第6講  分類討論思想在解題中的應用

一、知識整合

    1.分類討論是解決問題的一種邏輯方法,也是一種數(shù)學思想,這種思想對于簡化研究對象,發(fā)展人的思維有著重要幫助,因此,有關分類討論的數(shù)學命題在高考試題中占有重要位置。

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    2.所謂分類討論,就是當問題所給的對象不能進行統(tǒng)一研究時,就需要對研究對象按某個標準分類,然后對每一類分別研究得出每一類的結論,最后綜合各類結果得到整個問題的解答。實質上,分類討論是“化整為零,各個擊破,再積零為整”的數(shù)學策略。

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    3.分類原則:分類對象確定,標準統(tǒng)一,不重復,不遺漏,分層次,不越級討論。

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    4.分類方法:明確討論對象,確定對象的全體,確定分類標準,正確進行分類;逐類進行討論,獲取階段性成果;歸納小結,綜合出結論。

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    5.含參數(shù)問題的分類討論是常見題型。

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    6.注意簡化或避免分類討論。

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二、例題分析

例1.一條直線過點(5,2),且在x軸,y軸上截距相等,則這直線方程為(    )

      A.                        B.

      C.             D.

分析:設該直線在x軸,y軸上的截距均為a,

    當a=0時,直線過原點,此時直線方程為;

    當時,設直線方程為,方程為。

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例2.

    分析:

    因此,只要根據(jù)已知條件,求出cosA,sinB即可得cosC的值。但是由sinA求cosA時,是一解還是兩解?這一點需經(jīng)過討論才能確定,故解本題時要分類討論。對角A進行分類。

解:

   

   

    這與三角形的內角和為180°相矛盾。

   

   

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例3.已知圓x2+y2=4,求經(jīng)過點P(2,4),且與圓相切的直線方程。

    分析:容易想到設出直線的點斜式方程y-4=k(x-2)再利用直線與圓相切的充要條件:“圓心到切線的距離等于圓的半徑”,待定斜率k,從而得到所求直線方程,但要注意到:過點P的直線中,有斜率不存在的情形,這種情形的直線是否也滿足題意呢?因此本題對過點P的直線分兩種情形:(1)斜率存在時,…(2)斜率不存在…

    解(略):所求直線方程為3x-4y+10=0或x=2

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例4.

    分析:解對數(shù)不等式時,需要利用對數(shù)函數(shù)的單調性,把不等式轉化為不含對數(shù)符號的不等式。而對數(shù)函數(shù)的單調性因底數(shù)a的取值不同而不同,故需對a進行分類討論。

    解:

   

   

   

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例5.

    分析:解無理不等式,需要將兩邊平方后去根號,以化為有理不等式,而根據(jù)不等式的性質可知,只有在不等式兩邊同時為正時,才不改變不等號方向,因此應根據(jù)運算需求分類討論,對x分類。

    解:

   

         

   

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例6.

    分析:這是一個含參數(shù)a的不等式,一定是二次不等式嗎?不一定,故首先對二次項系數(shù)a分類:(1)a≠0(2)a=0,對于(2),不等式易解;對于(1),又需再次分類:a>0或a<0,因為這兩種情形下,不等式解集形式是不同的;不等式的解是在兩根之外,還是在兩根之間。而確定這一點之后,又會遇到1與誰大誰小的問題,因而又需作一次分類討論。故而解題時,需要作三級分類。

    解:

   

   

        

   

   

   

   

    綜上所述,得原不等式的解集為

;;

;;

。

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例7.已知等比數(shù)列的前n項之和為,前n+1項之和為,公比q>0,令。

    分析:對于等比數(shù)列的前n項和Sn的計算,需根據(jù)q是否為1分為兩種情形:

   

   

    故還需對q再次分類討論。

    解: 

       

    

   

   

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例8.

    分析:

    解:(1)當k=4時,方程變?yōu)?x2=0,即x=0,表示直線;

    (2)當k=8時,方程變?yōu)?y2=0,即y=0,表示直線;

   

    (i)當k<4時,方程表示雙曲線;(ii)當4<k<6時,方程表示橢圓;

    (iii)當k=6時,方程表示圓;(iv)當6<k<8時,方程表示橢圓;

    (v)當k>8時,方程表示雙曲線。

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例9. 某車間有10名工人,其中4人僅會車工,3人僅會鉗工,另外三人車工鉗工都會,現(xiàn)需選出6人完成一件工作,需要車工,鉗工各3人,問有多少種選派方案?

    分析:如果先考慮鉗工,因有6人會鉗工,故有C63種選法,但此時不清楚選出的鉗工中有幾個是車鉗工都會的,因此也不清楚余下的七人中有多少人會車工,因此在選車工時,就無法確定是從7人中選,還是從六人、五人或四人中選。同樣,如果先考慮車工也會遇到同樣的問題。因此需對全能工人進行分類:

(1)選出的6人中不含全能工人;(2)選出的6人中含有一名全能工人;(3)選出的6人中含2名全能工人;(4)選出的6人中含有3名全能工人。

    解:

 

分類討論是一種重要的數(shù)學思想方法,是一種數(shù)學解題策略,對于何時需要分類討論,則要視具體問題而定,并無死的規(guī)定。但可以在解題時不斷地總結經(jīng)驗。

如果對于某個研究對象,若不對其分類就不能說清楚,則應分類討論,另外,數(shù)學中的一些結論,公式、方法對于一般情形是正確的,但對某些特殊情形或說較為隱蔽的“個別”情況未必成立。這也是造成分類討論的原因,因此在解題時,應注意挖掘這些個別情形進行分類討論。常見的“個別”情形略舉以下幾例:

(1)“方程有實數(shù)解”轉化為時忽略了了個別情形:當a=0時,方程有解不能轉化為△≥0;

(2)等比數(shù)列的前項和公式中有個別情形:時,公式不再成立,而是Sn=na1。

 設直線方程時,一般可設直線的斜率為k,但有個別情形:當直線與x軸垂直時,直線無斜率,應另行考慮。

(4)若直線在兩軸上的截距相等,常常設直線方程為,但有個別情形:a=0時,再不能如此設,應另行考慮。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

【模擬試題】

一. 選擇題:

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四、強化練習:見優(yōu)化設計。

  1. 若的大小關系為(    )

    A.          B.

    C.          D. ;

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  2. 若,且,則實數(shù)中的取值范圍是(    )

    A.         B.

    C.          D.

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  3. 設A=(    )

    A. 1      B.      C.      D.

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  4. 設的值為(    )

    A. 1      B. 0          C. 7              D. 0或7

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  5. 一條直線過點(5,2),且在x軸,y軸上截距相等,則這直線方程為(    )

    A.

    B.

    C.

    D.

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  6. 若(    )

    A. 1          B.          C.      D. 不能確定

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  7. 已知圓錐的母線為l,軸截面頂角為,則過此圓錐的頂點的截面面積的最大值為(    )

    A.       B.

    C.         D. 以上均不對

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  8. 函數(shù)的圖象與x軸的交點至少有一個在原點的右側,則實數(shù)m的取值范圍為(    )

    A.       B.

    C.         D.

 

二. 填空題

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  9. 若圓柱的側面展開圖是邊長為4和2的矩形,則圓柱的體積是______________。

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  10. 若,則a的取值范圍為________________。

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  11. 與圓相切,且在兩坐標軸上截距相等的直線方程為____________。

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  12. 在50件產(chǎn)品中有4件是次品,從中任抽取5件,至少有3件次品的抽法共有______________種(用數(shù)字作答)

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  13. 不等式的解集為_____________。

 

三. 解答題:

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  14. 已知橢圓的中心在原點,集點在坐標軸上,焦距為,另一雙曲線與此橢圓有公共焦點,且其實軸比橢圓的長軸小8,兩曲線的離心率之比為3:7,求此橢圓、雙曲線的方程。

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  15. 設a>0且,試求使方程有解的k的取值范圍。

 

【試題答案】

一. 選擇題

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  1. C     2. D       3. D       4. D       5. C       6. A       7. D       8. B

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    提示:1. 欲比較p、q的大小,只需先比較的大小,再利用對數(shù)函數(shù)的單調性。而決定的大小的a值的分界點為使

的a值:a=1,

    當a>1時,此時

    當即。

    可見,不論a>1還是0<a<1,都有p>q。

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  2. 若,即

    若

    可見當都有,故選(D)

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  3. 若

    若,則,

   

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  4. 由是1的7次方根,可得顯然,1是1的7次方根,故可能;若,則

   

    故選(D)

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  5. 設該直線在x軸,y軸上的截距均為a,

    當a=0時,直線過原點,此時直線方程為;

    當時,設直線方程為,方程為

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  6. 由

   

    于是總有,故選(A)

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  7. 當時,最大截面就是軸截面,其面積為;

    當時,最大截面是兩母線夾角為的截面,其面積為

    可見,最大截面積為,故選(D)

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  8. 當時,滿足題意

   

   

    綜上可知,

    故選(B)

 

二. 填空題

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  9.

    (提示:若長為4的邊作為圓柱底面圓周的展開圖,,則;若長為2的邊作為圓柱底面圓周的展開圖,則)

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  10.

    (提示:對a分:兩種情況討論)

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  11.

    (提示:分截距相等均不為0與截距相等均為0兩種情形)

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  12. 4186種

    (提示:對抽取5件產(chǎn)品中的次品分類討論:(1)抽取的5件產(chǎn)品中恰好有3件次品;(2)抽取的5件產(chǎn)品中恰好有4件次品,于是列式如下:=4140+46

=4186)

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  13. 若,則解集為

    若,則解集為

    (提示:設

    解之得

    對a分類:時,

    )

 

三. 解答題

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  14. 解:(1)若橢圓與雙曲線的焦點在x軸上,可設它們方程分別為

    ,依題意

   

    (2)若焦點在y軸上,則可設橢圓方程為

    雙曲線方程為,依題意有

   

   

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  15. 解:原方程可化為

    令

    則對原方程的解的研究,可轉化為對函數(shù)圖象的交點的研究

    下圖畫出了的圖象,由圖象可看出

    (1)當直線時,與雙曲線無交點,此時即當時,原方程無解;

    (2)當直線圖象與雙曲線漸近線重合,顯然直線與雙曲線無交點,即當k=0時,原方程無解;

    (3)當直線的縱截距滿足,即

時,直線與雙曲線總有交點,原方程有解。

    綜上所述,當

 

 

 

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