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【中图分类号】G640
物以类聚,类是指具有相似或相同事物的综合,这些事物具有一些共同的特征.当我们所研究的各种对象之间过于复杂或涉及范围比较广泛时,我们大多采取分类讨论的方法进行解决,即对问题中的各种情况进行分类,或对所涉及的范围进行分割,然后分别研究和求解.
数学问题也是这样,每个数学结论都有其成立的条件,每一种数学方法的使用也往往有其适用范围.在我们所遇到的数学问题中,有些问题的结论不是唯一确定的,有些问题的结论在解题中不能以统一的形式进行研究,有些几何问题由于位置的变化导致形的变化,还有些问题的已知量是用字母表示数的形式给出的,这样字母的取值不同也会影响问题的解决.由上述几类问题可知,就其解题方法及转化手段而言都是一致的,即把所有研究的问题根据题目的特点和要求,分成若干类,转化成若干个小问题来解决,这种按不同情况分类,然后再逐一研究解决的数学思想,称之为分类讨论思想.
分类讨论解题的实质,是将整体问题化为部分问题来解决,以增加题设条件.分类讨论的原则是不重复、不遗漏。讨论的方法是逐类进行,还必须要注意综合讨论的结果,以使解题步骤完整.
一、 由于条件不确定导致的分类讨论,这种不确定往往是由于数学概念、定义或已知条件本身引起的.
例1 求 的值.
解:由题意得 ,
二、 由于结论的不确定导致的分类讨论,这涉及到数学运算法则或定理、公式的适用范围,往往比较隐蔽,要求对定理或使用范围非常熟悉.
例2 已知 ,则直线y=px+p一定通过哪些象限?
分析:这里涉及到等比性质的运用:若 ,且 ,则 .在运用的过程中,一定要注意不能遗漏 这个条件.
解:当 时,由等比性质得 ;当 时,则 , .故直线y=px+p一定通过第二、三象限.
三、 涉及问题中待定参数的变化的讨论
例3 当m为何值时,关于x的方程 有实根?
分析:注意题目的条件中,并没有指明这是个一元二次方程,则要分一元一次方程和一元二次方程来讨论.
解:当m=4时,原方程化为一元一次方程 ,方程有实根;当时m≠4时,原方程是一元二次方程, 。综上所述,当 时,原方程有实数根.
例4 已知一个一次函数 和反比例函数 ,
(1)k满足什么条件时,这两个函数图像有两个交点?
(2)设(1)中两交点为A、B,试比较∠AOB与90°的大小?
解:(1)将 代入 得 ,故 .
(2)当090°.
四、 涉及几何元素位置变化的分类讨论
例5 已知平面直角坐标系内两点A(-2,0),B(4,0),点P在直线 上,且△ABP是直角三角形,求P点的坐标?
分析:条件中A、B是定点,P是动点,由于P的运动导致△ABP的形状的改变,要使得△ABP是直角三角形,就要考虑△ABP中哪一个角是直角.
解:若 ,则 ,代入 得 ,故 ;
若 ,则 ,代入 得 ,故 ;
若 ,则A,B的中点C为(1,0),易证若CP= AB=3, ,
则 ,或 ,故 或 .
综上所述, 或 或 或 .
例6 已知四边形ABCD中,AD∥BC,AB=CD,AC与BD交于点O,∠BOC=120°,AD=7,BD=10,求四边形ABCD的面积.
分析:此题的难点在于根据题意,并没有明确是平行四边形还是等腰梯形,故要分类讨论.
解:(1)当四边形ABCD是平行四边形时,过C作CE⊥BD,设OE=a,则因为∠EOC=60°, ,又BC=AD=7,BD=10,故OB=5,在△BEC中, ,即 (舍去),故 .
(2)当四边形ABCD是等腰梯形时,过C作CE⊥AD,则因为OA=OD,∠BOC=120°,故∠CAE=30°,因为AC=BD=10, ,
故 .
综上所述,四边形ABCD的面积是 或 .
五、 依据应用题中题意进行分类讨论
例7 要建一个面积为150平方米的长方形养鸡场,养鸡场的一边靠着原有的一堵墙,长为a米,另三边用篱笆围成,篱笆长为35米,求鸡场的长和宽.
分析:本题中,要考虑墙的长度a是否能够够得上围养鸡场.
解:设与墙平行的篱笆长x米,则
化简得 ,解得x=15或x=20,当0 “方以类聚,物以群分”,分类讨论思想不仅要求逻辑性强,知识点全面,综合要求高,而且要求学生有一定的分析能力和分类技巧,是一种基本的数学思想方法.
练习:
1.已知直角三角形的两条边长分别为 和 ,求斜边上的高.
2.当k为何值时,方程 和方程 有公共解?并求出公共解.
3.求证:不论k为何值,方程 总有实数根.
4.已知△ABC的两边AB、AC的长是关于x的一元二次方程,
的两个实数根,第三边BC的长为5,
(1) k为何值时, △ABC是以BC为斜边的直角三角形;
(2) k为何值时, △ABC是等腰三角形,并求周长.
5.已知四边形ABCD,AB=BC= ,∠ABC=60°,∠BAD=90°,且△ACD是一个直角三角形,求AD的长度.
练习解答:
1.当 是斜边时,另一直角边为 ,斜边上的高为 ;当 和 是直角边时,斜边为3,斜边上的高为 .
2.因为 , 有公共解,故两式相减得 ,
若k=1,则原方程都化为 ;若 ,则代入得k=2,原方程化为 和 ,公共解为 .
3.若 时,原方程化为 ;若 时, ,原方程有两个不相等的实数根,故无论k取何值,原方程都有实数根.
4.(1)由题意得a=5, ,又 ,故
或-5(舍去).
(2)当BC是底边时,原方程有两个相等的实数根,但 ,舍去;当BC是腰长时,原方程有一个根为5,故 k=3或k=4,若k=3,原方程的另一个解为x=4,能够成三角形,若k=4,原方程的另一个解是x=6,也能够成三角形.综上所述,k=4或3.
5.由题意得D,C在直线AB的同侧,分 和 两种情况讨论,当 时,AD=4;当 时,AD=3.
物以类聚,类是指具有相似或相同事物的综合,这些事物具有一些共同的特征.当我们所研究的各种对象之间过于复杂或涉及范围比较广泛时,我们大多采取分类讨论的方法进行解决,即对问题中的各种情况进行分类,或对所涉及的范围进行分割,然后分别研究和求解.
数学问题也是这样,每个数学结论都有其成立的条件,每一种数学方法的使用也往往有其适用范围.在我们所遇到的数学问题中,有些问题的结论不是唯一确定的,有些问题的结论在解题中不能以统一的形式进行研究,有些几何问题由于位置的变化导致形的变化,还有些问题的已知量是用字母表示数的形式给出的,这样字母的取值不同也会影响问题的解决.由上述几类问题可知,就其解题方法及转化手段而言都是一致的,即把所有研究的问题根据题目的特点和要求,分成若干类,转化成若干个小问题来解决,这种按不同情况分类,然后再逐一研究解决的数学思想,称之为分类讨论思想.
分类讨论解题的实质,是将整体问题化为部分问题来解决,以增加题设条件.分类讨论的原则是不重复、不遗漏。讨论的方法是逐类进行,还必须要注意综合讨论的结果,以使解题步骤完整.
一、 由于条件不确定导致的分类讨论,这种不确定往往是由于数学概念、定义或已知条件本身引起的.
例1 求 的值.
解:由题意得 ,
二、 由于结论的不确定导致的分类讨论,这涉及到数学运算法则或定理、公式的适用范围,往往比较隐蔽,要求对定理或使用范围非常熟悉.
例2 已知 ,则直线y=px+p一定通过哪些象限?
分析:这里涉及到等比性质的运用:若 ,且 ,则 .在运用的过程中,一定要注意不能遗漏 这个条件.
解:当 时,由等比性质得 ;当 时,则 , .故直线y=px+p一定通过第二、三象限.
三、 涉及问题中待定参数的变化的讨论
例3 当m为何值时,关于x的方程 有实根?
分析:注意题目的条件中,并没有指明这是个一元二次方程,则要分一元一次方程和一元二次方程来讨论.
解:当m=4时,原方程化为一元一次方程 ,方程有实根;当时m≠4时,原方程是一元二次方程, 。综上所述,当 时,原方程有实数根.
例4 已知一个一次函数 和反比例函数 ,
(1)k满足什么条件时,这两个函数图像有两个交点?
(2)设(1)中两交点为A、B,试比较∠AOB与90°的大小?
解:(1)将 代入 得 ,故 .
(2)当0
四、 涉及几何元素位置变化的分类讨论
例5 已知平面直角坐标系内两点A(-2,0),B(4,0),点P在直线 上,且△ABP是直角三角形,求P点的坐标?
分析:条件中A、B是定点,P是动点,由于P的运动导致△ABP的形状的改变,要使得△ABP是直角三角形,就要考虑△ABP中哪一个角是直角.
解:若 ,则 ,代入 得 ,故 ;
若 ,则 ,代入 得 ,故 ;
若 ,则A,B的中点C为(1,0),易证若CP= AB=3, ,
则 ,或 ,故 或 .
综上所述, 或 或 或 .
例6 已知四边形ABCD中,AD∥BC,AB=CD,AC与BD交于点O,∠BOC=120°,AD=7,BD=10,求四边形ABCD的面积.
分析:此题的难点在于根据题意,并没有明确是平行四边形还是等腰梯形,故要分类讨论.
解:(1)当四边形ABCD是平行四边形时,过C作CE⊥BD,设OE=a,则因为∠EOC=60°, ,又BC=AD=7,BD=10,故OB=5,在△BEC中, ,即 (舍去),故 .
(2)当四边形ABCD是等腰梯形时,过C作CE⊥AD,则因为OA=OD,∠BOC=120°,故∠CAE=30°,因为AC=BD=10, ,
故 .
综上所述,四边形ABCD的面积是 或 .
五、 依据应用题中题意进行分类讨论
例7 要建一个面积为150平方米的长方形养鸡场,养鸡场的一边靠着原有的一堵墙,长为a米,另三边用篱笆围成,篱笆长为35米,求鸡场的长和宽.
分析:本题中,要考虑墙的长度a是否能够够得上围养鸡场.
解:设与墙平行的篱笆长x米,则
化简得 ,解得x=15或x=20,当0 “方以类聚,物以群分”,分类讨论思想不仅要求逻辑性强,知识点全面,综合要求高,而且要求学生有一定的分析能力和分类技巧,是一种基本的数学思想方法.
练习:
1.已知直角三角形的两条边长分别为 和 ,求斜边上的高.
2.当k为何值时,方程 和方程 有公共解?并求出公共解.
3.求证:不论k为何值,方程 总有实数根.
4.已知△ABC的两边AB、AC的长是关于x的一元二次方程,
的两个实数根,第三边BC的长为5,
(1) k为何值时, △ABC是以BC为斜边的直角三角形;
(2) k为何值时, △ABC是等腰三角形,并求周长.
5.已知四边形ABCD,AB=BC= ,∠ABC=60°,∠BAD=90°,且△ACD是一个直角三角形,求AD的长度.
练习解答:
1.当 是斜边时,另一直角边为 ,斜边上的高为 ;当 和 是直角边时,斜边为3,斜边上的高为 .
2.因为 , 有公共解,故两式相减得 ,
若k=1,则原方程都化为 ;若 ,则代入得k=2,原方程化为 和 ,公共解为 .
3.若 时,原方程化为 ;若 时, ,原方程有两个不相等的实数根,故无论k取何值,原方程都有实数根.
4.(1)由题意得a=5, ,又 ,故
或-5(舍去).
(2)当BC是底边时,原方程有两个相等的实数根,但 ,舍去;当BC是腰长时,原方程有一个根为5,故 k=3或k=4,若k=3,原方程的另一个解为x=4,能够成三角形,若k=4,原方程的另一个解是x=6,也能够成三角形.综上所述,k=4或3.
5.由题意得D,C在直线AB的同侧,分 和 两种情况讨论,当 时,AD=4;当 时,AD=3.