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分類整合思想在解高考函數(shù)題中的應(yīng)用

2011-12-29 00:00:00陳躍彬


  摘要:本文主要設(shè)計了高三復(fù)習(xí)教學(xué)的片段,通過對幾道近年高考函數(shù)題解法的分析、探究,討論了分類整合的思想方法在求函數(shù)單調(diào)區(qū)間、求函數(shù)最值、求函數(shù)極值、證明不等式、求參數(shù)范圍五類題型中的應(yīng)用,引導(dǎo)學(xué)生共同探究這些題型的一般解法,探索解題規(guī)律,提高學(xué)生運用分類整合等思想方法解決綜合問題的能力.
  關(guān)鍵詞:單調(diào)性;求導(dǎo);分類;討論
  
  福建省《考試說明》指出:“分類與整合思想不僅是解決數(shù)學(xué)問題的常用方法,也是其他自然科學(xué)和社會科學(xué)研究的基本邏輯方法. 高考把對分類與整合思想的考查放在比較重要的位置,并以解答題為主進行考查.” 筆者帶2012屆高三畢業(yè)班,最近在準備總復(fù)習(xí)材料時,對部分二輪專題復(fù)習(xí)課重新進行了教學(xué)設(shè)計,下文就是其中的一部分.
  本課引言略.
  
  ■求單調(diào)區(qū)間
  例1(2011廣東文)設(shè)a>0,討論函數(shù)f(x)=lnx+a(1-a)x2-2(1-a)x的單調(diào)性.
  解析
  f′(x)=■.
  當(dāng)a≠1時,方程2a(1-a)x2-2(1-a)·x+1=0的判別式Δ=12(a-1)a-■.
 ?、佼?dāng)00,f′(x)有2個零點,設(shè)為x1,x2(應(yīng)寫成a表示),且00(x>0),f(x)在(0,+∞)內(nèi)遞增;④當(dāng)a>1時,Δ>0,f′(x)有2個零點,設(shè)為x1,x2,且x1<0  變式1(2010山東)已知函數(shù)f(x)=lnx-ax+■-1(a∈R).
 ?。?)當(dāng)a≤■時,討論f(x)的單調(diào)性;
  (2)略.
  點撥:例1及其變式解法的共同點在哪里?如何分類討論?應(yīng)用了哪些數(shù)學(xué)思想方法?
  解后反思:例1及其變式是一類高考的常見題型——討論含參函數(shù)f(x)的單調(diào)性. 通常的解法是對函數(shù)求導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為求解含參數(shù)的二次(或一次)不等式,一般要對二次項系數(shù)符號、判別式符號、兩根的大小關(guān)系進行分類討論.主要應(yīng)用了等價轉(zhuǎn)化的思想.
  
  ■求函數(shù)最值
  例2(2011北京文)已知函數(shù)f(x)=(x-k)ex.
 ?。?)求f(x)的單調(diào)區(qū)間;
 ?。?)求f(x)在區(qū)間[0,1]上的最小值.
  解析:(1)f′(x)=(x-k+1)ex,可得f(x)的遞減區(qū)間是(-∞,k-1);遞增區(qū)間是(k-1,+∞).
 ?。?)①當(dāng)k≤1時,函數(shù)f(x)在[0,1]上遞增,所以f(x)min=f(0)=-k;
 ?、诋?dāng)1 ?、郛?dāng)k≥2時,函數(shù)f(x)在[0,1]上遞減,所以f(x)min=f(1)=(1-k)e(以下略).
  變式(2010天津文)已知函數(shù)f(x)=ax3-■x2+1(x∈R),其中a>0.
 ?。?)略;
  (2)若在區(qū)間-■,■上,f(x)>0恒成立,求a的取值范圍.
  變式解析:討論a值得f(x)min的不同表達式,令f(x)min>0解得a.
  點撥:例2及變式解題的共同之處在哪里?它們?yōu)槭裁匆诸愑懻??如何進行分類討論?
  解后反思:例2是利用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)在已知區(qū)間上的最值,這也是高考函數(shù)題中的重要題型之一. 例2的變式是關(guān)于不等式恒成立的問題,也轉(zhuǎn)化為考查函數(shù)在已知區(qū)間上的最值. 因為參數(shù)不同,所求最值不同而引起討論,討論時按極值點與已知區(qū)間的位置關(guān)系進行分類. 例2變式還有其他解法.
  
  ■求函數(shù)極值
  例3(2009四川理)已知a>0,且a≠1,函數(shù)f(x)=loga(1-ax).
 ?。?)求f(x)的定義域,并判斷f(x)的單調(diào)性;
 ?。?)略;
 ?。?)當(dāng)a=e時,設(shè)h(x)=(1-ef(x))(x2-m+1),若函數(shù)h(x)的極值存在,求實數(shù)m的取值范圍以及h(x)的極值.
  解析:(1)(2)略;
  (3)由(1)知f(x)的定義域為(-∞,0),h(x)=ex(x2-m+1)(x<0),h′(x)=ex(x2+2x-m+1),令h′(x)=0,即x2+2x-m+1=0,由題意應(yīng)有Δ≥0,即m≥0.
 ?、佼?dāng)m=0時,h′(x)=0有實根x=-1,在點左右兩側(cè)均有h′(x)>0,故h(x)無極值;
 ?、诋?dāng)0 ?、郛?dāng)m≥1時,h′(x)=0在定義域內(nèi)僅有一實根x=-1-■,可解得h(x)的極大值為2e-1-■(1+■).
  綜上所述m>0(以下略).
  變式3(2008福建文)已知函數(shù)f(x)=x3+mx2+nx-2的圖象過點(-1,-6),且函數(shù)g(x)=f′(x)+6x的圖象關(guān)于y軸對稱. (Ⅰ)求m、n的值及y=f(x)的單調(diào)區(qū)間;(Ⅱ)若a>0,求y=f(x)在區(qū)間(a-1,a+1)內(nèi)的極值.
  點撥:例3及其變式如何進行分類討論?分析例3與例2解法的異同點.
  解后反思:例3及其變式都是用求導(dǎo)及分類討論的方法求函數(shù)的極值,由于函數(shù)含參數(shù)或定義域含參數(shù)而引起討論. 例3與例2的相同點在于分類時都是討論極值點與給定區(qū)間的位置關(guān)系,而區(qū)別在于最值除可能在極值點取得外,也可在區(qū)間端點取得.
  
  ■證明不等式
  例4(2011課標全國文)已知函數(shù)f(x)=■+■,曲線y=f(x)在點(1,f(1))處的切線方程為x+2y-3=0.
 ?。?)求a,b的值;
 ?。?)證明:當(dāng)x>0,且x≠1時,f(x)>■.
  解析:(1)略.
 ?。?)由(1)知f(x)=■+■,所以f(x)-■=■2lnx-■,設(shè)函數(shù)h(x)=2lnx-■(x>0),則h′(x)=-■,所以當(dāng)x≠1時,h′(x)<0,而h(1)=0,故當(dāng)x∈(0,1)時,h(x)>0,因此■h(x)>0;當(dāng)x∈(1,+∞)時,h(x)<0,因此■·h(x)>0,所以原命題成立.
  變式4(2011陜西文)設(shè)f(x)=lnx,g(x)=f(x)+f′(x).
  (1)略;
 ?。?)討論g(x)與g■的大小關(guān)系(本小題解法與例4(2)類似);
 ?。?)略.
  變式52010全國卷Ⅱ22(1)改編:設(shè)函數(shù)f(x)=1-e-x,g(x)=■,比較f(x)與g(x)的大小.
  點撥:分析例4及變式,它們應(yīng)用了哪些數(shù)學(xué)思想方法?并說明用構(gòu)造函數(shù)法解此類題的一般步驟.
  解后反思:例4及其變式是證明含一元變量的不等式(或比較兩個函數(shù)大?。┑膯栴},應(yīng)用了函數(shù)思想的思想方法,解決此類問題一般用構(gòu)造函數(shù)法:作差(使不等式右邊為0)→變形→構(gòu)造新函數(shù)→求導(dǎo)→判斷該函數(shù)單調(diào)性→討論函數(shù)值的正負…
  
  ■求參數(shù)范圍
  例5(2010湖北理)已知函數(shù)f(x)=ax+■+c(a>0)的圖象在點(1,f(1))處的切線方程為y=x-1.
 ?。?)用a表示出b,c;
  (2)若f(x)≥lnx在[1,+∞)上恒成立,求a的取值范圍;
  (3)略.
  解析:(1)略;
 ?。?)由(1)知,f(x)=ax+■+1-2a,
  令g(x)=f(x)-lnx=ax+■+1-2a-lnx,x∈[1,+∞),則g(1)=0.
  g′(x)=■,①當(dāng)01,若11,則g′(x)>0,g(x)是增函數(shù),所以g(x)>g(1)=0,即f(x)>lnx.
  綜上所述,a≥■.?搖
  變式6(2011全國理)已知函數(shù)f(x)=■+■,曲線y=f(x)在點(1,f(1))處的切線方程為x+2y-3=0.
 ?。?)求a,b的值;
  (2)如果當(dāng)x>0,且x≠1時,f(x)>■+■,求k的取值范圍.
  點撥:分析例5及變式,此類題有共性嗎?解法有共性嗎?請比較例4、例5兩類題解法的異同點.
  解后反思:例5及變式是一類題型:把問題轉(zhuǎn)化為已知一個含參數(shù)的一元不等式恒成立,求參數(shù)的取值范圍. 這類題解法的一般步驟是:作差(使不等式右邊為0)→變形→構(gòu)造新函數(shù)→求導(dǎo)數(shù)→討論該函數(shù)的單調(diào)性→討論函數(shù)值的正負(或求函數(shù)的最值(或確界),令最值(或確界)與0滿足一種大小關(guān)系)→確定參數(shù)范圍. 此類題中有些題解法不唯一.
  本課總結(jié)(略).
  根據(jù)學(xué)生具體情況,本課宜選擇講練結(jié)合、師生共同探究的課堂教學(xué)模式. 例題部分讓學(xué)生充分思考之后提問部分學(xué)生的解題思路、解題方法;變式題讓學(xué)生先做后再交流解法,進行實物投影等方式講授;變式5宜課后再鞏固.本課應(yīng)恰當(dāng)利用信息技術(shù)輔助教學(xué),如利用幾何畫板演示含參函數(shù)圖象等. 類比同類問題的解法,歸納解題規(guī)律可使復(fù)習(xí)事半功倍. 而共同探究則可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性,提高課堂教學(xué)效率.

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