參數(shù)問(wèn)題是目前中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的熱門課題,常常出現(xiàn)在各類考試和競(jìng)賽中.本文以數(shù)學(xué)競(jìng)賽中有關(guān)參數(shù)的題目為實(shí)例,歸納總結(jié)在含參不等式、函數(shù)、方程中,求解參數(shù)取值范圍問(wèn)題的基本解法,并對(duì)其中滲透的數(shù)學(xué)思想方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的探索研究.對(duì)于有些競(jìng)賽題,如果利用參數(shù)解題,有時(shí)會(huì)顯得十分靈活便利.本文還對(duì)參數(shù)在解數(shù)學(xué)競(jìng)賽題中的輔助作用進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析,并對(duì)引入?yún)?shù)解題的題型進(jìn)行簡(jiǎn)單的概括.
1.參數(shù)的取值問(wèn)題
求解參數(shù)取值范圍的這類問(wèn)題涉及的知識(shí)面廣,內(nèi)容豐富.下面從含參數(shù)不等式、函數(shù)、方程三方面對(duì)求參數(shù)的解法進(jìn)行討論.
1.1含參數(shù)的不等式.
1.1.1利用基本不等式≥(a≥0,b≥0),它常用于證明不等式,以及求某些函數(shù)的最大值或最小值.
例1:(2007年全國(guó)高中數(shù)學(xué)聯(lián)賽江蘇賽區(qū)復(fù)賽)已知不等式(x+y)+≥9對(duì)于任意正實(shí)數(shù)x,y恒成立,則正實(shí)數(shù)a的最小值為()。
(A)2 (B)4 (C)6 (D) 8
解:因?yàn)椋▁+y)+=1+a++≥1+a+2,所以1+a+2≥9恒成立,即()≥9,解得a≥4.
1.1.2構(gòu)造輔助函數(shù).
構(gòu)造輔助函數(shù)是解不等式問(wèn)題的常用方法,就是從新的角度,用新的觀點(diǎn)觀察分析對(duì)象,依據(jù)已知條件的特點(diǎn),構(gòu)造出一種新的形式,使問(wèn)題中隱蔽的關(guān)系和性質(zhì)清楚地展現(xiàn)出來(lái),從而簡(jiǎn)捷地解決問(wèn)題.將不等式問(wèn)題通過(guò)變形轉(zhuǎn)化為函數(shù)問(wèn)題,利用函數(shù)的相關(guān)性質(zhì)比如單調(diào)性、周期性,以及函數(shù)的圖像來(lái)研究,從而解決不等式問(wèn)題.
例2:(第12屆“希望杯”高二培訓(xùn)題)已知a∈R,則|a|≤1使不等式x+(a-4)x+4-2a>0,對(duì)于所有的a都成立的x的取值范圍是?搖?搖?搖?搖.
分析:原不等式即為(x-2)a+x-4x+4>0.
令g(a)=(x-2)a+x-4x+4,則g(a)>0對(duì)a∈[-1,1]恒成立.
∴ g(1)>0g(-1)>0,解得x>3或x<1.
觀察例2,發(fā)現(xiàn)對(duì)于有些問(wèn)題,若經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單變形后,把參數(shù)分離出來(lái)使其為主元,構(gòu)造出以原式中的未知數(shù)為自變量的函數(shù),再抓住函數(shù)的結(jié)構(gòu)特征得出結(jié)論.
若分離出的參數(shù)恒大于(或小于)某個(gè)函數(shù),則可設(shè)法求出該函數(shù)的最值,進(jìn)而確定參數(shù)的范圍;若分離出的參數(shù)可表示為主變量的函數(shù),則可以求考慮該函數(shù)的值域,從而得到參數(shù)的取值范圍;若分離出的參數(shù)具有明顯的幾何意義,則可以用數(shù)形結(jié)合來(lái)解題.
1.1.3構(gòu)造方程,利用方程的性質(zhì)求解.
例3:(同例2)
解:構(gòu)造二次方程x+(a-4)x+4-2a=0,則其根為x=2,x=2-a.
因?yàn)?1≤a≤1,所以1≤x≤3.
因?yàn)椴坏仁絰+(a-4)x+4-2a>0對(duì)于滿足-1≤a≤1的一切實(shí)數(shù)恒成立,故所求的x范圍為(-∞,1)∪(3,+∞).
1.2含參數(shù)的函數(shù)
求函數(shù)的解析式中或區(qū)間上的參數(shù)的值是一類難度較大的題型,下面通過(guò)幾個(gè)例題分析求解策略.
1.2.1利用函數(shù)的相關(guān)性質(zhì)解題,使函數(shù)的重要性質(zhì)(如單調(diào)性、奇偶性、周期性、最值、凹凸性)有用武之地.
例4:(2008年全國(guó)高中數(shù)學(xué)聯(lián)賽江蘇賽區(qū)初賽)已知函數(shù)f(x)=-2x+bx+c在x=1時(shí)有最大值1,0
所以,m,n是方程f(x)=-2(x-1)+1=的兩個(gè)解,解得x=1,,.
又1
例5:(2007全國(guó)高中數(shù)學(xué)聯(lián)賽天津賽區(qū))已知a,b(a≤b)為正整數(shù),實(shí)數(shù)x,y滿足x+y=4(+).若x+y的最大值為40,則滿足條件中的數(shù)對(duì)(a,b)的個(gè)數(shù)為().
分析:x+y=4(+)≤4,
故(x+y)-32(x+y)-32(a+b)≤0,x+y≤16+4,
得16+4=40,可知a+b=10.下略.
1.2.3利用導(dǎo)數(shù).
例6:(2007年“希望杯”試題)已知奇函數(shù)f(x)=在區(qū)間(-∞,-1)上單調(diào)遞增,且f(1)=2,f(2)<4,則c=?搖?搖?搖?搖,b的取值范圍是?搖?搖?搖?搖.
解:因?yàn)閒(x)=是奇函數(shù),所以=-.
于是c=0.由f(1)=2得,=2,即a=2b-2.
由f(2)<4,f(2)===4-<4,所以b>0.
又因?yàn)閒(x)在區(qū)間(-∞,-1)上單調(diào)遞增,所以f′(x)==->0在x∈(-∞,-1)上恒成立.即當(dāng)x∈(-∞,-1)時(shí),b>1+恒成立,所以b≥2.故c=0,b的取值范圍是[2,+∞).
1.3含參數(shù)的方程
1.3.1直接利用求根公式.
1.3.2利用判別式.
例7:(2008年上海市杯高二數(shù)學(xué)競(jìng)賽)設(shè)分別投擲A、B兩顆骰子所得的點(diǎn)數(shù)順次為a、b,則使得關(guān)于x的二次方程x-2(a-3)x-b+9有實(shí)數(shù)解的數(shù)對(duì)(a,b)共有?搖?搖?搖?搖個(gè).
分析:由方程有實(shí)數(shù)解知Δ≥0,有a-6a+b≥0,由此得到a、b的關(guān)系.
因?yàn)閍、b只可能取1,2,3,4,5,6,所以分別取a=1,2,3,4,5,6,再求出符合條件的b.解得答案為26.
對(duì)給定的一元二次方程ax+bx+c=0(a≠0),則
(1)方程有異號(hào)兩根的充要條件是ac<0,
?。?)方程有兩正根的充要條件是Δ=b-4ac≥0,ab<0,ac>0,
(3)方程有兩負(fù)根的充要條件是Δ=b-4ac≥0,ab>0,ac>0.
1.3.3利用韋達(dá)定理.
方程的根與系數(shù)的關(guān)系是方程的一個(gè)重要性質(zhì),它與求(最)值問(wèn)題、方程的整數(shù)根問(wèn)題,求參數(shù)的取值范圍問(wèn)題、根的分布等都有關(guān)系.在求與一元二次方程根有關(guān)的問(wèn)題時(shí),要從整體上把握住兩根之和、兩根之積,然后結(jié)合其他知識(shí)綜合求解.
例8:(2004年第1期數(shù)學(xué)奧林匹克)求出所有的實(shí)數(shù)a,使得關(guān)于x的一元二次方程5x-5ax+66a-1=0的兩個(gè)根都是整數(shù).
分析:設(shè)方程的兩個(gè)整數(shù)為x,x(x≤x).
由韋達(dá)定理有x+x=axx=.
消去a,化簡(jiǎn)得5xx=66(x+x)-1.
不難得到,(5x-66)(5x-66)=4351=19×229.下略.
以上是對(duì)在不等式、方程、函數(shù)中求解參數(shù)范圍的基本解法的概況.當(dāng)然除了以上介紹的方法外,因問(wèn)題給出的題設(shè)條件不同,還會(huì)有其它的一些解法,有待于我們?nèi)パ芯颗c探索.
通過(guò)比較前面所介紹的方法,我們不難發(fā)現(xiàn)不等式、函數(shù)、方程之間緊密相關(guān),可以相互轉(zhuǎn)化,比如通過(guò)構(gòu)造函數(shù)來(lái)解決不等式、方程中的參數(shù)問(wèn)題,利用不等式來(lái)解決函數(shù)中的參數(shù)問(wèn)題等,所以通過(guò)總結(jié)與比較,下面談?wù)勗谇髤?shù)時(shí)數(shù)學(xué)思想方法的運(yùn)用.
1.4數(shù)學(xué)思想方法的運(yùn)用
1.4.1函數(shù)思想.
因?yàn)楹瘮?shù)、方程、不等書(shū)之間有著緊密的聯(lián)系,所以在解答不等式、方程的參數(shù)問(wèn)題時(shí),不妨構(gòu)造適當(dāng)?shù)暮瘮?shù),利用函數(shù)的相關(guān)性質(zhì)來(lái)解決,往往有事半功倍的作用.
1.4.2換元思想.
換元是數(shù)學(xué)中一種重要的思想方法,將題中的參數(shù)有選擇的進(jìn)行代換,使一些復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化.
1.4.3數(shù)形轉(zhuǎn)化.
數(shù)和形是數(shù)學(xué)中最基本的兩大概念,在一定條件下數(shù)和形可以相互轉(zhuǎn)化,借助圖形可以使許多抽象的數(shù)學(xué)概念和數(shù)量關(guān)系形象化、簡(jiǎn)單化.運(yùn)用數(shù)形結(jié)合的思想,根據(jù)參數(shù)問(wèn)題的條件和結(jié)論之間的內(nèi)在聯(lián)系,尋找解題思路,使問(wèn)題化繁為簡(jiǎn),從而得到解決.
1.4.4轉(zhuǎn)化思想.
將陌生的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉的問(wèn)題,或?qū)Σ灰字苯忧蠼獾膯?wèn)題轉(zhuǎn)化為其等價(jià)的命題,從而使問(wèn)題得到解決,比如將不等式問(wèn)題轉(zhuǎn)化為函數(shù)問(wèn)題,利用函數(shù)來(lái)解決.
1.4.5分類思想.
所謂分類思想指將被研究的某個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題視為一個(gè)整體,然后根據(jù)一定的劃分標(biāo)準(zhǔn),將整體分為幾部分,通過(guò)對(duì)這幾個(gè)部分問(wèn)題的解答,得到原整體問(wèn)題的解答.通過(guò)分類,能把復(fù)雜問(wèn)題化為單一的簡(jiǎn)單問(wèn)題,從而解決問(wèn)題.
2.引入?yún)?shù)解題
對(duì)于某些競(jìng)賽題,如果直接來(lái)解會(huì)顯得比較繁瑣,但是通過(guò)恰當(dāng)?shù)匾雲(yún)?shù)參與運(yùn)算,往往可以使思路清晰過(guò)程簡(jiǎn)便.
2.1參數(shù)在解競(jìng)賽題中的幾個(gè)輔助作用
例9:(2007年全國(guó)高中數(shù)學(xué)聯(lián)賽陜西賽區(qū))已知a,b∈,1.求證:+≤.
證明:
?。ǚ椒ㄒ唬遖,b∈,1,∴b∈,,2b∈[1,2].
∴a≤2b,a≥b,即2a≥b,
∴(a-2b)(2a-b)≤0,即2(a+b)≤5ab,
兩端同時(shí)除以2ab,得+≤.
?。ǚ椒ǘ┝顃=,則t∈,2,從而+=t+.
因?yàn)閒(t)=t+在,1上單調(diào)遞減,在[1,2]上單調(diào)遞增,所以當(dāng)t=或t=2時(shí),f(x)=,命題得證.
以上對(duì)例題使用了不同的方法來(lái)解答,可以看出如果恰當(dāng)?shù)匾胼o助參數(shù)來(lái)解題,不僅對(duì)揭示題設(shè)中的隱蔽條件及各條件的相互關(guān)系具有十分重要的作用,而且能很巧妙地解答問(wèn)題.由此可以概括出以下內(nèi)容.
2.1.1簡(jiǎn)化作用.
通過(guò)用參數(shù)去替換局部或整體,使命題結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,把一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化,抽象的問(wèn)題具體化,這樣有利于思考和解決問(wèn)題.
2.1.2橋梁作用.
引入?yún)?shù),恰到好處地溝通已知與未知條件之間的聯(lián)系,為我們順利地解答問(wèn)題提供了線索,巧妙地將問(wèn)題轉(zhuǎn)移,比如在證明不等式問(wèn)題中,可以通過(guò)引入?yún)?shù),把證明問(wèn)題轉(zhuǎn)化成對(duì)參數(shù)的討論來(lái)解決.
2.1.3轉(zhuǎn)化作用.
參數(shù)可以改變?cè)瓉?lái)問(wèn)題的形式和要求,將原命題等價(jià)地轉(zhuǎn)化成另一個(gè)命題,向我們熟悉的方向轉(zhuǎn)化,有利于我們解決問(wèn)題.
2.2應(yīng)用參數(shù)解題的題型
通過(guò)分析,可以看出參數(shù)在解題的過(guò)程中具有十分顯著的功效,那么,在什么類型的題目中采用參數(shù)來(lái)解題會(huì)更加方便呢?
2.2.1在有關(guān)分式問(wèn)題中,不妨先考慮運(yùn)用參數(shù).
?。?)題設(shè)中的分式是以連比的形式出現(xiàn).例如:
若==,求的值.
?。?)題設(shè)中有兩個(gè)分式互為倒數(shù).
?。?)對(duì)于有些較復(fù)雜的分式,如果采用通分變形會(huì)使問(wèn)題變得更加復(fù)雜,為了方便計(jì)算簡(jiǎn)化過(guò)程,可以用字母代替變量進(jìn)行換元.部分換元是以新的變量代換原題中的某一部分,將原題轉(zhuǎn)化為另一種形式;整體代換是從整體角度考慮問(wèn)題,抓住問(wèn)題與其它知識(shí)的聯(lián)系,以新的變量代換原命題.
2.2.2證明不等式的問(wèn)題.雖然不等式的證明方法因題而異,靈活多樣,技巧性強(qiáng),但是利用參數(shù)證明不等式卻是其中相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)便的.
2.2.3若通過(guò)采用換元引參降低變?cè)螖?shù)或?qū)o(wú)理式有理化,則可以設(shè)參數(shù)解題.例如:
計(jì)算時(shí),可以令x=,
則x=6+=6+x.
2.2.4若題設(shè)中涉及到曲線方程,則可以先考慮設(shè)參數(shù)方程,利用參數(shù)方程可以求動(dòng)點(diǎn)的軌跡方程、變量的范圍及最值問(wèn)題等.
幾種常見(jiàn)的參數(shù)方程:
?。?)一般曲線的參數(shù)方程:x=f(t)y=f(t)(t為參數(shù))
?。?)過(guò)定點(diǎn)p(x,y),傾斜角為α的直線的參數(shù)方程是:x=x+tcosαy=y+tsinα(t為參數(shù))
?。?)圓C:(x-x)+(y-y)=r的參數(shù)方程是:x=x+rcosαy=y+rsinα(α為參數(shù))
?。?)橢圓C:b(x-x)+a(y-y)=ab的參數(shù)方程是:x=x+acosθy=y+bsinθ(θ為參數(shù))
2.2.5求函數(shù)的值域問(wèn)題.
2.2.6在某些應(yīng)用題中常常有多個(gè)未知量,但并非都是題目要求的,有的未知量只起到動(dòng)態(tài)描述的作用,卻同要求的未知量密切相關(guān),這種未知量叫做動(dòng)態(tài)未知量.解這類含有動(dòng)態(tài)未知量的應(yīng)用時(shí)就要采用參數(shù)法,一般將動(dòng)態(tài)未知量設(shè)為參數(shù).
以上是對(duì)參數(shù)法在解題時(shí)的應(yīng)用的簡(jiǎn)單分析,可見(jiàn)參數(shù)法不僅是一種數(shù)學(xué)方法,而且是一種數(shù)學(xué)思想,有著不容忽視的意義.
綜上所述,可以看出參數(shù)問(wèn)題涉及了多方面的知識(shí),內(nèi)容豐富,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維.通過(guò)對(duì)求解參數(shù)范圍問(wèn)題基本方法的概括,對(duì)滲透的數(shù)學(xué)思想方法的簡(jiǎn)單的探索研究,以及對(duì)參數(shù)在解數(shù)學(xué)競(jìng)賽題中輔助作用的分析,不只能對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)加以鞏固,同時(shí)還能加深對(duì)參數(shù)的理解,從而更好地應(yīng)對(duì)競(jìng)賽中的相關(guān)參數(shù)范圍問(wèn)題.
參考文獻(xiàn):
[1]單墫.數(shù)學(xué)奧林匹克高中版.北京大學(xué)出版社[M].1993.3,第1版.
[2]許仁譽(yù).相關(guān)參數(shù)范圍問(wèn)題在數(shù)學(xué)競(jìng)賽中的應(yīng)用[J].數(shù)學(xué)教學(xué)研究,VOL28,(7).
?。?]沈文選.奧賽經(jīng)典解題金鑰匙系列?高中數(shù)學(xué)[M].湖南師范大學(xué)出版社,2006.4,第1版.
?。?]張友意.用根與系數(shù)的關(guān)系解競(jìng)賽題.中等數(shù)學(xué)[J].2006,(8).
?。?]易常文.參數(shù)法在數(shù)學(xué)解題中的應(yīng)用[J].中等數(shù)學(xué),2000.12.
[6]張國(guó)良.例說(shuō)參數(shù)取值范圍的求法[J].中學(xué)數(shù)學(xué)研究,2009,(3).
?。?]蔡振樹(shù).數(shù)學(xué)競(jìng)賽中恒成立問(wèn)題的若干求解策略[J].數(shù)學(xué)教學(xué)研究,2006,(6).
注:“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請(qǐng)以PDF格式閱讀”