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2020屆高三數(shù)學(xué)二輪復(fù)習(xí) 必考問(wèn)題專項(xiàng)突破21 數(shù)學(xué)思想在解題中的應(yīng)用(1) 理

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1、問(wèn)題21 數(shù)學(xué)思想在解題中的應(yīng)用(一) 1.(2020·重慶)設(shè)平面點(diǎn)集A={(x,y)|(y-x)≥0},B={(x,y)|(x-1)2+(y-1)2≤1},則A∩B所表示的平面圖形的面積為(  ).                    A.π B.π C.π D. 答案: D [數(shù)形結(jié)合,畫出圖象,可知集合B表示的是一個(gè)圓面,集合A表示的圖形在圓(x-1)2+(y-1)2=1內(nèi)的部分正好是圓面積的一半,因此A∩B所表示的平面圖形的面積是,選D.] 2.(2020·新課標(biāo)全國(guó))設(shè)F1,F(xiàn)2是橢圓E:+=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn),P為直線x=上一點(diǎn),△F2PF1是底角為

2、30°的等腰三角形,則E的離心率為(  ). A. B. C. D. 答案:C [由題意可得|PF2|=|F1F2|,∴2=2c,∴3a=4c,∴e=.] 3.(2020·遼寧)設(shè)變量x,y滿足則2x+3y的最大值為(  ). A.20 B.35 C.45 D.55 答案:D [根據(jù)不等式組確定平面區(qū)域,再平移目標(biāo)函數(shù)求最大值.作出不等式組對(duì)應(yīng)的平面區(qū)域(如圖所示),平移直線y=-x,易知直線經(jīng)過(guò)可行域上的點(diǎn)A(5,15)時(shí),2x+3y取得最大值55,故選擇D.] 4.(2020·重慶)過(guò)拋物線y2=2x的焦點(diǎn)F作直線交拋物線于A,B兩點(diǎn),若|AB|=,|AF|<|

3、BF|,則|AF|=________. 解析 設(shè)過(guò)拋物線焦點(diǎn)的直線為y=k, 聯(lián)立得整理得k2x2-(k2+2)x+k2=0, x1+x2=,x1x2=. |AB|=x1+x2+1=+1=,得k2=24代入k2x2-(k2+2)x+k2=0得12x2-13x+3=0,解之得x1=,x2=,又|AF|<|BF|,故|AF|=x1+=. 答案  1.函數(shù)的主干知識(shí)、函數(shù)的綜合應(yīng)用以及函數(shù)與方程思想的考查一直是高考的重點(diǎn)內(nèi)容之一.高考試題中,既有靈活多變的客觀性小題,又有一定能力要求的主觀性大題,難度有易有難,可以說(shuō)是貫穿了數(shù)學(xué)高考整份試卷,高考中所占比重比較大. 2.?dāng)?shù)形結(jié)合思想

4、的考查常以數(shù)學(xué)概念、數(shù)學(xué)式的幾何意義、函數(shù)圖象、解析幾何等為載體,多數(shù)以選擇題、填空題出現(xiàn),難度中等. (1)對(duì)于函數(shù)與方程思想,在解題中要善于挖掘題目中的隱含條件,構(gòu)造出函數(shù)解析式和妙用函數(shù)與方程的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系是應(yīng)用函數(shù)與方程思想解題的關(guān)鍵. (2)在運(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想分析問(wèn)題時(shí),要注意三點(diǎn):①理解一些概念與運(yùn)算法則的幾何意義以及曲線的代數(shù)特征,對(duì)題目中的條件和結(jié)論既分析其幾何意義,又分析其代數(shù)意義;②恰當(dāng)設(shè)參、合理用參,建立關(guān)系,由形思數(shù),以數(shù)想形,做好數(shù)形轉(zhuǎn)化;③確定參數(shù)的取值范圍,參數(shù)的范圍決定圖形的范圍. 必備知識(shí) 函數(shù)與方程思想 (1)函數(shù)思想就是用運(yùn)動(dòng)和變化的

5、觀點(diǎn),分析和研究具體問(wèn)題中的數(shù)量關(guān)系,并通過(guò)函數(shù)形式建立函數(shù)關(guān)系,然后利用函數(shù)有關(guān)的知識(shí)(定義域、值域、最值、單調(diào)性、奇偶性、周期性、對(duì)稱性、圖象、導(dǎo)數(shù))使問(wèn)題得以解決.函數(shù)思想貫穿于高中數(shù)學(xué)教學(xué)的始終,不僅在函數(shù)各章的學(xué)習(xí),而且在研究方程、不等式、數(shù)列、解析幾何等其他內(nèi)容時(shí)也起著十分重要的作用. (2)方程的思想,是分析數(shù)學(xué)問(wèn)題中變量間的等量關(guān)系,從而建立方程或方程組,通過(guò)解方程或方程組,或者運(yùn)用方程的性質(zhì)去分析、轉(zhuǎn)化問(wèn)題,使問(wèn)題獲得解決.在實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)程中,函數(shù)、方程、不等式等常?;ハ噢D(zhuǎn)化.因此,函數(shù)與方程的思想是高考考查的重點(diǎn)知識(shí). 數(shù)形結(jié)合思想 (1)數(shù)形結(jié)合,就是根據(jù)數(shù)與

6、形之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)數(shù)與形的相互轉(zhuǎn)化來(lái)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的一種重要思想方法.?dāng)?shù)形結(jié)合思想通過(guò)“以形助數(shù),以數(shù)解形”,使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化,抽象問(wèn)題具體化,能夠變抽象思維為形象思維,有助于把握數(shù)學(xué)問(wèn)題的本質(zhì),它是數(shù)學(xué)規(guī)律性與靈活性的有機(jī)結(jié)合. (2)數(shù)形結(jié)合的思想方法應(yīng)用廣泛,如解方程、不等式問(wèn)題,求函數(shù)的值域、最值問(wèn)題、三角函數(shù)問(wèn)題,運(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想,不僅直觀易發(fā)現(xiàn)解題途徑,而且能避免復(fù)雜的計(jì)算與推理,大大簡(jiǎn)化了解題過(guò)程. 必備方法 1.在高中數(shù)學(xué)的各個(gè)部分,都有一些公式和定理,這些公式和定理本身就是方程,如等差數(shù)列的通項(xiàng)公式、余弦定理、解析幾何的弦長(zhǎng)公式等,當(dāng)試題與這些問(wèn)題有關(guān)時(shí),就需要根據(jù)這

7、些公式或者定理列方程或方程組求解需要的量. 2.函數(shù)與不等式也可以相互轉(zhuǎn)化,對(duì)于函數(shù)y=f(x),當(dāng)y>0時(shí),就轉(zhuǎn)化為不等式f(x)>0,借助于函數(shù)圖象與性質(zhì)解決有關(guān)問(wèn)題,而研究函數(shù)的性質(zhì),也離不開解不等式. 3.在數(shù)學(xué)中函數(shù)的圖象、方程的曲線、不等式所表示的平面區(qū)域、向量的幾何意義、復(fù)數(shù)的幾何意義等都實(shí)現(xiàn)以形助數(shù)的途徑,當(dāng)試題中涉及這些問(wèn)題的數(shù)量關(guān)系時(shí),我們可以通過(guò)形分析這些數(shù)量關(guān)系,達(dá)到解題的目的.        關(guān)問(wèn)題 函數(shù)思想,不僅是利用函數(shù)的方法來(lái)研究解決有關(guān)函數(shù)問(wèn)題,更重要的是運(yùn)用函數(shù)的觀點(diǎn)去分析、解決問(wèn)題,它的精髓是通過(guò)建立函數(shù)關(guān)系或構(gòu)造函數(shù),再運(yùn)用函數(shù)的圖象

8、和性質(zhì)去分析問(wèn)題、轉(zhuǎn)化問(wèn)題,從而使問(wèn)題獲得解決.                    【例1】? (2020·遼寧)設(shè)f(x)=ln(x+1)+ +ax+b(a,b∈R,a,b為常數(shù)),曲線y=f(x)與直線y=x在(0,0)點(diǎn)相切. (1)求a,b的值; (2)證明:當(dāng)0<x<2時(shí),f(x)<. [審題視點(diǎn)]     [聽課記錄](méi) [審題視點(diǎn)] (1)應(yīng)用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)性質(zhì);(2)應(yīng)用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)性質(zhì),并且結(jié)合放縮法的應(yīng)用. (1)解 由y=f(x)過(guò)(0,0)點(diǎn),得b=-1. 由y=f(x)在(0,0)點(diǎn)的切線斜率為,又y′|x=0=|x=0=+a,得a=0. (2)證

9、明 由均值不等式,當(dāng)x>0時(shí), 2 <x+1+1=x+2,故<+1. 記h(x)=f(x)-,則 h′(x)=+- =- <- =. 令g(x)=(x+6)3-216(x+1), 則當(dāng)0<x<2時(shí),g′(x)=3(x+6)2-216<0. 因此g(x)在(0,2)內(nèi)是遞減函數(shù),又由g(0)=0,得 g(x)<0,所以h′(x)<0. 因此h(x)在(0,2)內(nèi)是遞減函數(shù),又h(0)=0,得h(x)<0. 于是當(dāng)0<x<2時(shí),f(x)<. 根據(jù)所證不等式的結(jié)構(gòu)特征構(gòu)造相應(yīng)的函數(shù),研究該函數(shù)的單調(diào)性是解決這一類問(wèn)題的關(guān)鍵,本題并沒(méi)有千篇一律的將不等式右邊也納入到所構(gòu)造函

10、數(shù)中,而是具體問(wèn)題具體分析,使問(wèn)題得解,體現(xiàn)了導(dǎo)數(shù)的工具性以及函數(shù)、方程的數(shù)學(xué)思想. 【突破訓(xùn)練1】 證明:對(duì)任意的正整數(shù)n,不等式ln>-都成立. 證明 令f(x)=x3-x2+ln(x+1),則f′(x)=在(0,1]上恒正. ∴f(x)在(0,1]上單調(diào)遞增,當(dāng)x∈(0,1]時(shí),有x3-x2+ln(x+1)>0,即ln(x+1)>x2-x3,對(duì)任意正整數(shù)n,取x=∈(0,1],得ln>-.        關(guān)問(wèn)題 解決直線與圓錐曲線的位置關(guān)系問(wèn)題時(shí),用到最多的是方程思想,即列方程組,通過(guò)判別式、根與系數(shù)的關(guān)系來(lái)研究方程解的情況進(jìn)一步研究直線與圓錐曲線的關(guān)系,同時(shí)處理范圍與最值

11、問(wèn)題時(shí)也要用到函數(shù)思想.                   【例2】? (2020·湖南)在直角坐標(biāo)系xOy中,已知中心在原點(diǎn),離心率為的橢圓E的一個(gè)焦點(diǎn)為圓C:x2+y2-4x+2=0的圓心. (1)求橢圓E的方程; (2)設(shè)P是橢圓E上一點(diǎn),過(guò)P作兩條斜率之積為的直線l1,l2.當(dāng)直線l1,l2都與圓C相切時(shí),求P的坐標(biāo). [審題視點(diǎn)]     [聽課記錄](méi) [審題視點(diǎn)] (1)將圓的一般方程化為標(biāo)準(zhǔn)方程,然后根據(jù)條件列出關(guān)于a,b,c,e的方程,解方程(組)即可;(2)設(shè)出點(diǎn)P的坐標(biāo)及直線方程,根據(jù)直線與圓相切,圓心到直線的距離等于半徑,構(gòu)造一元二次方程,利用根與系數(shù)的關(guān)

12、系及P在橢圓上列出方程組,求解得P點(diǎn)的坐標(biāo). 解 (1)由x2+y2-4x+2=0得(x-2)2+y2=2,故圓C的圓心為點(diǎn)(2,0).從而可設(shè)橢圓E的方程為+=1(a>b>0),其焦距為2c.由題設(shè)知c=2,e==.所以a=2c=4,b2=a2-c2=12.故橢圓E的方程為+=1. (2)設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(x0,y0),l1,l2的斜率分別為k1,k2,則l1,l2的方程分別為l1:y-y0=k1(x-x0),l2:y-y0=k2(x-x0),且k1k2=,由l1與圓C:(x-2)2+y2=2相切得= , 即[(2-x0)2-2]k+2(2-x0)y0k1+y-2=0. 同理可得[(2

13、-x0)2-2]k+2(2-x0)y0k2+y-2=0. 從而k1,k2是方程[(2-x0)2-2]k2+2(2-x0)y0k+y-2=0的兩個(gè)實(shí)根,于是 ① 且k1k2==. 由得5x-8x0-36=0, 解得x0=-2,或x0=. 由x0=-2得y0=±3;由x0=得y0=±,它們均滿足①式. 故點(diǎn)P的坐標(biāo)為(-2,3),或(-2,-3),或,或. 直線與圓錐曲線的位置關(guān)系中滲透著函數(shù)與方程的思想,在解決解析幾何問(wèn)題時(shí)常常用到函數(shù)與方程的思想. 【突破訓(xùn)練2】 (2020·安徽)如圖,F(xiàn)1,F(xiàn)2分別是橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn),A是橢圓C的頂點(diǎn),B是直線A

14、F2與橢圓C的另一個(gè)交點(diǎn),∠F1AF2=60°. (1)求橢圓C的離心率; (2)已知△AF1B的面積為40 ,求a,b的值. 解 (1)由題意可知,△AF1F2為等邊三角形,a=2c, 所以e=. (2)法一 a2=4c2,b2=3c2, 直線AB的方程可為y=-(x-c). 將其代入橢圓方程3x2+4y2=12c2,得B. 所以|AB|=·=c. 由S△AF1B=|AF1|·|AB| sin∠F1AB=a·c·=a2=40,解得a=10,b=5. 法二 設(shè)|AB|=t. 因?yàn)閨AF2|=a,所以|BF2|=t-a. 由橢圓定義|BF1|+|BF2|=2a可知,|

15、BF1|=3a-t. 再由余弦定理(3a-t)2=a2+t2-2atcos 60°可得,t=a. 由S△AF1B=a·a·=a2=40知,a=10,b=5. 討論方程的解可構(gòu)造兩個(gè)函數(shù),使求方程的解的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為討論兩曲線交點(diǎn)的問(wèn)題,但用圖象法討論方程的解,一定要注意圖象的精確性、全面性.                    【例3】? 方程x-sin x=0在區(qū)間[0,2π]上的實(shí)根個(gè)數(shù)為(  ). A.1 B.2 C.3 D.4 [審題視點(diǎn)]     [聽課記錄](méi) 答案: B [方程x-sin x=0在區(qū)間[0,2π]上解的個(gè)數(shù),可以轉(zhuǎn)化為兩函數(shù)y=x與y=

16、sin x交點(diǎn)的個(gè)數(shù).根據(jù)右面圖象可得交點(diǎn)個(gè)數(shù)為2,即方程解的個(gè)數(shù)為2.故選B.] 用函數(shù)的圖象討論方程(特別是含參數(shù)的指數(shù)、對(duì)數(shù)、根式、三角等復(fù)雜方程)的解的個(gè)數(shù)是一種重要的思想方法,其基本思想是先把方程兩邊的代數(shù)式看作是兩個(gè)熟悉函數(shù)的表達(dá)式(不熟悉時(shí),需要作適當(dāng)變形轉(zhuǎn)化為兩熟悉的函數(shù)),然后在同一坐標(biāo)系中作出兩個(gè)函數(shù)的圖象,圖象的交點(diǎn)個(gè)數(shù)即為方程解的個(gè)數(shù). 【突破訓(xùn)練3】 (2020·山東煙臺(tái)模擬)設(shè)函數(shù)f(x)=若f(-4)=f(0),f(-2)=-2,則關(guān)于x的方程f(x)=x的解的個(gè)數(shù)為(  ).                    A.1 B.2 C.3 D.4

17、【突破訓(xùn)練3】 C [? ? ∴f(x)=x2+4x+2,x≤0,這個(gè)函數(shù)的圖象如圖所示:可知直線y=x與f(x)的圖象有三個(gè)交點(diǎn),選C.]        或求最值 在解含有參數(shù)的不等式時(shí),由于涉及到參數(shù),往往需要討論,導(dǎo)致演算過(guò)程繁瑣冗長(zhǎng).如果題設(shè)與幾何圖形有聯(lián)系,那么利用數(shù)形結(jié)合的方法,問(wèn)題將會(huì)簡(jiǎn)練地得到解決.                    【例4】? (2020·濰坊模擬)不等式|x+3|-|x-1|≤a2-3a對(duì)任意實(shí)數(shù)x恒成立,則實(shí)數(shù)a的取值范圍為(  ). A.(-∞,-1]∪[4,+∞) B.(-∞,-2]∪[5,+∞) C.[1,2] D.(-

18、∞,1]∪[2,+∞) [審題視點(diǎn)]     [聽課記錄](méi) [審題視點(diǎn)] 去掉絕對(duì)值化為分段函數(shù),畫出函數(shù)圖象找到這個(gè)函數(shù)的最大值再求解. 答案:A [f(x)=|x+3|-|x-1|=畫出函數(shù)f(x)的圖象,如圖,可以看出函數(shù)f(x)的最大值為4,故只要a2-3a≥4即可,解得a≤-1或a≥4.選項(xiàng)為A.] 本題的知識(shí)背景涉及函數(shù)、不等式、絕對(duì)值等,“題目中的某些部分都可以使用圖形”表示,在解題時(shí)我們就是把這些可以用圖形表示的部分用圖形表示出來(lái),借助于圖形的直觀獲得了解決問(wèn)題的方法,這就是以形助數(shù),是數(shù)形結(jié)合中的一個(gè)主要方面.在解答選擇題的過(guò)程中,可以先根據(jù)題意,做出草圖,

19、然后參照?qǐng)D形的作法、形狀、位置、性質(zhì),并綜合圖象的特征得出結(jié)論. 【突破訓(xùn)練4】 (2020·天津)設(shè)函數(shù)g(x)=x2-2(x∈R).f(x)=則f(x)的值域是(  ).                    A.∪(1,+∞) B.[0,+∞) C. D.∪(2,+∞) 答案: D [由題意知f(x)= = 所以結(jié)合圖形,可得當(dāng) x∈(-∞,-1)∪(2,+∞)時(shí),f(x)的值域?yàn)?2,+∞);當(dāng)x∈[-1,2]時(shí),f(x)的值域?yàn)?故選D.] 突破數(shù)形結(jié)合思想缺失的障礙 解答函數(shù)試題,很多時(shí)候函數(shù)圖象是隱形的,即在試題中沒(méi)有出現(xiàn)函數(shù)圖象,

20、在答題中一般也不要畫出函數(shù)圖象,但在尋找解題思路時(shí)必須借助于函數(shù)圖象,這就是數(shù)形結(jié)合思想的深刻體現(xiàn),而很多學(xué)生常常在解題中對(duì)這種隱形的數(shù)形結(jié)合意識(shí)不到,導(dǎo)致解題錯(cuò)誤. 【示例】? (2020·德州模擬)已知函數(shù)f(x)=x3-3ax-1,a≠0. (1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間; (2)若f(x)在x=-1處取得極值,直線y=m與y=f(x)的圖象有三個(gè)不同的交點(diǎn),求m的取值范圍. [滿分解答] (1)f′(x)=3x2-3a=3(x2-a), 當(dāng)a<0時(shí),對(duì)任意的x∈R,有f′(x)>0,此時(shí),f(x)的單調(diào)增區(qū)間為(-∞,+∞); 當(dāng)a>0時(shí),由f′(x)>0解得x<-或x>,由f

21、′(x)<0解得-<x<, 故當(dāng)a>0時(shí),f(x)的單調(diào)增區(qū)間為(-∞,-),(,+∞);f(x)的單調(diào)減區(qū)間為(-,).(4分) (2)因?yàn)閒(x)在x=-1處取得極值,所以f′(-1)=3×(-1)2-3a=0,∴a=1.(6分) 所以f(x)=x3-3x-1,f′(x)=3x2-3,由f′(x)=0解得x1=-1,x2=1. 由(1)中f(x)的單調(diào)性可知,f(x)在x=-1處取得極大值f(-1)=1,在x=1處取得極小值f(1)=-3.因?yàn)橹本€y=m與函數(shù)y=f(x)的圖象有三個(gè)不同的交點(diǎn),結(jié)合f(x)的單調(diào)性畫出圖象(如圖所示)可知,m的取值范圍是(-3,1).(12分)

22、 老師叮嚀:解答本題的關(guān)鍵是數(shù)形結(jié)合,但前提必須是利用導(dǎo)數(shù)把函數(shù)的性質(zhì)研究透徹,根據(jù)函數(shù)的性質(zhì)把函數(shù)圖象的大致形態(tài)勾畫出來(lái),根據(jù)數(shù)形結(jié)合思想找到實(shí)數(shù)m所滿足的條件,再進(jìn)行嚴(yán)格的推理論證. 【試一試】 (2020·廣東模擬)設(shè)函數(shù)f(x)=ax3-3ax,g(x)=bx2-ln x(a,b∈R),已知它們?cè)趚=1處的切線互相平行. (1)求b的值; (2)若函數(shù)F(x)=且方程F(x)=a2有且僅有四個(gè)解,求實(shí)數(shù)a的取值范圍. 解 函數(shù)g(x)=bx2-ln x的定義域?yàn)?0,+∞). (1)f′(x)=3ax2-3a?f′(1)=0, g′(x)=2bx-?g′(1)=2b-1,

23、 依題意2b-1=0,所以b=. (2)x∈(0,1)時(shí),g′(x)=x-<0, x∈(1,+∞)時(shí),g′(x)=x->0, 所以當(dāng)x=1時(shí),g(x)取極小值g(1)=; 當(dāng)a=0時(shí),方程F(x)=a2不可能有四個(gè)解; 當(dāng)a<0時(shí),x∈(-∞,-1)時(shí),f′(x)<0, x∈(-1,0)時(shí),f′(x)>0, 所以x=-1時(shí),f(x)取得極小值f(-1)=2a, 又f(0)=0,所以F(x)的圖象如下: 從圖象可以看出F(x)=a2不可能有四個(gè)解. 當(dāng)a>0時(shí),x∈(-∞,-1)時(shí),f′(x)>0,x∈(-1,0)時(shí),f′(x)<0, 所以x=-1時(shí),f(x)取得極大值f(-1)=2a. 又f(0)=0,所以F(x)的圖象如下: 從圖象看出方程F(x)=a2有四個(gè)解,則<a2<2a,所以實(shí)數(shù)a的取值范圍是.    

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