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“分类讨论”是高中数学重要的数学思想方法之一,许多问题都离不开分类讨论。但有些问题讨论过程繁琐,这时,若能深刻理解题意,克服思维定势,变换思维角度,往往可以避免分类讨论,使问题的解决更为简捷。现采撷几例,供参考。
一.利用函数性质,避免讨论
例1.设定义在 上的偶函数 在区间 上单调递减,若 ,求实数 的取值范围。
分析:此题一般性解法是分类讨论,有四种情况,逐一讨论太过繁琐,如能利用偶函数的性质,则可以转化为绝对值不等式的求解,避免讨论。
解: 为偶函数
在区间 上单调递减
解之得:
二.分离参数,避免讨论
例2.已知二次函数 若 时,总有 ,试求a的取值范围。
分析:此题一般性解法是通过讨论二次函数的对称轴的位置,从而求出二次函数的最值,其解题过程复杂性显而易见。而将参数从不等式中分离出来,可以避免较为复杂的讨论。
例3.过抛物线 的焦点 作直线 与抛物线交于 、 两点,求 的最小值。
分析:此题一般解法是分直线 斜率不存在和存在两种情况设出直线 ,再联立方程组求 的表达式。实际上,注意到直线 斜率为零的情况是不成立的,可把直线设成 的形式。
解:设直线 : 即
四.利用递推关系,避免讨论
例4. 欲登上第10级楼梯,如果规定每步只能跨上一级或两级,则不同的走法共有多少种?
解法1 :分类法:
第一类:没有一步两级,则只有 1 种走法;
第二类:恰有一步是一步两级,则走完10级要走9步,9 步中选一步是一步两级的,有 种可能走法;
第三类:恰有两步是一步两级,则走完10级要走8步,8 步中选两步是一步两级的,有 种可能走法;
依此类推,共有 种走法。
解法2:递推法:
设走n 级有 种走法,若第一步是一步一级,则余下的 级有 种走法;
若第一步是一步两级,则余下的 级有 种走法,于是可得递推关系式 ,又易得 ,由递推可得 ,故有89种走法。
分析:此题若分类去解,要分六种情况讨论,比较繁琐,若考虑数列的递推方法,则简单得多。实际上,计数问题有很多是可以用递推的方法求解的。
五.利用必要性,避免讨论
例5.若不等式 对任意 恒成立,求实数 的取值范围。
分析:此题若按常规方法求解,一般是分离参数或直接求绝对值里面的函数的最值,都比较繁琐,很多同学望而生畏。实际上,若考虑端点处的函数值的情况,问题一下子变得简单,也不必讨论。
解:令
从上面的几道例题中,我们见识到了简化、避免分类讨论的种种方法。总之,我们不能见到参数就讨论,而首先看看有没有更好的方法。在可能的情况下,应尽量减少、甚至避免讨论,以便简化解题过程。
一.利用函数性质,避免讨论
例1.设定义在 上的偶函数 在区间 上单调递减,若 ,求实数 的取值范围。
分析:此题一般性解法是分类讨论,有四种情况,逐一讨论太过繁琐,如能利用偶函数的性质,则可以转化为绝对值不等式的求解,避免讨论。
解: 为偶函数
在区间 上单调递减
解之得:
二.分离参数,避免讨论
例2.已知二次函数 若 时,总有 ,试求a的取值范围。
分析:此题一般性解法是通过讨论二次函数的对称轴的位置,从而求出二次函数的最值,其解题过程复杂性显而易见。而将参数从不等式中分离出来,可以避免较为复杂的讨论。
例3.过抛物线 的焦点 作直线 与抛物线交于 、 两点,求 的最小值。
分析:此题一般解法是分直线 斜率不存在和存在两种情况设出直线 ,再联立方程组求 的表达式。实际上,注意到直线 斜率为零的情况是不成立的,可把直线设成 的形式。
解:设直线 : 即
四.利用递推关系,避免讨论
例4. 欲登上第10级楼梯,如果规定每步只能跨上一级或两级,则不同的走法共有多少种?
解法1 :分类法:
第一类:没有一步两级,则只有 1 种走法;
第二类:恰有一步是一步两级,则走完10级要走9步,9 步中选一步是一步两级的,有 种可能走法;
第三类:恰有两步是一步两级,则走完10级要走8步,8 步中选两步是一步两级的,有 种可能走法;
依此类推,共有 种走法。
解法2:递推法:
设走n 级有 种走法,若第一步是一步一级,则余下的 级有 种走法;
若第一步是一步两级,则余下的 级有 种走法,于是可得递推关系式 ,又易得 ,由递推可得 ,故有89种走法。
分析:此题若分类去解,要分六种情况讨论,比较繁琐,若考虑数列的递推方法,则简单得多。实际上,计数问题有很多是可以用递推的方法求解的。
五.利用必要性,避免讨论
例5.若不等式 对任意 恒成立,求实数 的取值范围。
分析:此题若按常规方法求解,一般是分离参数或直接求绝对值里面的函数的最值,都比较繁琐,很多同学望而生畏。实际上,若考虑端点处的函数值的情况,问题一下子变得简单,也不必讨论。
解:令
从上面的几道例题中,我们见识到了简化、避免分类讨论的种种方法。总之,我们不能见到参数就讨论,而首先看看有没有更好的方法。在可能的情况下,应尽量减少、甚至避免讨论,以便简化解题过程。