張嚴(yán)田
高考數(shù)學(xué)解答題是在高考試卷中的第二部分,在近幾年的高考中其題量已基本穩(wěn)定在6題,分值占總分的56%,占總分一大半的數(shù)學(xué)解答題匯集了大部分把關(guān)題和壓軸題,在高考中舉足輕重,高考的區(qū)分層次和選拔使命主要靠這類題型來完成預(yù)設(shè)目標(biāo).
一、解題策略
高考數(shù)學(xué)試題的解答題題型內(nèi)涵豐富,包含的試題模式靈活多變,其基本架構(gòu)是:給出一定的題設(shè)(即已知條件),然后提出一定的要求(即要達(dá)到的目的),讓考生解答.而且“題設(shè)”和“要求”的模式五花八門,多種多樣.考生解答時(shí),應(yīng)把已知條件作為出發(fā)點(diǎn),運(yùn)用有關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)和方法,進(jìn)行推理、演繹或計(jì)算,最后達(dá)到所要求的目標(biāo),同時(shí)要將整個(gè)解答過程的主要步驟和經(jīng)過,有條理、合邏輯、完整地陳述清楚.
1.數(shù)學(xué)綜合題的解題策略
解綜合性問題的三字訣“三性”:綜合題從題設(shè)到結(jié)論,從題型到內(nèi)容,條件隱蔽,變化多樣,因此就決定了審題思考的復(fù)雜性和解題設(shè)計(jì)的多樣性.在審題思考中,要把握好“三性”,即(1)目的性:明確解題結(jié)果的終極目標(biāo)和每一步驟分項(xiàng)目標(biāo);(2)準(zhǔn)確性:提高概念把握的準(zhǔn)確性和運(yùn)算的準(zhǔn)確性;(3)隱含性:注意題設(shè)條件的隱含性.審題這第一步,不要怕慢,其實(shí)慢中有快,解題方向明確,解題手段合理,這是提高解題速度和準(zhǔn)確性的前提和保證.
“三化”:(1)問題具體化(包括抽象函數(shù)用具有相同性質(zhì)的具體函數(shù)作為代表來研究,字母用常數(shù)來代表).即把題目中所涉及的各種概念或概念之間的關(guān)系具體明確,有時(shí)可畫表格或圖形,以便于把一般原理、一般規(guī)律應(yīng)用到具體的解題過程中去;(2)問題簡(jiǎn)單化.即把綜合問題分解為與各相關(guān)知識(shí)相聯(lián)系的簡(jiǎn)單問題,把復(fù)雜的形式轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的形式;(3)問題和諧化.即強(qiáng)調(diào)變換問題的條件或結(jié)論,使其表現(xiàn)形式符合數(shù)或形內(nèi)部固有的和諧統(tǒng)一的特點(diǎn),或者突出所涉及的各種數(shù)學(xué)對(duì)象之間的知識(shí)聯(lián)系.
“三轉(zhuǎn)”:(1)語言轉(zhuǎn)換能力.每個(gè)數(shù)學(xué)綜合題都是由一些特定的文字語言、符號(hào)語言、圖形語言所組成.解綜合題往往需要較強(qiáng)的語言轉(zhuǎn)換能力.還需要有把普通語言轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)語言的能力;(2)概念轉(zhuǎn)換能力:綜合題的轉(zhuǎn)譯常常需要較強(qiáng)的數(shù)學(xué)概念的轉(zhuǎn)換能力;(3)數(shù)形轉(zhuǎn)換能力.解題中的數(shù)形結(jié)合,就是對(duì)題目的條件和結(jié)論既分析其代數(shù)含義又分析其幾何意義,力圖在代數(shù)與幾何的結(jié)合上找出解題思路.運(yùn)用數(shù)形轉(zhuǎn)換策略要注意特殊性,否則解題會(huì)出現(xiàn)漏洞.
“三思”:(1)思路:由于綜合題具有知識(shí)容量大,解題方法多,因此,審題時(shí)應(yīng)考慮多種解題思路;(2)思想:高考綜合題的設(shè)置往往會(huì)突顯考查數(shù)學(xué)思想方法,解題時(shí)應(yīng)注意數(shù)學(xué)思想方法的運(yùn)用;(3)思辯:即在解綜合題時(shí)注意思路的選擇和運(yùn)算方法的選擇.
“三聯(lián)”:(1)聯(lián)系相關(guān)知識(shí);(2)聯(lián)接相似問題;(3)聯(lián)想類似方法.
2.數(shù)學(xué)應(yīng)用題的解題策略
求解應(yīng)用題的一般步驟是(四步法):
(1)讀題:讀懂和深刻理解,譯為數(shù)學(xué)語言,找出主要關(guān)系;
(2)建模:把主要關(guān)系近似化、形式化,抽象成數(shù)學(xué)問題;
(3)求解:化歸為常規(guī)問題,選擇合適的數(shù)學(xué)方法求解;
(4)評(píng)價(jià):對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證或評(píng)估,對(duì)錯(cuò)誤加以調(diào)節(jié),最后將結(jié)果應(yīng)用于現(xiàn)實(shí),作出解釋或驗(yàn)證.
3.在近幾年高考中,經(jīng)常涉及的數(shù)學(xué)模型,有以下一些類型:數(shù)列模型、函數(shù)模型、不等式模型、三角模型、排列組合模型等等.
Ⅰ.函數(shù)模型 函數(shù)是中學(xué)數(shù)學(xué)中最重要的一部分內(nèi)容,現(xiàn)實(shí)世界中普遍存在著的最優(yōu)化問題,常??蓺w結(jié)為函數(shù)的最值問題,通過建立相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù),確定變量的限制條件,運(yùn)用函數(shù)知識(shí)和方法去解決;
(1)根據(jù)題意,熟練地建立函數(shù)模型;
(2)運(yùn)用函數(shù)性質(zhì)、不等式等知識(shí)處理所得的函數(shù)模型.
Ⅱ.幾何模型 諸如航行、建橋、測(cè)量等涉及一定圖形屬性的運(yùn)用問題,常常需要運(yùn)用幾何圖形的性質(zhì),或用方程、不等式或用三角函數(shù)知識(shí)來求解;
Ⅲ.數(shù)列模型 在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中,諸如增長(zhǎng)率、降低率、存款利率、分期付款等與年(月)份有關(guān)的實(shí)際問題,大多可歸結(jié)為數(shù)列問題,即通過建立相應(yīng)的數(shù)列模型來解決.在解應(yīng)用題時(shí),是否是數(shù)列問題一是看自變量是否與正整數(shù)有關(guān);二是看是否符合一定的規(guī)律,可先從特殊的情形入手,再尋找一般的規(guī)律.
二、題型細(xì)說
1.三角函數(shù),考查基本運(yùn)算能力
三角仍是高考的熱點(diǎn),近年大多新課程高考數(shù)學(xué)卷,將三角與解三角形結(jié)合,以三角為載體考查基本運(yùn)算能力,利用公式進(jìn)行運(yùn)算及變形,能夠根據(jù)問題的條件尋找與設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)捷的運(yùn)算途徑.
例1 (2012年高考江蘇卷15)在△ABC中,已知AB·AC=3BA·BC.
(1)求證:tanB=3tanA;(2)若cosC=55,求A的值.
解析:本題主要考查平面向量的數(shù)量積,三角函數(shù)的基本關(guān)系式,兩角和的正切公式,解三角形.
(1)先將AB·AC=3BA·BC表示成數(shù)量積,再根據(jù)正弦定理和同角三角函數(shù)關(guān)系式證明.(2)由cosC=55,可求tanC,由三角形三角關(guān)系,得到tan[π-(A+B)],從而根據(jù)兩角和的正切公式和(1)的結(jié)論即可求得A的值.
2.立體幾何主要考查直線與平面的關(guān)系
立體幾何的考查,主要有兩類題型,在考查對(duì)空間幾何體結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的前提下,綜合性地考查對(duì)空間幾何體的體積、表面積的計(jì)算,考查空間線面位置關(guān)系,這類試題以“圖”引入,背景新穎,對(duì)考生的空間想象能力有較高要求.
例2 (2012年湖南卷理18)如圖(1),在四棱錐PABCD中,PA⊥平面ABCD,AB=4,BC=3,AD=5,∠DAB=∠ABC=90°,E是CD的中點(diǎn).
(Ⅰ)證明:CD⊥平面PAE;
(Ⅱ)若直線PB與平面PAE所成的角和PB與平面ABCD所成的角相等,求四棱錐PABCD的體積.
解析:(Ⅰ)連接AC,由AB=4,BC=3,∠ABC=90°,得AC=5.
又AD=5,E是CD的中點(diǎn),所以CD⊥AE.
∵PA⊥平面ABCD,CD平面ABCD,
所以PA⊥CD.
而PA,AE是平面PAE內(nèi)的兩條相交直線,所以CD⊥平面PAE.
(Ⅱ)由題設(shè)和(Ⅰ)知,CD,AP分別是平面PAE,平面ABCD的法向量,而PB與平面PAE所成的角和PB與平面ABCD所成的角相等,所以
|cos
即|CD·PB|CD|·|PB||=|PA·PB|PA|·|PB||.建立直角坐標(biāo)系:如圖(2)
由(Ⅰ)知,CD=(-4,2,0),PA=(0,0,-h),
由PB=(4,0,-h),
故|-16+0+025·16+h2|=|0+0+h2h·16+h2|.
解得h=855.又梯形ABCD的面積為S=12×(5+3)×4=16,所以四棱錐PABCD的體積為
V=13×S×h=13×16×855=128515.
點(diǎn)評(píng):本題考查空間線面垂直關(guān)系的證明,考查空間角的應(yīng)用,及幾何體體積計(jì)算.第一問只要證明AE⊥CD即可,第二問通過建立空間直角坐標(biāo)系,求得高再求體積.向量方法作為溝通代數(shù)和幾何的工具在理科加試題考查中常見,此類方法的要點(diǎn)在于建立恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系,便于計(jì)算,位置關(guān)系明確,以計(jì)算代替分析,起到簡(jiǎn)化的作用,但計(jì)算必須慎之又慎.
3.解析幾何突出“模塊化”運(yùn)算能力
解析幾何解答題熱點(diǎn)的題型是求參數(shù)范圍或求最值的綜合性問題,探求動(dòng)點(diǎn)的軌跡問題,有關(guān)定值、定點(diǎn)等的證明問題,與向量綜合的探索性問題等.著重考查解析幾何的基本思想,利用代數(shù)的方法研究幾何問題的特點(diǎn)和性質(zhì).因此,在解題的過程中,計(jì)算占了很大的比例.
例3 (2012年高考山東卷理科21)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,F(xiàn)是拋物線C:x2=2py(p>0)的焦點(diǎn),M是拋物線C上位于第一象限內(nèi)的任意一點(diǎn),過M,F(xiàn),O三點(diǎn)的圓的圓心為Q,點(diǎn)Q到拋物線C的準(zhǔn)線的距離為34.
(Ⅰ)求拋物線C的方程;
(Ⅱ)是否存在點(diǎn)M,使得直線MQ與拋物線C相切于點(diǎn)M?若存在,求出點(diǎn)M的坐標(biāo);若不存在,說明理由;
(Ⅲ)若點(diǎn)M的橫坐標(biāo)為2,直線l:y=kx+14與拋物線C有兩個(gè)不同的交點(diǎn)A,B,l與圓Q有兩個(gè)不同的交點(diǎn)D,E,求當(dāng)12≤k≤2時(shí),|AB|2+|DE|2的最小值.
解析:(Ⅰ)F拋物線C:x2=2py(p>0)的焦點(diǎn)F(0,p2),設(shè)M(x0,x202p)(x0>0),Q(a,b),由題意可知b=p4,則點(diǎn)Q到拋物線C的準(zhǔn)線的距離為b+p2=p4+p2=34p=34,解得p=1,于是拋物線C的方程為x2=2y.
(Ⅱ)假設(shè)存在點(diǎn)M(x0,x202),(x0>0)滿足條件,拋物線C在點(diǎn)M處得切線斜率為y′|x=x0=(x22)′|x=x0=x0,所以直線MQ的方程為y-x202=x0(x-x0)
令y=14,得xQ=x02+14x0,所以Q(x02+14x0,14)
又|MQ|=|OQ|,故(14x0-x02)2+(14-x202)2=(x02+14x0)2+116
因此(14x0-x02)2=916,又x0>0,所以x0=2,此時(shí)M(2,1)
故存在點(diǎn)M(2,1),使得直線MQ與拋物線C相切于點(diǎn)M.
(Ⅲ)若點(diǎn)M的橫坐標(biāo)為2,由(Ⅱ)得點(diǎn)M(2,1),Q(528,14).
圓O的半徑為r=(528)2+(14)2=368
則圓Q:(x-528)2+(y-14)2=2732,
由x2=2yy=kx+14可得x2-2kx-12=0,設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
由于Δ1=4k2+2>0,x1+x2=2k,x1x2=-12
由(x-528)2+(y-14)2=2732y=kx+14可得(1+k2)x2-524x-116=0,
設(shè)D(x3,y3),E(x4,y4),由于Δ2=k24+278>0,x3+x4=524(1+k2),x3x4=-116(1+k2)
|DE|2=(1+k2)[(x3+x4)2-4x3x4]=258(1+k2)+14
于是|AB|2+|DE|2=(1+k2)(4k2+2)+258(1+k2)+14,
令1+k2=t,由于12≤k≤2,則t∈[54,5],所以|AB|2+|DE|2=4t2-2t+258t+14,
設(shè)g(t)=4t2-2t+258t+14,g′(t)=8t-2-258t2,
當(dāng)t∈[54,5]時(shí),g′(t)=8t-2-258t2>0,所以g(t)在[54,5]為增函數(shù)
故當(dāng)t=54,k=12時(shí),g(t)min=4×2516-2×54+258×54+14=132.
故當(dāng)k=12時(shí),(|AB|2+|DE|2)min=132.
評(píng)注:本題考查了直線與拋物線及圓相關(guān)知識(shí),是一道綜合性的試題,考查了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力.其中問題(2)是一個(gè)開放性問題,考查了考生的觀察、推理以及創(chuàng)造性地分析問題、解決問題的能力.
4.以數(shù)列問題為載體考查抽象的演繹推理
數(shù)列解答試題是高考命題的一個(gè)必考且難度較大的題型,其命題熱點(diǎn)是與不等式交匯、呈現(xiàn)遞推關(guān)系的綜合性試題.其中,以函數(shù)迭代、解析幾何曲線上的點(diǎn)列為命題載體,有著高等數(shù)學(xué)背景的數(shù)列解答題是未來高考命題的一個(gè)新的亮點(diǎn),而命題的冷點(diǎn)是數(shù)列的應(yīng)用性解答題.
例4 (2012年高考山東文20)已知等差數(shù)列{an}的前5項(xiàng)和為105,且a10=2a5.
(Ⅰ)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式;
(Ⅱ)對(duì)任意m∈N*,將數(shù)列{an}中不大于72m的項(xiàng)的個(gè)數(shù)記為bm.求數(shù)列{bm}的前m項(xiàng)和Sm.
解析:(Ⅰ)由已知得:5a1+10d=105,a1+9d=2(a1+4d),解得a1=7,d=7,
所以通項(xiàng)公式為an=7+(n-1)·7=7n.
(Ⅱ)由an=7n≤72m,得n≤72m-1,即bm=72m-1.
∵bm+1bm=72m+172m-1=49,∴{bm}是公比為49的等比數(shù)列,
∴Sm=7(1-49m)1-49=748(49m-1).
5.函數(shù)與導(dǎo)數(shù)結(jié)合,考查綜合能力
函數(shù)問題更多的與導(dǎo)數(shù)相結(jié)合,應(yīng)用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的性質(zhì),應(yīng)用函數(shù)的單調(diào)性證明不等式,是近幾年全國(guó)各省高考數(shù)學(xué)的一個(gè)最大的特點(diǎn).函數(shù)與不等式解答試題是高考命題的重要題型,它的解答需要用到導(dǎo)數(shù)的相關(guān)知識(shí),其命題熱點(diǎn)是導(dǎo)數(shù)知識(shí)的考查,出現(xiàn)頻率較高的題型是最值、范圍等問題.
例5 (2012年湖南卷理22)已知函數(shù)f(x)=eax-x,其中a≠0.
(1)若對(duì)一切x∈R,f(x)≥1恒成立,求a的取值集合.
(2)在函數(shù)f(x)的圖像上取定兩點(diǎn)A(x1,f(x1)),B(x2,f(x2))(x1
解析:(1)若a<0,則對(duì)一切x>0,f(x)=eax-x<1,這與題設(shè)矛盾,又a≠0,故a>0.
而f′(x)=aeax-1,令f′(x)=0,得x=1aln1a.
當(dāng)x<1aln1a時(shí),f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減;當(dāng)x>1aln1a時(shí),f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增,故當(dāng)x=1aln1a時(shí),f(x)取最小值f(1aln1a)=1a-1aln1a.
于是對(duì)一切x∈R,f(x)≥1恒成立,只需1a-1aln1a≥1. ①
令g(t)=t-tlnt,則g′(t)=-lnt.
當(dāng)0
故當(dāng)t=1時(shí),g(t)取最大值g(1)=1.因此,當(dāng)且僅當(dāng)1a=1即a=1時(shí),①式成立.
綜上所述,a的取值集合為{1}.
(2)由題意知,k=f(x2)-f(x1)x2-x1=eax2-eax1x2-x1-1.
令φ(x)=f′(x)-k=aeax-eax2-eax1x2-x1,則
φ(x1)=-eax1x2-x1[ea(x2-x1)-a(x2-x1)-1],
φ(x2)=eax2x2-x1[ea(x1-x2)-a(x1-x2)-1].
令F(t)=et-t-1,則F′(t)=et-1.
當(dāng)t<0時(shí),F(xiàn)′(t)<0,F(xiàn)(t)單調(diào)遞減;當(dāng)t>0時(shí),F(xiàn)′(t)>0,F(xiàn)(t)單調(diào)遞增.
故當(dāng)t≠0時(shí),F(xiàn)(t)>F(0)=0,即et-t-1>0.
從而ea(x2-x1)-a(x2-x1)-1>0,ea(x1-x2)-a(x1-x2)-1>0,又eax1x2-x1>0,eax2x2-x1>0,
所以φ(x1)<0,φ(x2)>0.
因?yàn)楹瘮?shù)y=φ(x)在區(qū)間[x1,x2]上的圖像是連續(xù)不斷的一條曲線,所以存在C∈(x1,x2)使φ(C)=0,又φ′(x)=a2eax>0,φ(x)單調(diào)遞增,故這樣的c是唯一的,且c=1alneax2-eax1a(x2-x1).
故當(dāng)且僅當(dāng)x∈(1alneax2-eax1a(x2-x1),x2)時(shí),f′(x)>k.
綜上所述,存在x0∈(x1,x2)使f′(x0)>k成立.且x0的取值范圍為(1alneax2-eax1a(x2-x1),x2).
點(diǎn)評(píng):本題考查利用導(dǎo)函數(shù)研究函數(shù)單調(diào)性、最值、不等式恒成立問題等,考查運(yùn)算能力,考查分類討論思想、函數(shù)與方程思想,轉(zhuǎn)化與化歸思想等數(shù)學(xué)思想方法.第一問利用導(dǎo)函數(shù)法求出f(x)取最小值f(1aln1a)=1a-1aln1a.對(duì)一切x∈R,f(x)≥1恒成立轉(zhuǎn)化為f(x)min≥1,從而得出a的取值集合;第二問在假設(shè)存在的情況下進(jìn)行推理,通過構(gòu)造函數(shù),研究這個(gè)函數(shù)的單調(diào)性及最值來進(jìn)行分析判斷.
6.應(yīng)用問題的考查靈活多變
例6 (2011年山東文21)某企業(yè)擬建造如圖所示的容器(不計(jì)厚度,長(zhǎng)度單位:米),其中容器的中間為圓柱形,左右兩端均為半球形,按照設(shè)計(jì)要求容器的體積為80π3立方米,且l≥2r.假設(shè)該容器的建造費(fèi)用僅與其表面積有關(guān).已知圓柱形部分每平方米建造費(fèi)用為3千元,半球形部分每平方米建造費(fèi)用為c(c>3)千元.設(shè)該容器的建造費(fèi)用為y千元.
(Ⅰ)寫出y關(guān)于r的函數(shù)表達(dá)式,并求該函數(shù)的定義域;
(Ⅱ)求該容器的建造費(fèi)用最小時(shí)的r.
解析:(Ⅰ)因?yàn)槿萜鞯捏w積為80π3立方米,所以4πr33+πr2l=80π3,解得l=803r2-4r3,由l≥2r,得0 所以圓柱的側(cè)面積為2πrl=2πr(803r2-4r3)=160π3r-8πr23,兩端兩個(gè)半球的表面積之和為4πr2,所以y=160πr-8πr2+4πcr2,定義域?yàn)椋?,2). (Ⅱ)因?yàn)閥′=-160πr2-16πr+8πcr=8π[(c-2)r3-20]r2,由于c>3,所以c-2>0
所以320c-2>0
(1)當(dāng)0<320c-2<2,即c>92時(shí),當(dāng)r=320c-2時(shí),y′=0.當(dāng)r∈(0,320c-2)時(shí),y′<0;當(dāng)r∈(320c-2,2)時(shí),y′>0,所以r=320c-2是函數(shù)y的極小值點(diǎn),也是最小值點(diǎn).
(2)當(dāng)320c-2≥2,即3 綜上所述,即3 例7 (2012年高考湖南卷)某超市為了解顧客的購(gòu)物量及結(jié)算時(shí)間等信息,安排一名員工隨機(jī)收集了在該超市購(gòu)物的100位顧客的相關(guān)數(shù)據(jù),如下表所示. 一次購(gòu)物量1至4件5至8件9至12件13至16件17件及以上 顧客數(shù)(人)x3025y10 結(jié)算時(shí)間(分鐘/人)11.522.53 已知這100位顧客中一次購(gòu)物量超過8件的顧客占55%. (1)確定x,y的值,并求顧客一次購(gòu)物的結(jié)算時(shí)間X的分布列與數(shù)學(xué)期望; (2)若某顧客到達(dá)收銀臺(tái)時(shí)前面恰有2位顧客需結(jié)算,且各顧客的結(jié)算相互獨(dú)立,求該顧客結(jié)算前的等候時(shí)間不超過2.5分鐘的概率.(注:將頻率視為概率) 解析:(1)由已知得25+y+10=55,x+30=45,所以x=15,y=20. 該超市所有顧客一次購(gòu)物的結(jié)算時(shí)間組成一個(gè)總體,所收集的100位顧客一次購(gòu)物的結(jié)算時(shí)間可視為總體的一個(gè)容量為100的簡(jiǎn)單隨機(jī)樣本,將頻率視為概率得 P(X=1)=15100=320,P(X=1.5)=30100=310, P(X=2)=25100=14,P(X=2.5)=20100=15, P(X=3)=10100=110. X的分布列為 X11.522.53 P3203101415110 X的數(shù)學(xué)期望為 E(X)=1×320+1.5×310+2×14+2.5×15+3×110=1.9. (2)記A為事件“該顧客結(jié)算前的等候時(shí)間不超過2.5分鐘”,Xi(i=1,2)為該顧客前面第i位顧客的結(jié)算時(shí)間,則 P(A)=P(X1=1且X2=1)+P(X1=1且X2=1.5)+P(X1=1.5且X2=1). 由于各顧客的結(jié)算相互獨(dú)立,且X1,X2的分布列都與X的分布列相同,所以 P(A)=P(X1=1)×P(X2=1)+P(X1=1)×P(X2=1.5)+P(X1=1.5)×P(X2=1)=320×320+320×310+310×320=980. 故該顧客結(jié)算前的等候時(shí)間不超過2.5分鐘的概率為980.