浅谈数学中的分类讨论

中学阶段的某些数学问题经常要进行分类讨论。引起分类讨论的原因有:1.由数学概念引起,如绝对值的概念、不等式的定义、直线与平面成的角、直线的倾斜角、两异面直线所成的角等;2.由数学运算引起的,如分式中分母不为零、开偶次方根被开方数非负、对数中真数与底数的要求、指数运算中底数的要求等;3.由函数的性质、定理、公式的限制引起的;4.由***形的位置和形状的不确定性引起的;5.由参数的变化引起的。

解决数学中分类讨论问题的关键在于将整体问题化为局部问题解决,因为为局部问题后相应地增加了题设条件。

解决分类讨论问题的步骤:

1.确定分类讨论的对象,针对哪个参数进行分类讨论;

2.对要讨论的对象进行合理的分类,分类的标准一经确定不能更改,分类要做到不重复、不遗漏、不越级;

3.分清别后逐类解决;

4.最后将各类情况总结归纳。

下面笔者从四个方面浅谈数学中的分类讨论。

一、对问题中的变量或参数进行分类讨论

例1:解关于x的不等式x2-(a+a2)x+a3>0(a∈R)

解:不等式x2-(a+a2)x+a3>0(x-a)(x-a2)>0

当a>a2,即0<a<1时,原不等式解集是{x|x<a2或x>a}

当a=a2时,即a=0或a=1时,

(1)若a=0,则原不等式x2>0{x|x>0}

(2)若a=1,则原不等式(x-1)2>0{x|x≠1}

当a<a2时,即a<0或a>1时,则原不等式解集是{x|x<a或x>a2}

综合可知:当a<0或a>1时原不等式解集是{x|x<a或x>a2}

当0<a<1时,原不等式解集是:{x|x<a2或x>a}

例2:已知不等式mx2+mx+2>0对一切实数x恒成立,试确定实数m的取值范围.

解:(1)当m≠0时

mx2+mx+2>0对一切实数x恒成立的充要条件是:

0<m<0

例3:已知函数***像经过点(0,1),  (,1)且x∈[0,]时,恒成立,试求实数a的取值范围。

解:***像过(0,1)和(,1),

b=c=1

x∈[0,]

从而的取值范围与1-a的符号有关,应讨论如下:

(1)当1-a≥0时,即a≤1时,1≤≤a+,

(2)当a>1时,

综合(1)(2)可知:

实数a的取值范围是[]

二、问题给出的条件是分类的,解答时要进行分类讨论

例4:已知数列{an}的前n项和Sn=32n-n2,求数列{|an|}前n项和Pn

解:Sn=32n-n2,

an=Sn-Sn-1(n≥2),a1=S1=31

an=33n-2n2(n≥1)

当n≤16时,an≥0,当n>16时,an<0

当n≤16时

Pn=a1+a2+a3+……+an=32-n2

当n>16时

Pn=(a1+a2+a3+……+an)-(a17+a18+a19+……+an)

=S16-(Sn-S16)

=2S16-Sn

=2(32×16-162)-(32-n2)

=512-32n+n2

综上可知:

例5,设函数,若且,试证明

证:,由的单调性可知:

由(1)(2)综合可知:

从而

当时,由(2)可知:

当时,由得

综合以上两方面可知:

三、解题过程不能统一叙述,必须进行分类讨论

例6:已知函数,其中,求该函数的定义域.

解:要使该函数有意义,则有:

当时,即时,或

当时,即时,

当时,即时,

综合所述函数的定义域:

当时为R;

当m=1为(,1)(1,);

当时为(,)(1+,)

例7:已知在R上为减函数,求实数a的取值范围。

(1)当时,在R上为减函数

即,

即时,在R上为减函数

(2)时,

由在R上是减函数及函数变换可知:当时,在R上位减函数。

(3)当时,,在R上存在一个区间使得

①当时,时 为增函数。

②当时,,显然不是减函数.

③当时,,

或时为增函数.

综上所述当时在R上位减函数。

四、有关几何问题中元素的形状、位置变化的必须进行分类讨论

例8:动圆与定圆,直线都相切,动圆圆心轨迹是什么曲线?

解:设定圆:x2+y2=r2,圆心为0,定直线x=a,动圆圆心为M(x,y)半径R

(1)当动圆与定圆外切时:

又动圆与直线x=a外切,则R=a-x

,化简得:

即:

若a=-r,则y=0,此时动圆圆心轨迹为射线,该射线落在x轴上,端点(-r,0)方向向左,射线方程:y=0,(x<a)

若a≠-r时,此时动圆圆心轨迹抛物线,

方程:

(2) 当动圆与定圆内时:

又动圆与直线x=a外切 ,则R=a-x

即:

若a=r时y=0,此时动圆圆心轨迹为射线

若a≠r时,此时动圆圆心轨迹抛物线,

方程:

综合可知:

当a>r即定直线与圆相离时,动圆圆心轨迹为两条抛物线

当时,即定直线与定圆相切时,动圆圆心轨迹为一条抛物线和两条射线

当a<r时,而定直线与定圆相交时,动圆圆心轨迹为两条抛物线。

浅谈数学中的分类讨论

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