特殊值法思維是解決數(shù)學(xué)問題中最為特殊的一種“巧技妙法”,是解決問題的“通性通法”的升華與提升.特別,在歷年高考數(shù)學(xué)試卷的一些客觀題的解答中,借助特殊值(不同場景,對(duì)特殊值有不同的類型變化)的選取,巧妙利用特殊值法,可以非常簡捷地處理一些相關(guān)問題,真正達(dá)到“小題小做”“小題巧做”“小題快做”等良好解題效益,倍受師生喜歡與追求.本文中結(jié)合2023年高考數(shù)學(xué)真題,就一些客觀題中特殊值法的合理選用與巧妙應(yīng)用加以實(shí)例剖析.
1 函數(shù)圖象的應(yīng)用
例1函數(shù)f(x)的圖象如圖1所示,則f(x)的解析式可能為().
A.5(ex-e-x)x2+2
B.5sin xx2+1
C.5(ex+e-x)x2+2
D.5cos xx2+1
分析:根據(jù)函數(shù)圖象的變化情況,利用函數(shù)圖象與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)等,通過特殊值的選取,借助對(duì)應(yīng)圖象中相應(yīng)函數(shù)值的正負(fù),排除相應(yīng)不滿足條件的選項(xiàng),達(dá)到確定正確選項(xiàng)的目的.這比常規(guī)思維中利用函數(shù)的奇偶性及其應(yīng)用來分析與判斷更加簡單,以“形”代“數(shù)”,處理起來方便快捷.
解析:依題中的函數(shù)圖象,
選取特殊值x=0,可得f(0)>0,可以排除選項(xiàng)A,B;
再選取特殊值x=2(或x=-2),可得f(2)<0(或f(-2)<0),可以排除選項(xiàng)C.
故選擇答案:D.
點(diǎn)評(píng):利用特殊值法解決函數(shù)的圖象與性質(zhì)問題時(shí),要注重特殊值法與對(duì)應(yīng)函數(shù)圖象變化趨勢的聯(lián)系,深入體會(huì)特殊思維與一般思維的化歸與轉(zhuǎn)化,以及數(shù)學(xué)中有限與無限的思想方法等,從而形成解題思維與應(yīng)用技巧.
2 參數(shù)值的確定
例2若f(x)=(x+a)ln 2x-12x+1為偶函數(shù),則a=().
A.-1
B.0
C.12
D.1
分析:根據(jù)含參函數(shù)的奇偶性,在確定其定義域的情況下,通過關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)稱的一組特殊值的選取,結(jié)合函數(shù)的奇偶性構(gòu)建相應(yīng)的特殊關(guān)系式,利用方程的求解來確定相應(yīng)的參數(shù)值,是應(yīng)用特殊值法時(shí)的一種常見模式.這比常規(guī)思維中利用偶函數(shù)的定義來分析與求解更加直接,數(shù)學(xué)運(yùn)算更加簡化.
解析:依題知2x-12x+1>0,解得x<-12或x>12,則函數(shù)f(x)的定義域?yàn)閤|x<-12,或x>12,其定義域關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)稱.
若f(x)=(x+a)ln 2x-12x+1為偶函數(shù),取特殊值,可知f(1)=f(-1),有(1+a)ln 13=(-1+a)ln 3,即-(1+a)ln 3=(-1+a)ln 3,
則有-(1+a)=-1+a恒成立,解得a=0.故選擇答案:B.
點(diǎn)評(píng):巧妙利用特殊值法,借助函數(shù)奇偶性的定義來構(gòu)建關(guān)系式,為特殊值法處理問題提供條件.從特殊思維入手,以特殊情況下滿足的條件回歸到一般情況中去,實(shí)現(xiàn)特殊到一般的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用,符合辯證唯物主義思想,是解決一些相關(guān)問題中經(jīng)常用到的一種思維方式.
3 取值范圍的求解
例3設(shè)函數(shù)f(x)=2x(x-a)在區(qū)間(0,1)單調(diào)遞減,則a的取值范圍是().
A.(-∞,-2]B.[-2,0)
C.(0,2]D.[2,+∞)
分析:根據(jù)題設(shè)中函數(shù)在給定區(qū)間上的單調(diào)性,得到區(qū)間端點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的函數(shù)值之間的關(guān)系,確定參數(shù)的取值范圍,是問題的一種特殊情況,也為驗(yàn)證排除法的應(yīng)用提供一個(gè)直接的依據(jù).
解析:依題意,函數(shù)f(x)=2x(x-a)在區(qū)間(0,1)單調(diào)遞減,
則必滿足f(0)>f(1),即20>21-a,則0>1-a,解得a>1.
對(duì)比各選項(xiàng)加以驗(yàn)證,只有選項(xiàng)D滿足.
故選擇答案:D.
點(diǎn)評(píng):參數(shù)取值范圍的求解,可以借助特殊值法的應(yīng)用,以特殊場景來驗(yàn)證并排除一些不滿足條件的選項(xiàng),給正確快捷判斷與應(yīng)用奠定基礎(chǔ),成為解決此類問題中一種比較特殊的技巧方法,也是辯證統(tǒng)一思維的一種具體形式,在一些相關(guān)選擇題的應(yīng)用中有奇效.特殊值法可以優(yōu)化邏輯推理,減少數(shù)學(xué)運(yùn)算,做到“小題小做”或“小題巧做”,快速實(shí)現(xiàn)問題的破解.
4 代數(shù)式的構(gòu)建
例4已知向量a=(1,1),b=(1,-1),若(a+λb)⊥(a+μb),則().
A.λ+μ=1
B.λ+μ=-1
C.λμ=1
D.λμ=-1
分析:根據(jù)平面向量兩個(gè)含參的線性關(guān)系的變化情況,借助特殊值法思維,以特殊值來賦值其中的一個(gè)參數(shù),進(jìn)而求解其他相關(guān)的參數(shù)值,再結(jié)合選項(xiàng)加以合理排除與應(yīng)用.這比常規(guī)思維中平面向量數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算更加優(yōu)化,處理起來工作量相對(duì)減少.
解析:選取特殊值μ=1,依題知a+λb=(1,1)+λ(1,-1)=(1+λ,1-λ),
a+μb=a+b=(1,1)+(1,-1)=(2,0).
由(a+λb)⊥(a+μb),得(a+λb)·(a+b)=0,
即(1+λ,1-λ)·(2,0)=2+2λ=0,解得λ=-1.
此時(shí)λ+μ=0,λμ=-1,結(jié)合題目中的選項(xiàng),故選擇答案:D.
點(diǎn)評(píng):多變量代數(shù)式的定值問題,其中一個(gè)變量取值的變化會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)變量(或多個(gè)變量)取值的變化,可以為特殊值的應(yīng)用奠定基礎(chǔ).當(dāng)然,隨著特殊值選取的變化,解題過程也隨之改變,但結(jié)果不會(huì)有改變,這也是利用特殊思維解決選擇題中比較常見的思維方式與理論基礎(chǔ).
5 向量模的求解
例5已知向量a,b滿足|a-b|=3,|a+b|=|2a-b|,則|b|=.
分析:抓住題設(shè)條件中平面向量之間的線性關(guān)系,根據(jù)條件中關(guān)系式的特殊結(jié)構(gòu)形式,以特殊的零向量、特殊的數(shù)乘向量關(guān)系等代入滿足的關(guān)系式,借此通過特殊值的應(yīng)用來巧妙解決問題.這比常規(guī)思維中平面向量的模運(yùn)算、數(shù)量積運(yùn)算以及坐標(biāo)運(yùn)算等更加簡化,處理起來更加優(yōu)化.
解析1:特殊值法1.
依題意|a+b|=|2a-b|,顯然當(dāng)a=0這個(gè)特殊向量時(shí),有|0+b|=|0-b|,該關(guān)系式成立.
此時(shí)|a-b|=|-b|=|b|=3.故填答案:3.
解析2:特殊值法2.
依題意|a+b|=|2a-b|,顯然當(dāng)滿足a=2b這個(gè)特殊關(guān)系式時(shí),有|2b+b|=|4b-b|=3|b|,該關(guān)系式成立.
此時(shí)|a-b|=|2b-b|=|b|=3.故填答案:3.
點(diǎn)評(píng):這里選取的特殊向量及特殊關(guān)系式具有一定的目標(biāo)性,是用兩個(gè)平面向量的模之間的關(guān)系來構(gòu)建,可以從不同特殊向量的選取來達(dá)到目的.這也對(duì)特殊值法的應(yīng)用提出了一個(gè)要求,即不能盲目地選取特殊值,而是要根據(jù)題設(shè)條件,借助關(guān)系式的結(jié)構(gòu)特征、圖象的幾何性質(zhì)、變量的變化規(guī)律等加以合理選取.
6 探究判斷
例6已知a∈R,記y=sin x在[a,2a]的最小值為sa,在[2a,3a]的最小值為ta,則下列情況不可能的是().
A.sa>0,ta>0
B.sa<0,ta<0
C.sa>0,ta<0
D.sa<0,ta>0
分析:依據(jù)題設(shè)中含參區(qū)間及其對(duì)應(yīng)的最小值,要探究判斷各選項(xiàng)中最小值的正負(fù)取值情況,直接研究比較困難,沒有頭緒,可通過選取參數(shù)a的特殊值,確定對(duì)應(yīng)的區(qū)間,結(jié)合正弦函數(shù)y=sin x的圖象來確定函數(shù)的最值點(diǎn)情況,達(dá)到探究判斷的目的.
解析:依題目給定的區(qū)間知a>0,而區(qū)間[a,2a]與區(qū)間[2a,3a]相鄰,且區(qū)間長度相同.
取特殊值a=π6,則區(qū)間[a,2a]=π6,π3,區(qū)間[2a,3a]=π3,π2,結(jié)合正弦函數(shù)y=sin x的圖象,可知sa>0,ta>0,故選項(xiàng)A可能;
取特殊值a=5π12,則區(qū)間[a,2a]=5π12,5π6,區(qū)間[2a,3a]=5π6,5π4,結(jié)合正弦函數(shù)y=sin x的圖象,可知sa>0,ta<0,故選項(xiàng)C可能;
取特殊值a=7π6,則區(qū)間[a,2a]=7π6,7π3,區(qū)間[2a,3a]=7π3,7π2,結(jié)合正弦函數(shù)y=sin x的圖象,可知sa<0,ta<0,故選項(xiàng)B可能.
綜合以上特殊值分析,可知不可能的是sa<0,ta>0.故選擇答案:D.
點(diǎn)評(píng):解決此類探究判斷或開放創(chuàng)新應(yīng)用問題時(shí),特殊值法也是非常不錯(cuò)的一種技巧方法.利用特殊值法的應(yīng)用,借助舉例來確定不可能的情況,回避復(fù)雜的邏輯推理與數(shù)學(xué)運(yùn)算.
利用特殊值法解決一些具有確定結(jié)論的選擇題或填空題時(shí),借助特殊值(不同問題場景下,對(duì)特殊值的類型形式有不同的變化,如涉及特殊點(diǎn)、特殊函數(shù)、特殊向量、特殊圖形、特殊角、特殊數(shù)列等)的應(yīng)用,以特殊思維代替一般思維,又回歸到一般情況,符合辯證唯物主義思想.
巧妙利用特殊值法破解數(shù)學(xué)客觀題,有其特殊的優(yōu)勢與美妙的體驗(yàn),是數(shù)學(xué)“四基”落實(shí)并上升到一定程度的特殊“產(chǎn)物”,是特殊思維與一般思維的轉(zhuǎn)化與升華,在一定程度上可以簡化繁雜的邏輯推理與復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算等,合理降低數(shù)學(xué)知識(shí)的復(fù)雜層次,巧妙弱化數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的知識(shí)難度,全面強(qiáng)化數(shù)學(xué)思想與技巧方法,從而優(yōu)化數(shù)學(xué)解題過程,提升數(shù)學(xué)解題效益,節(jié)省寶貴考試時(shí)間.