11、預測題
(1)函數(shù)
在
上有最大值
,則實數(shù)
的取值范圍為
分析:此函數(shù)的類型不確定,需要分類討論,可以用導數(shù)法求函數(shù)的最值,也可以用配方法求二次函數(shù)的最值。
解法一、當
時,
在
上為單調(diào)增函數(shù),最大值為
,滿足題意。
當
時,函數(shù)
,其對稱軸為![]()
當
時,
在
上為單調(diào)增函數(shù),最大值為
,滿足題意。
當
時,當
即
時,
在
上為單調(diào)增函數(shù),最大值為
,滿足題意。
綜上:當
時,函數(shù)
在
上有最大值
。
解法二、由
得
,要使函數(shù)
在
上有最大值
,需使
在
上為單調(diào)增函數(shù),由
,當
時成立,當
,得
,因為
在
上的最大值為
,所以
。
綜上:當
時,函數(shù)
在
上有最大值
。
答案:![]()
評注:在函數(shù)類型不確定時要分類討論最后整和答案。
(2).(2008福建德化一中)已知函數(shù)
是定義在
上的奇函數(shù),當
時,
(其中e是自然界對數(shù)的底,
)
(Ⅰ) 求
的解析式;
(Ⅱ)設(shè)
求證:當
,
時,
;
(Ⅲ)是否存在負數(shù)
,使得當
時,
的最小值是3 ?如果存在,求出實數(shù)
的值;如果不存在,請說明理由。
分析:由函數(shù)的奇偶性的定義求得函數(shù)
的解析式,(2)中要證明不等式在
時恒成立,只需證明
的最小值大于
的最大值,可以通過研究函數(shù)的單調(diào)性和極值求得,(3)為存在性命題,可以先假設(shè)存在,然后通過求導在區(qū)間內(nèi)研究最值。由于
中含有參數(shù)
,而
,那么可以根據(jù)
與
的大小關(guān)系進行分類比較。
解:(Ⅰ)設(shè)
,則
,所以![]()
又因為
是定義在
上的奇函數(shù),所以
故函數(shù)
的解析式為
(Ⅱ)證明:當
且
時,
,設(shè)
因為
,所以當
時,
,此時
單調(diào)遞減;當
時,
,此時
單調(diào)遞增,所以
又因為
,所以當
時,
,此時
單調(diào)遞減,所以![]()
所以當
時,
即
(Ⅲ)解:假設(shè)存在負數(shù)
,使得當
時,
有最小值是3,則![]()
①當
,由于
,則
,故函數(shù)
是
上的增函數(shù).所以
,解得
(舍去)
②當
時,則當
時,
,此時函數(shù)
是減函數(shù);當
時,
,此時函數(shù)
是增函數(shù).
所以
,解得
滿足題意。
綜上可知,存在負數(shù)
,使得當
時,
有最小值3
評注:本題在導函數(shù)的正負判斷上出現(xiàn)分歧,需要對
的不同取值進行分類整合。
(3).(2007湖北卷21)已知數(shù)列
和
滿足:
,
其中
為實數(shù),
為正整數(shù).
(Ⅰ)對任意實數(shù)
,證明數(shù)列
不是等比數(shù)列;
(Ⅱ)試判斷數(shù)列
是否為等比數(shù)列,并證明你的結(jié)論;
(Ⅲ)設(shè)
,
為數(shù)列
的前
項和.是否存在實數(shù)
,使得對任意正整數(shù)
,都有
?若存在,求
的取值范圍;若不存在,說明理由.
分析:根據(jù)等比數(shù)列的定義進行判斷,注意等比數(shù)列的首項不為0,公比不為0,由此引發(fā)分類討論.
(Ⅰ)證明:假設(shè)存在一個實數(shù)
,使
是等比數(shù)列,則有
,即
矛盾.
所以{an}不是等比數(shù)列.
(Ⅱ)解:因為![]()
![]()
又
,所以當
,此時
不是等比數(shù)列:
當
時,
,由上可知
bn≠0,∴![]()
.
故當
時,數(shù)列
是以
為首項,
為公比的等比數(shù)列.
(Ⅲ)由(Ⅱ)知,當
,不滿足題目要求.
∴
,故知
,于是可得Sn=![]()
要使
對任意正整數(shù)
成立,即![]()
, ①
則
當n為正奇數(shù)時,
;![]()
∴
的最大值為
,
的最小值為
,
于是,由①式得
,
當
時,不存在實數(shù)滿足題目要求;
當
存在實數(shù)
,使得對任意正整數(shù)
,都有
,且
的取值范圍是![]()
評注:本小題主要考查等比數(shù)列的定義、數(shù)列求和、不等式等基礎(chǔ)知識和分類討論的思想,考查綜合分析問題的能力和推理認證能力。對于等比數(shù)列的定義來說要掌握準確,注意其前提條件是首項不為0,公比不為0,另外,在研究
的取值范圍時也要注意指數(shù)
取奇數(shù)和取偶數(shù)的不同影響,注意分類整合的思想的運用.
(4)(2008浙江省余姚中學)設(shè)
是
的一個極值點,
⑴求
與
的關(guān)系式(用
表示
)并求
的單調(diào)區(qū)間.
⑵是否存在實數(shù)
,使得對任意
及
總有![]()
恒成立,若存在求出
的范圍。若不存在,說明理由.
分析:通過求導研究函數(shù)的極值和單調(diào)性,但要注意參數(shù)
的不同取值對研究問題的影響,會對其各種不同的情況進行分類討論.
解:(1)
由
得
∴
![]()
令
得
由于
是
的極值點,故
,即![]()
① 當
時,
,故
為
的單調(diào)增區(qū)間;
為
的單調(diào)減區(qū)間!
② 當
時,
,故
為
的單調(diào)增區(qū)間;
為
的單調(diào)減區(qū)間!
(2)由
得
,從而知
在
上單調(diào)遞減,在
上單調(diào)遞增,
的值域為
假設(shè)存在實數(shù)
滿足題設(shè),依題意有:
恒成立,即
恒成立,
令
,則有
,解得
,即![]()
評注:本題在導函數(shù)值為0時,方程的根的大小問題上產(chǎn)生分歧而需要分類討論.
(5)(2007全國1理21)已知橢圓
的左、右焦點分別為
,
.過
的直線交橢圓于
兩點,過
的直線交橢圓于
兩點,且
,垂足為
.
(Ⅰ)設(shè)
點的坐標為
,證明:
;
(Ⅱ)求四邊形
的面積的最小值.
分析: (Ⅰ)可以根據(jù)已知條件進行適當?shù)姆趴s證出. (Ⅱ)由
可知四邊形
的面積為
,只需通過解方程組求弦長.對于直線的方程要由點斜式寫出,需要考慮其斜率是否存在.
證明:(Ⅰ)橢圓的半焦距
,
由
知點
在以線段
為直徑的圓上,故
,
所以,
.
(Ⅱ)(ⅰ)當
的斜率
存在且
時,
的方程為
,代入橢圓方程
,并化簡得
.
設(shè)
,
,則
,![]()
;
因為
與
相交于點
,且
的斜率為
,
所以,
.
四邊形
的面積
.
當
時,上式取等號.
(ⅱ)當
的斜率
或斜率不存在時,四邊形
的面積
.
綜上,四邊形
的面積的最小值為
.
評注:在用直線的點斜式或斜截式寫方程時,要根據(jù)直線的斜率存在和不存在分兩種情況進行討論.
(6)(山東省濟寧市2009)已知函數(shù)
,
,且對于任意實數(shù)
,恒有![]()
(Ⅰ)的解析式;
(Ⅱ)數(shù)
在區(qū)間
上單調(diào)遞減,求實數(shù)
的取值范圍;
(Ⅲ)數(shù)
有幾個零點?
分析:本題中可以根據(jù)恒等式求得函數(shù)的解析式,(Ⅱ)中的函數(shù)為單調(diào)減函數(shù),則其導數(shù)值在區(qū)間
內(nèi)恒負,即不等式恒成立,根據(jù)函數(shù)的圖象解答.
(Ⅲ)要研究函數(shù)的零點,需要通過研究函數(shù)的性質(zhì)即單調(diào)性與極值,結(jié)合函數(shù)的圖象,根據(jù)不同的位置關(guān)系進行分類討論.
解:(Ⅰ)![]()
根據(jù)題意,對于任意實數(shù)
,恒有![]()
即
,即
,所以
所以
(Ⅱ)
,![]()
∵函數(shù)
在區(qū)間
上單調(diào)遞減,
∴在區(qū)間
上
,即
在區(qū)間
上恒成立. ∴
,即
(Ⅲ)
,![]()
令
,解得
或
或![]()
當
時,
;當
時,
;當
時,
;當
時,![]()
;![]()
①當
且
,即
時,函數(shù)
沒有零點;
②
,即
時, 函數(shù)
有兩個零點;
③
且
,即
時,函數(shù)
有四個零點;
④
時, 函數(shù)
有三個零點;
⑤
且
,即
時,函數(shù)
有兩個零點;
綜上所述,當
時,函數(shù)
沒有零點;當
時,函數(shù)
有四個零點;當
時,函數(shù)
有兩個零點
評注:本題比較綜合的考查了函數(shù)的性質(zhì),以及根據(jù)函數(shù)的圖象進行分類整合,分類的標準就是函數(shù)的極值點與
軸的位置關(guān)系.
![]()
10、數(shù)列中的分類整合
例17.(2007上海卷,理20)若有窮數(shù)列
(
是正整數(shù)),滿足
即
(
是正整數(shù),且
),就稱該數(shù)列為“對稱數(shù)列”。
(1)已知數(shù)列
是項數(shù)為7的對稱數(shù)列,且
成等差數(shù)列,
,試寫出
的每一項
(2)已知
是項數(shù)為
的對稱數(shù)列,且
構(gòu)成首項為50,公差為
的等差數(shù)列,數(shù)列
的前
項和為
,則當
為何值時,
取到最大值?最大值為多少?
(3)對于給定的正整數(shù)
,試寫出所有項數(shù)不超過
的對稱數(shù)列,使得
成為數(shù)列中的連續(xù)項;當
時,試求其中一個數(shù)列的前2008項和![]()
分析:本題要正確理解“對稱數(shù)列”的定義,并根據(jù)定義寫出數(shù)列
,求數(shù)列
的前
項和為
時,可以按等差數(shù)列的求和公式求出,即把
轉(zhuǎn)化為
求出。(3)中的對稱數(shù)列,使得
成為數(shù)列中的連續(xù)項,可以有正序、倒序以及中間是一項還是兩項等四種不同的情況,只需求出其中一種情況的前2008項和
即可。
解:(1)設(shè)
的公差為
,則
,解得
,
數(shù)列
為
.
(2)![]()
,
,
當
時,
取得最大值.
的最大值為626.
(3)所有可能的“對稱數(shù)列”是:
①
;
②
;
③
;
④
.
對于①,當
時,
.
當
時,![]()
![]()
.
對于②,當
時,
.
當
時,![]()
.
對于③,當
時,
.
當
時,![]()
.
對于④,當
時,
.
當
時,![]()
.
評注:本題的關(guān)鍵是正確理解“對稱數(shù)列”的定義,并在此基礎(chǔ)上把“對稱數(shù)列”的有關(guān)問題轉(zhuǎn)化為等差數(shù)列和等比數(shù)列的前
項和求出。注意考慮問題要全面,分類做到不重不漏。
9、概率中的分類整合
例15.(2008南通四縣市)先后2次拋擲一枚骰子,將得到的點數(shù)分別記為
.
(1)求直線
與圓
相切的概率;
(2)將
,5的值分別作為三條線段的長,求這三條線段能圍成等腰三角形的概率.
分析:先后2次拋擲一枚骰子,將得到的點數(shù)分別記為
會發(fā)生的所有情況有36個基本事件,然后再把直線與圓相切的條件寫出,從中查出滿足條件的基本事件。而圍成等腰三角形需要判斷誰是底,誰是腰,需要根據(jù)
的不同取值進行討論,在討論時可以以一個為主,一個為輔進行分類。
解:(1)先后2次拋擲一枚骰子,將得到的點數(shù)分別記為
,事件總數(shù)為6×6=36.
∵直線
與圓
相切的充要條件是
即:
,由于![]()
∴滿足條件的情況只有
;或
兩種情況.
∴直線
與圓
相切的概率是
(2)先后2次拋擲一枚骰子,將得到的點數(shù)分別記為
,事件總數(shù)為6×6=36.
∵三角形的一邊長為5
∴當
時,
1種
當
時,
1種
當
時,
2種
當
時,
2種
當
時,
6種
當a=6時,
2種
故滿足條件的不同情況共有14種
答:三條線段能圍成不同的等腰三角形的概率為
.
評注:本題中由三角形的形狀引發(fā)的對字母的不同取值討論,分類時要按一定的次序進行,做到不重不漏。
例16.(2008福建卷,20)某項考試按科目A、科目B依次進行,只有當科目A成績合格時,才可繼續(xù)參加科目B的考試.已知每個科目只允許有一次補考機會,兩個科目成績均合格方可獲得證書.現(xiàn)某人參加這項考試,科目A每次考試成績合格的概率均為
,科目B每次考試成績合格的概率均為
.假設(shè)各次考試成績合格與否均互不影響.
(Ⅰ)求他不需要補考就可獲得證書的概率;
(Ⅱ)在這項考試過程中,假設(shè)他不放棄所有的考試機會,記他參加考試的次數(shù)為
,
求
的數(shù)學期望E
.
分析:在這項考試過程中,此人參加考試的次數(shù)為
,會出現(xiàn)多種情況,
,
取2時,說明他一次性通過,順利拿到畢業(yè)證,
取3時,說明他需要補考一次,分兩種情況,
取4時,說明他需要補考兩門,分別計算求出。
解:設(shè)“科目A第一次考試合格”為事件A,“科目A補考合格”為事件A2;“科目B第一次考試合格”為事件B,“科目B補考合格”為事件B.
(Ⅰ)不需要補考就獲得證書的事件為A1·B1,注意到A1與B1相互獨立,
則
.
答:該考生不需要補考就獲得證書的概率為
.
(Ⅱ)由已知得,
,注意到各事件之間的獨立性與互斥性,可得
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
故![]()
答:該考生參加考試次數(shù)的數(shù)學期望為
.
評注:在求互斥事件的概率和相互獨立事件的概率和隨機變量的分布列時,常常要根據(jù)實際情況分多種不同的情況進行分類討論。本小題主要考查概率的基本知識與分類思想,考查運用數(shù)學知識分析問題和解決問題的能力.
8、由位置關(guān)系引發(fā)的討論
例13.(2008廣東省深圳中學)已知方程 ![]()
(1)當
時,求方程
的各個實根;
(2)若方程
![]()
均在直線
的同側(cè),求實數(shù)
的取值范圍。
分析:本題通過解方程組研究曲線的交點,交點均在直線
的同側(cè),可能在直線
的左側(cè),也可能是直線
的右側(cè),結(jié)合函數(shù)的圖象,把問題轉(zhuǎn)化為特殊點滿足的不等式組解答。
解:(1)當
時,
,解得![]()
(2)![]()
函數(shù)
的圖象相交于兩點(2,2),(-2,-2)
函數(shù)
的圖象相交于兩點(1,1),(-1,-1)
①當
時,點
的直線
的異側(cè)
②當
時,要使
與
的兩個交點在同直線
的右側(cè)
滿足
;
當
時,要使
與
的兩個交點在同直線
的左側(cè)
需滿足![]()
所以滿足條件的
的取值范圍是(![]()
評注:本題綜合考查方程與函數(shù)的數(shù)學思想、分類討論的數(shù)學思想
|
例14.從6種小麥品種中選出4種,分別種植在不同土質(zhì)的4塊土地上進行試驗,已知1號,2號小麥品種不能在試驗田甲這塊地上種植,則不同的種植方法有( )
分析:由于本題中有特殊的元素和多余的元素,所以需要根據(jù)特殊元素有沒有入選進行分類。
解:分三類:(1)不選1號,2號小麥品種,有
種選法;
(2)1號,2號小麥品種只選1種,有
種不同的選法;
(3)1號,2號小麥品種都選,有
種選法。
綜上,共有240種選法。
答案:240
評注:在排列組合中,常常遇到不同的情況,需要根據(jù)實際進行恰當?shù)胤诸,分類時要做到不重不漏。
例5.已知
,求
的值
解析:已知
,但不知角
所在的象限或終邊落在哪個坐標軸上;應根據(jù)
的值來確定角
所在的象限或終邊落在哪個坐標軸上,然后分不同的情況來求
的值。
(1)當
,即
(此時角
的終邊在
軸上)時,![]()
(2)當
,
為第一或第三象限角
![]()
若角
在第三象限,則
若角
在第三象限,則![]()
(3)當
,
為第二或第四象限角
![]()
若角
在第二象限,則
若角
在第四象限,則![]()
綜上所述,當角
在第一象限、
軸的正方向及第四象限角時,![]()
當角
在第二象限、
軸的負方向及第三象限角時,![]()
7、由圓錐曲線的范圍引發(fā)的討論
例11.(2007上海文)我們把由半橢圓
與半橢圓
合成的曲線稱作“果圓”,其中
,
,
.如圖,設(shè)點
,
,
是相應橢圓的焦點,
,
和
,
是“果圓”
與
,
軸的交點,
是線段
的中點.
(1)若
是邊長為1的等邊三角形,求該
“果圓”的方程;
(2)設(shè)
是“果圓”的半橢圓![]()
上任意一點.求證:當
取得最小值時,
在點
或
處;
(3)若
是“果圓”上任意一點,求
取得最小值時點
的橫坐標.
分析: 本題中的果圓兩部分之間的聯(lián)系在于有共同的頂點,以此為據(jù)求解方程。(2)(3)則由距離公式轉(zhuǎn)化為二次函數(shù)研究最值。但要注意圓錐曲線的范圍,即得到二次函數(shù)的定義域,在其定義域內(nèi)求函數(shù)的最值。
解:(1)
,
,
于是
,
所求“果圓”方程為
,
.
(2)設(shè)
,則![]()
,
,
的最小值只能在
或
處取到.
即當
取得最小值時,
在點
或
處.
(3)
,且
和
同時位于“果圓”的半橢圓
和半橢圓
上,所以,由(2)知,只需研究
位于“果圓”的半橢圓
上的情形即可.
.
當
,即
時,
的最小值在
時取到,
此時
的橫坐標是
.
當
,即
時,由于
在
時是遞減的,
的最小值在
時取到,此時
的橫坐標是
.
綜上所述,若
,當
取得最小值時,點
的橫坐標是
;若
,當
取得最小值時,點
的橫坐標是
或
.
評注:本題的創(chuàng)意在于把焦點在
軸上和焦點在
軸上的橢圓聯(lián)為一體,看似陌生實質(zhì)為基本知識,要善于發(fā)現(xiàn)解決問題的突破口,在把幾何問題轉(zhuǎn)化為函數(shù)問題時,應該有函數(shù)意識,尋求函數(shù)的定義域,即圓錐曲線的范圍,并在定義域內(nèi)求值域。
例12.(2007陜西卷,文22)已知橢圓C:
=1(a>b>0)的離心率為
,短軸一個端點到右焦點的距離為
.
(Ⅰ)求橢圓C的方程;
(Ⅱ)設(shè)直線l與橢圓C交于A、B兩點,坐標原點O到直線l的距離為
,求△AOB面積的最大值.
分析:要求三角形的面積,需要由斜截式寫出直線的方程,解方程組求弦長和頂點到直線的距離,但用斜截式寫方程時要注意其斜率是否存在,不定則需討論。
解:(Ⅰ)設(shè)橢圓的半焦距為
,依題意![]()
,
所求橢圓方程為
.
(Ⅱ)設(shè)
,
.
(1)當
軸時,
.
(2)當
與
軸不垂直時,設(shè)直線
的方程為
.
由已知
,得
.
把
代入橢圓方程,整理得
,
,
.
![]()
![]()
![]()
.
當且僅當
,即
時等號成立.當
時,
,
綜上所述
.
當
最大時,
面積取最大值
.
評注:在研究直線與圓錐曲線的位置關(guān)系時,要注意直線的斜率是否存在。一般要分情況討論。
6、參數(shù)對函數(shù)單調(diào)性(極值點)的影響
例10.(2008山東卷,理)設(shè)函數(shù)
,其中
.
(Ⅰ)當
時,判斷函數(shù)
在定義域上的單調(diào)性;
(Ⅱ)求函數(shù)
的極值點;
(Ⅲ)證明對任意的正整數(shù)
,不等式
都成立.
分析:先求得函數(shù)的定義域,再通過判斷導函數(shù)的正負來確定函數(shù)的單調(diào)性,函數(shù)的單調(diào)性是在
的前提下完成的,由(Ⅰ)可知在(Ⅱ)中求函數(shù)的極值點需要對
的取值以
為界限分類判斷。另外還要注意到函數(shù)的定義域,需要對求出的極值點是否在定義域內(nèi)作出判斷。(Ⅲ)可通過觀察不等式與所給函數(shù)的關(guān)系,就不難發(fā)現(xiàn)它們之間的聯(lián)系,實質(zhì)上當
,
時,
,需要構(gòu)造函數(shù)即可。
解:(I) 函數(shù)
的定義域為
.
,
令
,則
在
上遞增,在
上遞減,
.當
時,
,
在
上恒成立.![]()
即當
時,函數(shù)
在定義域
上單調(diào)遞增。
(II)分以下幾種情形討論:(1)由(I)知當
時函數(shù)
無極值點.
(2)當
時,
,
時,![]()
時,![]()
時,函數(shù)
在
上無極值點。
(3)當
時,解
得兩個不同解
,
.
當
時,
,
,
![]()
此時
在
上有唯一的極小值點
.
當
時,![]()
在
都大于0 ,
在
上小于0 ,
此時
有一個極大值點
和一個極小值點
.
綜上可知,
時,
在
上有唯一的極小值點
;
時,
有一個極大值點
和一個極小值點
;
時,函數(shù)
在
上無極值點。
(III) 當
時,![]()
令
則
在
上恒正,
在
上單調(diào)遞增,當
時,恒有
.
即當
時,有![]()
,
對任意正整數(shù)
,取
得![]()
評注:本題考查函數(shù)的單調(diào)性、導數(shù)的應用、不等式的證明方法。求導是判斷函數(shù)的單調(diào)性和求極值的最有效的方法。(II)需要分類討論,由(I)可知分類的標準為
(III)構(gòu)造新函數(shù)為證明不等式“服務(wù)”,構(gòu)造函數(shù)的依據(jù)是不等式關(guān)系中隱含的易于判斷的函數(shù)關(guān)系。注意參數(shù)的取值范圍對函數(shù)的單調(diào)性的影響,必要時要進行分類討論。
5、由絕對值的定義引發(fā)的討論
例8.(2008山東省鄆城一中)已知等比數(shù)列
中,
分別是某等差數(shù)列的第5項,第3項,第2項,且
,公比
;
(1)求
(2)設(shè)
,求數(shù)列
的前n項和
。
分析:由已知條件求得
,從而得到
,在求數(shù)列
的前n項和
時,要根據(jù)絕對值的定義將絕對值的符號去掉,再求和。
解:(Ⅰ)依題意得![]()
![]()
又![]()
(Ⅱ)![]()
![]()
![]()
評注:本題為由絕對值的定義引發(fā)的分類討論,注意最后要整合所求的答案。即用分段函數(shù)表示出數(shù)列
的前n項和
的解析式。
例9.(2008江蘇卷20)已知函數(shù)
,
(
為常數(shù)).函數(shù)
定義為:對每個給定的實數(shù)
,![]()
(1)求
對所有實數(shù)
成立的充分必要條件(用
表示);
(2)設(shè)
是兩個實數(shù),滿足
,且
.若
,求證:函數(shù)
在區(qū)間
上的單調(diào)增區(qū)間的長度之和為
(閉區(qū)間
的長度定義為
)
分析:由于題目所給的條件就是分段函數(shù),注意到其使用的前提條件,就可以進行轉(zhuǎn)化,根據(jù)(1)的結(jié)論在解答(2)時,就要注意滿足和不滿足(1)的結(jié)論,從而選擇具體使用哪一個解析式,并進行分類討論。
解:(1)由
的定義可知,
(對所有實數(shù)
)等價于
(對所有實數(shù)
)這又等價于
,即
對所有實數(shù)
均成立. (*) 由于
的最大值為
,
故(*)等價于
,即
,這就是所求的充分必要條件。
(2)分兩種情形討論
(i)當
時,由(1)知
(對所有實數(shù)
)
則由
及
易知
,
再由
的單調(diào)性可知,
函數(shù)
在區(qū)間
上的單調(diào)增區(qū)間的長度
為
(參見示意圖1)
(ii)
時,不妨設(shè)
,則
,于是
當
時,有
,從而
;
當
時,有![]()
從而
;當
時,
,及
,由方程
解得
圖象交點的橫坐標為
⑴
顯然
,
這表明
在
與
之間。由⑴易知 ![]()
綜上可知,在區(qū)間
上,
(參見示意圖2)
故由函數(shù)
及
的單調(diào)性可知,
在區(qū)間
上的單調(diào)增區(qū)間的長度之和為
,由于
,即
,得
⑵
故由⑴、⑵得 ![]()
綜合(i)(ii)可知,
在區(qū)間
上的單調(diào)增區(qū)間的長度和為
。
評注:本題的條件比較復雜,題目中解析式需要自己根據(jù)條件確定,進行分類討論。解決本題的障礙在于有可能讀不懂題意,條件比較抽象,從而對問題的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生障礙,不能夠做到善始善終地解決徹底。
4、兩個實數(shù)大小關(guān)系的確定
例6.(2008寧夏銀川一中)設(shè)
且
,比較
與
的大。
分析:用作差法比較兩個實數(shù)的大小,當情況不定時需要分類討論。
解:
-(
)=
,
當
且
時,∵
,∴![]()
![]()
.
當
時, ∵
,∴
=
.
當
時,∵
,∴![]()
![]()
。
評注:在比較兩個數(shù)的大小關(guān)系時,要注意參數(shù)的取值范圍和不同的取值所得到的結(jié)果不同。
例7.(2008南通四縣)已知函數(shù)![]()
(1)當
時,
恒成立,求
的取值范圍;
(2)討論
在定義域上的單調(diào)性;
分析:(1)中不等式恒成立問題可以分離出參數(shù)
,但在分離過程中,由于
的系數(shù)的不同取值會產(chǎn)生分類討論,分別轉(zhuǎn)化為函數(shù)研究最值,(2)在利用導數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性時,由于導函數(shù)值為0時的根不定而引發(fā)分類討論。
解:(1):由
恒成立,得:
在
時恒成立
當
時
,當
時即
,令
,
由于
時
,
在
時為增函數(shù),
在
時為減函數(shù)
∴
∴
(2):
,![]()
(Ⅰ)當
時,
恒成立,
在
上為增函數(shù).
(Ⅱ)當
時,①當
時,
,
在
上為減函數(shù),
在
上為增函數(shù)。②當
時,
在
上為減函數(shù),
在
上為增函數(shù).
③當
時,
,故
在
]上為減函數(shù),
在[
上為增函數(shù).
評注:在進行分類討論時,要注意分類的標準的劃分,做到不重不漏。.
3、變量對不等式變形的影響
例5.(2008江蘇卷14).設(shè)函數(shù)
,若對于任意的
都有
成立,則實數(shù)
的值為
分析:若對于任意的
都有
成立,不等式恒成立求參數(shù)的范圍,可將參數(shù)
分化出來,在分離
時需要對其系數(shù)
的正負進行討論,轉(zhuǎn)為
的不等式,然后可以通過求導研究右邊關(guān)于
的函數(shù),判斷其單調(diào)性并求出其最值。
解:若
,則不論
取何值,
≥0顯然成立;當
即
時,
≥0可化為:![]()
設(shè)
,則
,
所以
在區(qū)間
上單調(diào)遞增,在區(qū)間
上單調(diào)遞減,因此
,從而
≥4;
當x<0 即
時,
≥0可化為![]()
,![]()
![]()
在區(qū)間
上單調(diào)遞增,因此
,從而
≤4,綜上
=4
答案:4
評注:本小題考查不等式的轉(zhuǎn)化和函數(shù)單調(diào)性的綜合運用。對于不等式恒成立問題常常要將參數(shù)分離出來,轉(zhuǎn)化為研究函數(shù)的最值。通過求導研究函數(shù)的單調(diào)性和最值,在情況不定時對其取值進行分類討論。
2、函數(shù)的零點(或方程的根)與所給區(qū)間關(guān)系的討論
例3.(2007廣東) 已知
是實數(shù),函數(shù)
,如果函數(shù)
在區(qū)間
上有零點,求
的取值范圍.
分析:先確定函數(shù)的類型,函數(shù)的零點即為方程的根,對于二次方程的實根情況要結(jié)合其對稱軸和區(qū)間進行分類討論。
解:若
,
,顯然在
上沒有零點, 所以
.
令
, 解得 ![]()
①當
時,
的解為
,
恰有一個零點在
上;
②當
,即
時,
在
上也恰有一個零點.
③當
在
上有兩個零點時, 則
或![]()
解得
或
,綜上所求實數(shù)
的取值范圍是
或
.
評注:二次方程的實根分布要結(jié)合二次函數(shù)的圖象對其所給的區(qū)間與其對稱軸之間的相對位置關(guān)系進行分類討論,可從四個角度考慮①開口方向②對稱軸③判別式④端點!
例4.(2008天津卷,文21)已知
是實數(shù),函數(shù)
。
(Ⅰ)若
,求
的值及曲線
在點
處的切線方程;
(Ⅱ)求
在區(qū)間
上的最大值。
分析:本題為三次函數(shù)在閉區(qū)間上研究最大,可以通過求導,其導函數(shù)含有參數(shù)
,在求解方程時,方程的根與區(qū)間的位置關(guān)系不定而引發(fā)的分類討論。
解:(Ⅰ)
,因為
,所以
.又當
時,
,
,所以曲線
在
處的切線方程為
.
(Ⅱ)令
,解得
,
.
當
,即
時,
在
上單調(diào)遞增,從而
.
當
,即
時,
在
上單調(diào)遞減,從而
.
當
,即
時,
在
上單調(diào)遞減,在
上單調(diào)遞增,從而
綜上所述, ![]()
評注:本題主要考查函數(shù)的基本性質(zhì)、導數(shù)的應用等基礎(chǔ)知識,以及運用分類整合的數(shù)學思想和綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力.
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