用思考去感觉
——一谈解题策略
南京市金陵中学张松年
Email:zhsnpine@sina.com
解题分析
1.解题分析的宏观认识.
2.解题分析的微观计划.
1.解题分析的宏观认识
紧紧围绕四个“?”,即
“要干吗?怎么干?有什么?能干吗?”
“从无到有”地寻找思路的一般方式:
“要解”→模型→“怎解”
与 “已有”→探索→“能得”
如何入手分析?
解题分析模式:
问题目标——寻找思路——找突破口
寻找解题思路?
如何理解题意?
关系?
要干嘛?怎么干?
有什么?能干嘛?
解题分析的模型基础
1.有关函数性质的认识——画图、333、单调性.
2.求函数最值的基本方法——单调性与基本不等式.
(1)用导数——f'(x),x∈D→对x分类,f'(x)<=>0;
(2)均值不等式、形式化特征.
3.线面关系——5352,4.
4.函数值域——逻辑等价.
5.方程的解——零点存在定理、对应关系.
6.解三角形——正弦定理与余弦定理.
7.数列问题——基本量、和与项的关系.
8.解析几何——平面几何、函数与方程、向量关系.
9.量词命题——全称特殊化、特称一般化.
10.基底意识——形式化、线性组合、次数平衡.
……………
2.解题分析的微观计划
•这是一个什么问题? ——范畴
•它要求(证)的是什么?——目标、逻辑结构
•一般应该怎么做?有哪些工具?——模型、法则
•现有哪些材料?——条件、模型
•利用这些材料能得到什么?——条件、工具的作用
•还缺少什么材料?——其他工具
•能否从现有的材料和工具中找到?——隐藏的条件
•是否还有条件没有利用?如何利用?——概念内涵
•这些材料(原有的、发现的)和结论有什么关系?
——联想、类比、因果、特殊与一般
什么题——三角问题.
要干嘛——求角的值.
怎么干——求角的一个三角函数值及角所在的范围.
怎么干——利用三角形的内角和为π、诱导公式、
和角公式、同角三角函数值的关系.
有什么——已知A,B的正弦值.
能干嘛——能求A,B的余弦值,关键是确定符号.
怎么干——判断A,B是锐角还是钝角.
有什么——A是锐角,sinA>sinB.
能干嘛——根据正弦定理,大正弦即大边.
怎么干——大边对大角,利用函数的单调性,反证法.
例 1 在△ABC 中,若 sinA=
5
5
,sinB=
10
10
,A 为锐角,
求角 C 的值.
解 因为 sinA=
5
5
,sinB=
10
10
,且 A 为锐角,
所以 B 为锐角,否则,若 B 为钝角,则由 0<A<
π-B<
π
2
,得 sinA<sinB,与
5
5
>
10
10
矛盾.
所以 cosA=
2 5
5
,cosB=
3 10
10
.
所以 cos(A+B)=cosAcosB-sinAsinB=
2
2
.
所以 A+B=
π
4
,即 C=
3π
4
.
例2 如图所示,四棱锥P-ABCD中,
PA⊥面ABCD,AC⊥CD,∠DAC=
60°,AB=BC=AC,E,F分别是
线段PD,ED的中点.求证:CF∥
平面ABE.
C
F
E
A
B
D
P
要干嘛——证明CF∥平面ABE;
怎么干——在平面ABE内找一条CF的平行线;
怎么干——面面平行的性质定理;
怎么干——过CF的平面与平面ABE的交线;
有什么——PA⊥面ABCD,AC⊥CD,∠DAC=60°,
AB=BC=AC,E,F分别是PD,ED的中点.
能干嘛——……,
思路1 过CF,BC的平面BCF.
G
C
F
E
A
B
D
P
怎么干——过CF的平面与平面ABE的交线.
要干嘛——证明:BG//CF.
怎么干——证明:四边形BCFG是平行四边形.
有什么——PA⊥面ABCD,AC⊥CD,∠DAC=60°,
AB=BC=AC,E,F分别是PD,ED的中点.
能干嘛——
要干嘛——
有什么——∠DAC= ∠BCA =60°.
G 是 AE 的中点,FG
=
∥
1
2
AD;
△ABC 是正三角形;
Rt△ACD 中,AD=2AC;
证明:BC
=
∥
1
2
AD.
思路2 过CF,CD(PD)的平面CDE.
H
C
F
E
A
B
D
P
怎么干——过CF的平面与平面ABE的交线.
要干嘛——证明FC//EH.
有什么——PA⊥面ABCD,AC⊥CD,∠DAC=60°,
AB=BC=AC,E,F分别是PD,ED的中点.
能干嘛——
要干嘛——证明C是HD的中点.
有什么——∠DAC= ∠BCA =60°.
能干嘛——BC//AD.
G 是 AE 的中点,FG
=
∥
1
2
AD;
△ABC 是正三角形;
Rt△ACD 中,AD=2AC;
C
F
E
A
B
D
P
思路3 过CF构造与平面CDE平行的平面.
K
还能怎么干——过CF的平面与平面ABE不相交.
要干嘛——取AD的中点K,证明:平面FKC//EAB.
有什么——PA⊥面ABCD,AC⊥CD,∠DAC=60°,
AB=BC=AC,E,F分别是PD,ED的中点.
能干嘛——
要干嘛——证明CK∥AD.
怎么干——证明四边形ABCK是平行四边形.
怎么干——证明BC∥AK.
有什么——∠DAC= ∠BCA =60°.
能干嘛——BC//AD.
FK∥AE;AK=AC=BC;
思维操作的策略:线面平行的性质和面
面平行的性质为证明线面平行指明了方
向(问题中的启发性提示语).
一、数形结合与代数论证
例1 若关于x的二次方程x
2
-4x-a=0有一个正
根一个负根,则实数a的取值范围是 .
解 方程x
2
-4x-a=0可化为a=x
2
-4x ,
即 a=(x-2)
2
-4.
问题转化为抛物线y=(x-2)
2
-4与直线y=a
的交点一个在y轴的左边,一个在y轴的右边.
如图所示.
所以实数a的取值范围是区间(0,+∞).
y
x
O
例 2 设 f(x)=
a-x
2
-4x,x<0,
f(x-2),x≥0,
若函数 y=f(x)-2x恰
有 3 个不同的零点,则实数 a 的取值范围是_________.
分析 当x>0,函数f(x)具有周期性.
解 若a=0,则函数y=f(x),y=2x的图象如图(1)所示.
当x<0时,有1个交点;当x≥0时,有2个交点,共3个交点.
因为将图(1)中y=f(x)的图象向上平移,始终有3个交点,
所以 a>0满足条件.
若将图(1)中y=f(x)的图象向下平移,开始仍然有3个交点.
当向下平移4个单位长度时,
如图(2)所示,也为3个交点.
继续往下移,交点个数少于3.
故至多向下平移4个单位长度.
所以a ≥-4,
即a 的取值范围为[-4,+∞).
(图2)
y
O
x
-4
2 4 6
-4
(图1)
y
O
x
-4
2 4 6
4
例 3 若函数 y=f(x)是以 2 为最小正周期的函数,当
x∈[-1,1]时,f(x)=x
2
,则在直角坐标系 xOy 中,函数
y=f(x)的图象与函数 y=|lgx|的图象的交点个数为____.
解 画出两个函数的图象,如图所示.
可以看出两个函数图象的交点共有10个.
y
O
x
y=1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1
-1
例4 设关于x的不等式x
2
-ax+2a<0的解集中恰有两个整
数,则实数a的取值范围是________________.
思考 能用线性规划来处理吗?
解法一 不等式x
2
-ax+2a<0,即a(x-2)>x
2
.本题等价
于直线y=a(x-2)上恰有两个横坐标为整数的点在抛物线y
=x
2
的上方,求实数a的取值范围.
有人用感觉代替论证,
我用思考来寻求证明.
4
y
x
O
M
y
x
O
2
4
因为 f(-2)=-1,f(-1)=-
1
3
,
f(0)=0,f(1)=-1,
f(3)=9,f(4)=8,f(5)=
25
3
,
故 a 的取值范围为[-1,-
1
3
)∪(
25
3
,9].
解法二 显然 a≠0.若 a>0,则 x>2,所以 a>
x
2
x-2
.
y
x
O
令 f(x)=
x
2
x-2
,则 f'(x)=
x(x-4)
(x-2)
2
,所以,当 2<x<4 时,f'(x)
<0;当 x=4 时,f'(x)=0;当 x>4 时,f'(x)>0,所以 f(x)
在(2,4]上单调减,在[4,+ ∞)上单调增.因为 f(3)=9,f(4)
=8,f(5)=
25
3
,所以,关于 x 的不等式 a>
x
2
x-2
恰有两个大
于 2 的整数解,当且仅当
25
3
<a≤9.若 a<0,则同理可求
得-1≤a<-
1
3
.所以 a 的取值范围为[-1,-
1
3
)∪(
25
3
,9].
例4 设关于x的不等式x
2
-ax+2a<0的解集中恰有两
个整数,则实数a的取值范围是________.
解法三 设 x
2
-ax+2a=0 的两根为 x
1
,x
2
(x
1
<x
2
),则
x
2
-ax+2a<0(*)的解 x∈(x
1
,x
2
).
由题知,必要条件为 1<x
2
-x
1
≤3,即 1< a
2
-8a≤3,
解得 4+ 17<a≤9 或-1≤a<4- 17.
若 4+ 17<a≤9,则 4<
a
2
≤
9
2
.又 x
1
,x
2
关于
a
2
对称,故(*)
的整数解为 4 和 5.由 5-
a
2
<
a
2
-8a
2
≤
a
2
-3,得
25
3
<a≤9;
53
4
若-1≤a<4- 17,则-
1
2
≤
a
2
<0,故(*)的整数解为-1 和 0.
由
a
2
+1<
a
2
-8a
2
≤1-
a
2
,得-1≤a<-
1
3
.
所以 a 的取值范围为[-1,-
1
3
)∪(
25
3
,9].
例4 设关于x的不等式x
2
-ax+2a<0的解集中恰有两
个整数,则实数a的取值范围是________.
解法四 设 f(x)=x
2
-ax+2a,同解法三得
4+ 17<a≤9 或-1≤a<4- 17.
若 4+ 17<a≤9,则 4<
4+ 17
2
<
a
2
≤
9
2
.
又 x
1
,x
2
关于
a
2
对称,所以 f(x)<0 的整数解为 4 和 5,
即 f(5)=5
2
-5a+2a<0,f(3)=3
2
-3a+2a≥0,得
25
3
<a≤9;
若-1≤a<4- 17,则-
1
2
≤
a
2
<
4- 17
2
<0,
故 f(-1)=1+a+2a<0,f(1)=1-a+2a≥0,得-1≤a<-
1
3
.
所以 a 的取值范围为[-1,-
1
3
)∪(
25
3
,9].
53
4
例4 设关于x的不等式x
2
-ax+2a<0的解集中恰有两
个整数,则实数a的取值范围是________.
解 f(x)=[2(x+1)+1]e
x+1
-a(x+1),设g(x)=(2x+1)e
x
-ax,本题等价于“存在唯一整数t,使g(t)<0”.
方法一 由g(x)<0,得(2x+1)e
x
<ax,所以本题等价于
:函数p(x)=(2x+1)e
x
的图象上存在唯一的横坐标为整
数的点在直线y=ax的下方.
怎么画函数p(x)的图象?
例5 设f(x)=(2x+3)e
x+1
-ax-a,若存在唯一整数t,
使f(t)<0,则实数a的取值范围为_______________.
因为 p'(x)=2e
x
+(2x+1)e
x
=(2x+3)e
x
,所以函数
p(x)在(-∞,-
3
2
]上单调减,在[-
3
2
,+∞)上单调增.
能画函数p(x)的图象了吗?
感觉不是思考,感觉有助思考.
y
O
x
又[p'(x)]'=(2x+5)e
x
,所以 p(x)图象的切线的斜率在
区间(-∞,-
5
2
]上单调减,在[-
5
2
,+∞)上单调增.
能画函数p(x)的图象了吗?
设 l 与 p(x)图象的切点 M(m,(2m+1)e
m
),则
由
(2m+1)e
m
m
=(2m+3)e
m
,解得 m=-1 或
1
2
.
当 m=
1
2
时,a=4e
1
2
;当 m=-1 时,a=e
-
1
.
而直线l:y=ax过原点,斜率为a,所以函数p(x)
的图象与直线l如图所示.
y
O
x
若 a>4e
1
2
,则当 l 过点(1,3e)时,a=3e;当 l 过点(2,
5e
2
)时,a=
5
2
e
2
,故当且仅当 3e<a≤
5
2
e
2
时,满足条件;
若 0<a<e
-
1
,则当 l 过点(-2,- 3e
-
2
)时,a=
3
2
e
-
2
,
所以当且仅当
3
2
e
-
2
<a≤e
-
1
时,满足条件.
综上,a 的取值范围为[
3
2
e
-
2
,e
-
1
)∪(3e,
5
2
e
2
].
直觉有助于思维,证明来自于思考
方法二 设 p(x)的图象与 l 的公共点 M(x,(2x+1)e
x
),则
a=r(x)=
(2x+1)e
x
x
=(2+
1
x
)e
x
.
因为 r'(x)=(2+
1
x
-
1
x
2
)e
x
=
(2x
2
+x-1)e
x
x
2
,x≠0,
当 x<-1 或 x>
1
2
时,r'(x)>0;当 x=-1 或
1
2
时,r'(x)
=0;当-1<x<
1
2
时,r'(x)>0,
所以 r(x)在区间(-∞,-1]和[
1
2
,+∞)上单调增,在
区间(-1,0)和(0,
1
2
)上单调减.
因为区间(-1,0)和(0,
1
2
)内都没有整数,所以,
函数 p(x)的图象上存在唯一的横坐标为整数的点在
l 的下方等价于
r(-2)≤a<r(-1)或 r(1)<a≤r(2),
即
3
2
e
-
2
≤a<e
-
1
或 3e<a≤
5
2
e
2
.
所以,若存在唯一的整数 t,使得 f(t)<0,则 a
的取值范围为[
3
2
e
-
2
,e
-
1
)∪(3e,
5
2
e
2
].
方法三 由于 g(0)=1,所以 x=0 不是 g(x)<0 的解.
由 g(x)<0,得
当 x>0 时,a>
(2x+1)e
x
x
;当 x<0 时,a<
(2x+1)e
x
x
.
设 r(x)=
(2x+1)e
x
x
,所以本题等价于:
当 x>0 时,函数 r(x)的图象上存在唯一的横坐标为
整数的点在直线 y=a 的下方,或当 x<0 时,函数 r(x)
的图象上存在唯一的横坐标为整数的点在直线 y=a 的
上方,并且两者不同时成立.
g(x)=(2x+1)e
x
-ax,
因为 r'(x)=
(2x
2
+x-1)e
x
x
2
,x≠0,所以
当 x<-1 或 x>
1
2
时,r'(x)>0;当 x=-1 或
1
2
时,r'(x)=0;当-1<x<0 或 0<x<
1
2
时,r'(x)<0;
所以 r(x)在区间(-∞,-1]和区间[
1
2
,+∞)
上单调增,在区间(-1,0)和(0,
1
2
)上单调减.
因为区间(-1,0)和(0,
1
2
]内都没有整数,所以
当 x>0 时,存在唯一的整数 x,使得 a>r(x),
等价于 r(1)<a≤r(2),即 3e<a≤
5
2
e
2
;
当 x<0 时,存在唯一的整数 x,使得,a<r(x),
等价于 r(-2)≤a<r(-1),即
3
2
e
-
2
≤a<e
-
1
,
综上,若存在唯一的整数 t,使得 f(t)<0,则
实数 a 的取值范围为[
3
2
e
-
2
,e
-
1
)∪(3e,
5
2
e
2
].
例 6 在菱形 ABCD 中,对角线 AC=2,P 是对角线
BD 上一个靠近 B 的四等分点,则
→
AP ·
→
AB +
→
AP ·
→
AD的值为 ▲___.
解
→
AP ·
→
AB +
→
AP ·
→
AD =
→
AP ·(
→
AB +
→
AD )
A
B
C
D
O
P
=
→
AP ·
→
AC
=(
→
AO +
→
OP )·
→
AC
=
→
AO ·
→
AC +
→
OP ·
→
AC
=
1
2
→
AC
2
=2.
分析
→
AP ·
→
AB +
→
AP ·
→
AD
=
→
AP ·(
→
AB +
→
AD )=
→
AP ·
→
AC.
例 7 如图,在平面直角坐标系 xOy 中,椭圆
x
2
a
2
+
y
2
b
2
=1(a>b>0)
的离心率为
2
2
,左、右顶点分别为 A,B.若动点 M 满足 MB⊥AB,
直线 AM 交椭圆于点 P,
(1)求证:
→
OM·
→
OP为定值;
(2)设以线段 MP 为直径的圆与直线
BP 交于点 Q,试问:直线 MQ 是否过定
点?若过定点,求出定点的坐标;若不过
定点,试说明理由.
B
y
O
x
A
P
M
解 设 c= a
2
-b
2
,由题知
c
a
=
2
2
,所以 b=c=
2
2
a.
(1)特殊化,明确目标.当 P 是椭圆的上顶点时,
→
OM·
→
OP=2b
2
;
B
y
O
x
A
P
M
M'
解 设 M(a,m),由题知 A(-a,0),
所以直线 AM 的方程为 y=
m
2a
(x+a).
由
x
2
a
2
+
y
2
b
2
=1,
y=
m
2a
(x+a),
消去 y,得
x
2
a
2
-1+
m
2
4a
2
b
2
(x+a)
2
=0,
即 (x+a)[(4b
2
+m
2
)x-(4b
2
-m
2
)a]=0,
解得 x=-a 或
4b
2
-m
2
4b
2
+m
2
a,所以 P(
4b
2
-m
2
4b
2
+m
2
a,
4b
2
m
4b
2
+m
2
).
所以
→
OM·
→
OP=
4b
2
-m
2
4b
2
+m
2
a
2
+
4b
2
m
2
4b
2
+m
2
=
2b
2
(4b
2
+m
2
)
4b
2
+m
2
=2b
2
.
B
y
O
x
A
P
M
Q
Q'
M'
P'
T
(2)对称性,明确目标——定点在x轴上.
可以利用特殊化明确目标——定点 T(0,0).
当 P 的坐标为(0,b)时,直线 MQ
的方程为 y-2b= 2(x- 2b).
令 y=0,得 x=0.
解 设 M(a,m),由(1)知 P(
4b
2
-m
2
4b
2
+m
2
a,
4b
2
m
4b
2
+m
2
).
所以直线BP的斜率为
4b
2
m
4b
2
+m
2
4b
2
-m
2
4b
2
+m
2
a-a
=-
2b
m
.
所以直线MQ的方程为y-m=
m
2b
(x- 2b).
令x=0,得y=0,即直线MQ过定点O(0,0).
另法(注意完备性)
①k
BP
·k
OM
=-1;
②
→
OM·
→
BP =0.
解法二 当 x>0 时,(x-1)(x-
2
x
-a)≥0,所以,本题
等价于直线 y=x-1 与曲线 y=x-
2
x
-a 在 y 轴右边部分
横坐标相同的点始终在 x 轴的同侧.
解法一 函数y=x-1与y=x
2
-ax-2图象在y轴右边部分
横坐标相同的点始终在x轴的同侧,
所以抛物线y=x
2
-ax-2经过直线y=x-1与x
轴的交点(1,0),即1-a-2=0,得a=-1.
此时,原不等式为(x-1)(x
2
+x-2)≥0,
即(x-1)
2
(x+2)≥0,满足条件,所以a=-1.
由于 y=x-1 与 y=x-
2
x
-a 都在(0,+∞)
上单调增,所以,由 1-2-a=0,得 a=-1.
例8 若不等式(x-1)(x
2
-ax-2)≥0对一切x∈(0,+∞)
都成立,则实数a的取值范围为________.
解法三 由 x
2
-ax-2 的判别式△=a
2
+8>0 知:存在
x
1
,x
2
∈R(x
1
<x
2
),使 x
2
-ax-2=(x-x
1
)(x-x
2
).
若 x
1
,x
2
都不为 1,则(x-1)(x-x
1
)(x-x
2
)在 x=1
的两侧函数值异号,不满足条件,所以 x
1
,x
2
中有一
个为 1,从而 a= -1.
此时(x-1)(x
2
-ax-2)=(x-1)
2
(x+2)≥0,满足条件.
解法四 当 x=1 时,a∈R;当 x>1 时,x
2
-ax-2≥0,
即 a≤x-
2
x
. 因 为 f(x)= x-
2
x
在 区间(0, + ∞ )上 单 调
增 , 所 以 , 当 x>1 时,a≤f(1)=-1;
当 0< x<1 时,a≥x-
2
x
,所以 a≥f(1)=-1.
综上,a= -1.
例8 若不等式(x-1)(x
2
-ax-2)≥0对一切x∈(0,+∞)
都成立,则实数a的取值范围为________.
祝大家心想事成!