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分类讨论是初中数学一种重要的数学思想,也是各地近年来中考命题的热点.在解题中,正确、合理、严谨的分类,可将一个复杂的问题大大地简化,达到化繁为简、化难为易、分而治之的目的,这是学习任何学科的一种科学方法. 另外分类讨论的思想方法,无论是在生产活动、科学实验中,还是在日常生活中,都常常需要用到它。这里主要对初中数学中的分类讨论思想作个探讨。
一、 分类讨论的定义
分类讨论思想又称“逻辑化分思想”,它是把所要研究的数学对象划分为若干不同的情形,然后再分别研究和求解的一种数学思想。分类讨论思想在中考中占有十分重要的地位,相关习题具有明显的逻辑性、综合性、探索性的特点,难度有易、有中、也有难。题型可涉及任何一种题型,知识领域方面,可以无孔不入的渗透到每个数学领域。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,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。
分类讨论思想就是根据所研究对象的性质差异,分各种不同的情况予以分析解决.分类讨论题覆盖知识点较多,利于考查学生的知识面、分类思想和技巧;同时方式多样,具有较高的逻辑性及很强的综合性,树立分类讨论思想,应注重理解和掌握分类的原则、方法与技巧、做到“确定对象的全体,明确分类的标准,分层别类不重复、不遗漏的分析讨论.”
二、 分类讨论的原则
(1) 同一性原则。分类应按同一标准进行,即每次分类不能同时使用几个不同的分类根据。
例1 有些同学把三角形分为锐角三角形、直角三角形、钝角三角形、不等边三角形、等腰三角形。这个分类就不正确了,因为这个分类同时使用了按边和按角两个分类标准。事实上,等腰三角形可以是锐角三角形,也可以是直角三角形,还可以是钝角三角形;而钝角三角形、直角三角形、锐角三角形可以是等腰三角形,也可以是不等腰三角形。这样的划分是混乱的。
(2) 互斥性原则。分类后的每个子项应当互不相容,即做到各子项相互排斥,也就是分类后不能有一些事物既属于这个子项,又属于另一个子项。即要做到不重复。例如:一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)根的判别式b2-4ac,分b2-4ac>0,b2-4ac=0,b2-4ac<0三种情况
(3) 相称性原则。分类应当相称,即划分后子项外延的总和(并集),应当与母项的外延相等。即要做到不遗漏。
例2 解不等式ax >2a
如果不加区分,得x>2,那就不对了。事实上,既可以a>0,或是a=0,也可以a<0。
当a>0时,则x>2;?摇 当a=0时,原不等式为0·x>0,故不等式无解;?摇?摇当a<0时,则x<2。
这里将a划分成三类:a>0,a=0,a<0,分别处理,才获得正确的解。
(4) 多层次性原则。分类有一次分类和多次分类之分。一次分类是对被讨论对象只分类一次;多次分类是把分类后所得的子项作为母项,再进行分类,直至满足需要为止。有些对象的分类情况比较复杂,这时常采用“二分法”来分类,就是按对象有无某性质来进行分类。按“二分法”作分类,就是把讨论对象的外延一直分为两个互相矛盾的概念,一直分到不必再分为止。
例3 (盐城市2011年压轴题)如图,已知一次函数y=-x+7与正比例函数y?摇=x的图象交于点A,且与x轴交于点B.
(1) 求点A和点B的坐标;
(2) 过点A作AC⊥y轴于点C,过点B作直线l∥y轴.动点P从点O出发,以每秒1个单位长的速度,沿O—C—A的路线向点A运动;同时直线l从点B出发,以相同速度向左平移,在平移过程中,直线l交x轴于点R,交线段BA或线段AO于点Q.当点P到达点A时,点P和直线l都停止运动.在运动过程中,设动点P运动的时间为t秒.
① 当t为何值时,以A、P、R为顶点的三角形的面积为8?
② 是否存在以A、P、Q为顶点的三角形是等腰三角形?若存在,求t的值;若不存在,请说明理由.
分析: 第(2)题的第②小题,要分Q点BA上、Q点AO上,然后再分别分三种情况讨论等腰三角形
三、 分类讨论产生的时机
(1) 涉及的数学概念是分类定义的
有些数学概念是分类定义的(如实数的绝对值),所以应用这些概念解题时,就需进行分类讨论。有些数学概念在下定义时已经对所考虑的对象的范围作了限制(如二次函数,要求二次项系数不为零),当解题过程的变换需要突破这些限制时,就必须分类讨论。
例4 (盐城市2010年压轴题)已知:函数y=ax2+x+1的图象与x轴只有一个公共点.
(1) 求这个函数关系式;
(2) 如图所示,设二次函数y=ax2+x+1图象的顶点为B,与y轴的交点为A,P为图象上的一点,若以线段PB为直径的圆与直线AB相切于点B,求P点的坐标;
(3) 在(2)中,若圆与x轴另一交点关于直线PB的对称点为M,试探索点M是否在抛物线y=ax2+x+1上,若在抛物线上,求出M点的坐标;若不在,请说明理由.
分析: 第一小题要分类讨论,分a=0和a≠0两种情况
(2) 运算公式、法则、性质是分类给出的
有些数学运算的实施需要一定的条件(如零不能作除数,不等式两边同乘以或除以某数时必须考虑正负等等),若在运算中要突破该运算的限制条件,就要进行分类讨论。
(3) 几何图形的形状、位置的变化会引起不同的结果
有些几何问题,因图形的位置不能确定或形状不能确定,就必须分类全面讨论。 例5 二次函数y=ax2+bx+c的图象与x轴交与A、B两点,与y轴交C点,A点坐标为(-3,0)、B点坐标为(1,0),且△ABC的面积为6,求该二次函数的关系式.
分析: 因为根据面积求得OC=3,所以C点坐标可以在(0,3)或(0,-3)
(4) 实际问题的实际意义决定需要分类讨论
有些题目中的条件开放,致使求解结果不唯一,若对这类问题考虑不全面,时常发生漏解现象。
例6 甲、乙两人在环形跑道上练习跑步,已知环形跑道一圈长400m,乙每秒钟跑6m,甲的速度是乙的倍。现在甲、乙两人在跑道上相距8m处同时出发,问经过多少秒钟后,两人首次相遇?
分析: 本题既不明确甲、乙两人在环形跑道上是同向还是反向跑步,也不知同向跑步时谁在前谁在后,或反向跑步时两人之间的距离是面对面的距离还是对背的距离,所以解题时应分类讨论,逐一求解:
设经过x秒甲、乙两人首次相遇
① 若两人同向跑步,且甲在乙的前面8m,则×6x-6x=400-8,解得x=196;
② 若两人同向跑步,且乙在甲前面8m,则×6x-6x=8,解得x=4;
③ 若两人反向跑步,面对面相距8m,则×6x+6x=8,解得x= ;
④ 若两人反向跑步,且背对背相距8m,则×6x+6x=400-8,解得x=28。
答:略。
四、需要分类的知识点大致有
绝对值a的概念,根式的性质,一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)的判别式b2-4ac的符号与根的情况,二次函数y=ax
2+bx+c(a≠0)二次项系数的正负和抛物线开口方向,反比例函数y=
(k≠0)中的比例系数k,正比例函数y=kx(k≠0)中的比例系数k,一次函数y=kx+b(k≠0)中的k和b、不等式性质中两边同时乘以正数与负数对不等号方向的影响,动点问题中对动点位置的讨论等。
五、分类讨论的好处
一方面可将复杂的问题分解成若干个简单的问题,另一方面恰当的分类可避免丢值漏解,从而提高全面考虑问题的能力,提高周密严谨的数学教养。
六、结合数形结合思想的运用
“数无形,少直观;形无数,难入微”,利用“数形结合”可使所要研究的问题化难为易,化繁为简。把代数和几何相结合,例如对几何问题用代数方法解答,对代数问题用几何方法解答,这种方法在解析几何里最常用。
总之,分类讨论几乎渗透到数学中的每一个角落,按初中数学知识体系,主要分布在:代数式中的分类讨论、方程中的分类讨论、不等式中的分类讨论、函数中的分类讨论、应用题中的分类讨论、几何图形(点、线、三角形、四边形、圆)中的分类讨论。分类讨论问题解决的关键是弄清引起分类讨论的原因,明确分类讨论的对象和标准。不同的标准分类的结果也不同,分析其可能产生的诸种情况,并由此展开讨论,做到不遗漏不重复,再将不同结论综合归纳得出正确结果。分类讨论思想是解答数学问题的一种重要思想方法和解题策略。分类研究的思想方法,可使学生运用已知信息进行开放性的联想,深化对知识的理解,培养学生思维的灵活性、严密性和创造性。运用分类讨论的思想解题,一方面可将复杂的问题分解成若干个简单的问题,另一方面恰当的分类可避免丢值漏解,从而提高全面考虑问题的能力,提高周密严谨的数学教养。近年来,在各地中考试题中涉及“分类讨论”的问题十分常见,因为这类试题不仅考查我们的数学基本知识与方法,而且考查了我们思维的深刻性,所以我们在平时的教学、学习中,尤其是在中考复习时,对“分类讨论”的数学思想要逐步渗透,要努力掌握好这种数学思想方法,从而提高解题能力。
(责任编辑:李建军)
一、 分类讨论的定义
分类讨论思想又称“逻辑化分思想”,它是把所要研究的数学对象划分为若干不同的情形,然后再分别研究和求解的一种数学思想。分类讨论思想在中考中占有十分重要的地位,相关习题具有明显的逻辑性、综合性、探索性的特点,难度有易、有中、也有难。题型可涉及任何一种题型,知识领域方面,可以无孔不入的渗透到每个数学领域。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,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。
分类讨论思想就是根据所研究对象的性质差异,分各种不同的情况予以分析解决.分类讨论题覆盖知识点较多,利于考查学生的知识面、分类思想和技巧;同时方式多样,具有较高的逻辑性及很强的综合性,树立分类讨论思想,应注重理解和掌握分类的原则、方法与技巧、做到“确定对象的全体,明确分类的标准,分层别类不重复、不遗漏的分析讨论.”
二、 分类讨论的原则
(1) 同一性原则。分类应按同一标准进行,即每次分类不能同时使用几个不同的分类根据。
例1 有些同学把三角形分为锐角三角形、直角三角形、钝角三角形、不等边三角形、等腰三角形。这个分类就不正确了,因为这个分类同时使用了按边和按角两个分类标准。事实上,等腰三角形可以是锐角三角形,也可以是直角三角形,还可以是钝角三角形;而钝角三角形、直角三角形、锐角三角形可以是等腰三角形,也可以是不等腰三角形。这样的划分是混乱的。
(2) 互斥性原则。分类后的每个子项应当互不相容,即做到各子项相互排斥,也就是分类后不能有一些事物既属于这个子项,又属于另一个子项。即要做到不重复。例如:一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)根的判别式b2-4ac,分b2-4ac>0,b2-4ac=0,b2-4ac<0三种情况
(3) 相称性原则。分类应当相称,即划分后子项外延的总和(并集),应当与母项的外延相等。即要做到不遗漏。
例2 解不等式ax >2a
如果不加区分,得x>2,那就不对了。事实上,既可以a>0,或是a=0,也可以a<0。
当a>0时,则x>2;?摇 当a=0时,原不等式为0·x>0,故不等式无解;?摇?摇当a<0时,则x<2。
这里将a划分成三类:a>0,a=0,a<0,分别处理,才获得正确的解。
(4) 多层次性原则。分类有一次分类和多次分类之分。一次分类是对被讨论对象只分类一次;多次分类是把分类后所得的子项作为母项,再进行分类,直至满足需要为止。有些对象的分类情况比较复杂,这时常采用“二分法”来分类,就是按对象有无某性质来进行分类。按“二分法”作分类,就是把讨论对象的外延一直分为两个互相矛盾的概念,一直分到不必再分为止。
例3 (盐城市2011年压轴题)如图,已知一次函数y=-x+7与正比例函数y?摇=x的图象交于点A,且与x轴交于点B.
(1) 求点A和点B的坐标;
(2) 过点A作AC⊥y轴于点C,过点B作直线l∥y轴.动点P从点O出发,以每秒1个单位长的速度,沿O—C—A的路线向点A运动;同时直线l从点B出发,以相同速度向左平移,在平移过程中,直线l交x轴于点R,交线段BA或线段AO于点Q.当点P到达点A时,点P和直线l都停止运动.在运动过程中,设动点P运动的时间为t秒.
① 当t为何值时,以A、P、R为顶点的三角形的面积为8?
② 是否存在以A、P、Q为顶点的三角形是等腰三角形?若存在,求t的值;若不存在,请说明理由.
分析: 第(2)题的第②小题,要分Q点BA上、Q点AO上,然后再分别分三种情况讨论等腰三角形
三、 分类讨论产生的时机
(1) 涉及的数学概念是分类定义的
有些数学概念是分类定义的(如实数的绝对值),所以应用这些概念解题时,就需进行分类讨论。有些数学概念在下定义时已经对所考虑的对象的范围作了限制(如二次函数,要求二次项系数不为零),当解题过程的变换需要突破这些限制时,就必须分类讨论。
例4 (盐城市2010年压轴题)已知:函数y=ax2+x+1的图象与x轴只有一个公共点.
(1) 求这个函数关系式;
(2) 如图所示,设二次函数y=ax2+x+1图象的顶点为B,与y轴的交点为A,P为图象上的一点,若以线段PB为直径的圆与直线AB相切于点B,求P点的坐标;
(3) 在(2)中,若圆与x轴另一交点关于直线PB的对称点为M,试探索点M是否在抛物线y=ax2+x+1上,若在抛物线上,求出M点的坐标;若不在,请说明理由.
分析: 第一小题要分类讨论,分a=0和a≠0两种情况
(2) 运算公式、法则、性质是分类给出的
有些数学运算的实施需要一定的条件(如零不能作除数,不等式两边同乘以或除以某数时必须考虑正负等等),若在运算中要突破该运算的限制条件,就要进行分类讨论。
(3) 几何图形的形状、位置的变化会引起不同的结果
有些几何问题,因图形的位置不能确定或形状不能确定,就必须分类全面讨论。 例5 二次函数y=ax2+bx+c的图象与x轴交与A、B两点,与y轴交C点,A点坐标为(-3,0)、B点坐标为(1,0),且△ABC的面积为6,求该二次函数的关系式.
分析: 因为根据面积求得OC=3,所以C点坐标可以在(0,3)或(0,-3)
(4) 实际问题的实际意义决定需要分类讨论
有些题目中的条件开放,致使求解结果不唯一,若对这类问题考虑不全面,时常发生漏解现象。
例6 甲、乙两人在环形跑道上练习跑步,已知环形跑道一圈长400m,乙每秒钟跑6m,甲的速度是乙的倍。现在甲、乙两人在跑道上相距8m处同时出发,问经过多少秒钟后,两人首次相遇?
分析: 本题既不明确甲、乙两人在环形跑道上是同向还是反向跑步,也不知同向跑步时谁在前谁在后,或反向跑步时两人之间的距离是面对面的距离还是对背的距离,所以解题时应分类讨论,逐一求解:
设经过x秒甲、乙两人首次相遇
① 若两人同向跑步,且甲在乙的前面8m,则×6x-6x=400-8,解得x=196;
② 若两人同向跑步,且乙在甲前面8m,则×6x-6x=8,解得x=4;
③ 若两人反向跑步,面对面相距8m,则×6x+6x=8,解得x= ;
④ 若两人反向跑步,且背对背相距8m,则×6x+6x=400-8,解得x=28。
答:略。
四、需要分类的知识点大致有
绝对值a的概念,根式的性质,一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)的判别式b2-4ac的符号与根的情况,二次函数y=ax
2+bx+c(a≠0)二次项系数的正负和抛物线开口方向,反比例函数y=
(k≠0)中的比例系数k,正比例函数y=kx(k≠0)中的比例系数k,一次函数y=kx+b(k≠0)中的k和b、不等式性质中两边同时乘以正数与负数对不等号方向的影响,动点问题中对动点位置的讨论等。
五、分类讨论的好处
一方面可将复杂的问题分解成若干个简单的问题,另一方面恰当的分类可避免丢值漏解,从而提高全面考虑问题的能力,提高周密严谨的数学教养。
六、结合数形结合思想的运用
“数无形,少直观;形无数,难入微”,利用“数形结合”可使所要研究的问题化难为易,化繁为简。把代数和几何相结合,例如对几何问题用代数方法解答,对代数问题用几何方法解答,这种方法在解析几何里最常用。
总之,分类讨论几乎渗透到数学中的每一个角落,按初中数学知识体系,主要分布在:代数式中的分类讨论、方程中的分类讨论、不等式中的分类讨论、函数中的分类讨论、应用题中的分类讨论、几何图形(点、线、三角形、四边形、圆)中的分类讨论。分类讨论问题解决的关键是弄清引起分类讨论的原因,明确分类讨论的对象和标准。不同的标准分类的结果也不同,分析其可能产生的诸种情况,并由此展开讨论,做到不遗漏不重复,再将不同结论综合归纳得出正确结果。分类讨论思想是解答数学问题的一种重要思想方法和解题策略。分类研究的思想方法,可使学生运用已知信息进行开放性的联想,深化对知识的理解,培养学生思维的灵活性、严密性和创造性。运用分类讨论的思想解题,一方面可将复杂的问题分解成若干个简单的问题,另一方面恰当的分类可避免丢值漏解,从而提高全面考虑问题的能力,提高周密严谨的数学教养。近年来,在各地中考试题中涉及“分类讨论”的问题十分常见,因为这类试题不仅考查我们的数学基本知识与方法,而且考查了我们思维的深刻性,所以我们在平时的教学、学习中,尤其是在中考复习时,对“分类讨论”的数学思想要逐步渗透,要努力掌握好这种数学思想方法,从而提高解题能力。
(责任编辑:李建军)