an]的通项公式;

(2)若数列[bn]满足[bn=2n?an],求数列[bn]的前[n]项和[Tn];

(3)若数列[cn]满足[cn=3n+2-1n-1?λ?an]([λ]为非零常数),确定[λ]的取值范围,使[n∈N*]时,都有[cn+1>cn].

解析 (1)当[n=1]时,[a1=S1=2a1-1,∴a1=1].

又[Sn+1=2an+1-1]与原式两边分别相减得,

[an+1=2an+1-2an,即an+1=2an].

所以数列[an]是以1为首项,2为公比的等比数列,

则[an=2n-1].

(2)因为[bn=2nan=n?2n],

所以[Tn=2+2?22+3?23+…+n?2n,]

[2Tn=22+2?23+3?24+…+n?2n+1],

两式相减得[-Tn=2+22+23+…+2n-n?2n+1]

[=2-2n+11-2-n?2n+1=1-n?2n+1-2],

所以[Tn=n-1?2n+1+2].

(3)∵[cn=3n+2?(-1)n+1?λ?2n-1][=3n+(-1)n+1?λ?2n],

∴[cn+1>cn],

即[3n+1+(-1)n+2?λ?2n+1>][3n+(-1)n+1?λ?2n].

即[3n+1-3n+(-1)n?λ?2n+1+(-1)n?λ?2n>0],

即[2?3n+(-1)n?3λ?2n>0].

∴[(-1)n?λ>][-2?3n3?2n],即[(-1)n?λ>][-(32)n-1].

当[n]为偶数时,[-(32)n-1≤][-32],∴[λ>-32].

当[n]为奇数时,[-(32)n-1≤][-1],∴[-λ>-1],即[λ<1].

又∵[λ≠0].

∴[-32<λ<1]且[λ≠0].

点拨 一般遇到数列的前[n]项和与通项之间的递推关系时,通常先转化为单一的通项之间的递推关系再进行解答. 对于数列求和问题,常从通项公式特征判断求和思路.

看图象——数形结合探思路

图象是数学问题的几何形式,审视图象要把握图象的本质特征,或赋予问题中的某些代数关系以几何意义,借助图象作出分析,从而提供解题途径.

例5 设平面点集[A={(x,y)|(y-x)(y-1x)≥0},][B={(x,y)|(x-1)2+(y-1)2≤1}],则[A?B]所表示的平面图形的面积为 .

分析 由题意知,集合[A,B]具有几何特征,可先作出集合A、集合B对应的图象,利用图象进行分析.

解 由[(y-x)(y-1x)≥0]可知,

[y-x≥0,y-1x≥0,]或[y-x≤0,y-1x≤0.]

在同一坐标系中作出两个集合所表示的平面区域(如图).

由图象可知,[A?B]对应的区域为阴影部分.

根据对称性可知,两部分阴影面积之和为圆面积的一半,所以面积为[π2].

点拨 突破本题的关键是,要抓住图象的特点,根据图象分析,则可快速解答.

看特征——类比联想定方法

要善于抓住题目中数、式子的关键特征进行联想,“是否做过一个与你现在的问题有关,且已解决过的问题”、“如何把不熟悉的问题转化为熟悉的问题”、“课本上的习题或往年高考题是否有类似的影子”.通过联想,确定解题的思路和方法.

例6 函数[f(x)=x-1-alnx(a<0),]且[?x1,x2∈(0,1],]都有[|f(x1)-f(x2)|≤4|1x1-1x2|],求实数[a]的取值范围.

分析 对条件中的数学式子[|f(x1)-f(x2)|][≤4|1x1][-1x2|]如何进行转化是本题的关键. 难点是式子中含有绝对值符号,联想我们已经熟悉的变形,[|f(x1)-f(x2)|≤][f(x)max-f(x)min],但不等式右边是含变量[x1,x2]的式子,至此思路受阻.那么如何调整呢?关键是先去掉绝对值符号再想办法转化.

解 由[x1,x2]的对称性,不妨设[0

而函数[y=1x]在[(0,1]]上是减函数,

则[|f(x1)-f(x2)|=f(x2)-f(x1)],[|1x1-1x2|=1x1-1x2],

所以[|f(x1)-f(x2)|≤4|1x1-1x2|]

[?f(x2)-f(x1)≤4(1x1-1x2)].

整理得,[f(x2)+4x2≤f(x1)+4x1].

构造函数[h(x)=f(x)+4x≤x-1-alnx+4x] ,

则[|f(x1)-f(x2)|≤4|1x1-1x2|?]函数[h(x)]在[x∈(0,1]]上是减函数.

[∴h(x)=1-ax-4x2=x2-ax-4x2≤0]在[x∈(0,1]]上恒成立,即[a≥x-4x]在[x∈(0,1]]上恒成立,即[a≥-3].

又[a<0],所以[a∈[-3,0)].

点拨 本题的关键是[|f(x1)-f(x2)|≤4|1x1-1x2|][?f(x2)-f(x1)≤4(1x1-1x2)][?f(x2)+4x2|≤f(x1)+4x1?]函数[h(x)]在[x∈(0,1]]是减函数.

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