一、知识梳理
1.分类讨论思想是解决问题的一种逻辑方法,也是一种重要的数学思想,这种思想对于简化研究对象,发展人的思维有着重要帮助,因此,有关分类讨论的数学命题在高考试题中占有重要位置。
2.所谓分类讨论,就是当问题所给的对象不能进行统一研究时,就需要对研究对象按某个标准分类,把原问题分解成相对独立的“小问题”来处理,综合对这些小问题的解答,便可推解出原问题的结论。实质上,分类讨论是“化整为零,各个击破,再积零为整”的数学策略。
3.分类原则:确定分类对象,分类科学、标准统一,不重不漏,分层次,不越级讨论。
4.分类方法:明确讨论对象,确定对象的全体,确定分类标准,正确进行分类;逐类进行讨论,获取阶段性成果;归纳小结,综合出结论。
5.分类的原因,可归结为:①涉及的数学概念是分类定义的;②运用的数学定理、公式或运算性质、法则是分类给出的;③求解的数学问题的结论有多种情况或多种可能;④数学问题中含有参变量,这些参变量的取值会导致不同结果的。
二、例题分析
例1、(2007上海)直角坐标系 中, 分别是与 轴正方向同向的单位向量.在直角三角形ABC中,若 ,则k的可能值个数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
分析: 由 (2,1), (3,k),得 (1,k-1),
由于 为直角三角形,则 , , 都可能为直角,
由向量数量积为0,分别有 或 或 ,
解得 或 .故选B
例2.(2007天津)在数列 中, ,其中λ>0.求数列 的前 项和 .
解:由 , ,可得
,
所以 为等差数列,其公差为1,首项为0,
故 ,所以数列 的通项公式为 .
设 , ①
②
当 时,①式减去②式,
得 ,
.
这时数列 的前 项和 .
当 时, .这时数列 的前 项和 .
例3.(2009四川)已知 函数 。
(I)求函数 的定义域,并判断 的单调性;
(II)若
(III)当 ( 为自然对数的底数)时,设 ,若函数 的极值存在,求实数 的取值范围以及函数 的极值。
解:(Ⅰ)由题意知
当
当
当
(Ⅱ)因为
由函数定义域知 >0,因为n是正整数,故0<a<1.
所以
(Ⅲ)
令
① 当m=0时, 有实根 ,在 点左右两侧均有 故无极值
② 当 时, 有两个实根
当x变化时, 、 的变化情况如下表所示:
的极大值为 , 的极小值为
③ 当 时, 在定义域内有一个实根,
同上可得 的极大值为
综上所述, 时,函数 有极值;
当 时 的极大值为 , 的极小值为
当 时, 的极大值为
例4.(2007·海南、宁夏)设函数 .
(1)若当x=-1时,f(x)取得极值,求a的值,并讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)存在极值,求a的取值范围,并证明所有极值之和大于 .
分析:函数的极值、单调性是函数的重要性质.极值问题的解决,需要利用导数知识判断在该点两侧函数的单调性;而函数单调性的讨论则需要考察相应导数的符号问题.
解:(1) ,依题意有 ,故 .
从而 . 的定义域为 .
当 时, ;
当 时, ;
当 时, .
从而, 分别在区间 单调递增,在区间 单调递减.
(2) 的定义域为 , .
方程 的判别式 .
(i)若 ,即 ,在 的定义域内 ,故 无极值.
(ⅱ)若 ,则 或 .
若 , , .
当 时, ,
当 时, ,所以 无极值.
若 , , , 也无极值.
(ⅲ)若 ,即 或 ,则 有两个不同的实根
, .
当 时, ,从而 在 的定义域内没有零点,故 无极值.当 时, , , 在 的定义域内有两个不同的零点,由极值判别方法知 在 取得极值.
综上,f(x)存在极值时,a的取值范围为 .
f(x)的极值之和为:
.
评:本题主要考查函数的导数、极值、单调区间的求法,考查利用导数和函数知识解综合问题的能力.
求函数的单调区间,因函数的单调性可能是单调递增也可能是单调递减所以要讨论,其实质就是讨论导数的符号.
一般地可导函数的极值存在要求有两个条件:一是方程 在 的定义域内有解;二是在方程 的根的两边导数 的符号要相反.因此在利用导数求可导函数的极值时就要分两层讨论.
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