高一数学中的分类讨论问题

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  高中数学新课程实施以来,数学思想方法逐步引起重视。其中分类讨论思想是中学生必须要掌握的一种思想方法。所谓分类讨论,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,最后整合得答案。对于刚刚进入高中的学生来说,整个数学思想方法都還停留在一个浅层次。分类讨论的思想虽然在初中学习过一些,可对绝大多数同学来说,“为什么分类?怎样分类?”都是一个朦胧的状态。因此从高一开始,就对学生灌输这一思想方法尤为重要。下面,我就从高一数学(必修1)的几个常见问题来谈谈如何解决我们的分类讨论问题。
  要解决分类讨论的问题就是要让学生弄清引发分类的原因(为什么分类),还要掌握科学分类的原则(怎样分类),即不重复,不遗漏。下面我举例说明。
  例1:已知集合A由三个元素 求实数 的值。
  分析:本题是高一学生进入高中以来遇到的第一道分类讨论问题。学生在解决问题时主要是要搞清楚 三个元素中到底哪个为1,由集合的定义,我们知道,三个元素都可以为1,于是分类讨论的思想就出来了。但是我们也知道,集合元素的互异性,所以我们最后还要进行检验。这也就是说我们分类讨论要不重复,不遗漏。
  解:若a+2=1,则a=-1,此时 ,这与元素的互异性相矛盾,故a=-1应舍去。
  若 ,则a=0或a=-2. 当a=0时,A= ,满足题意。
  当a=-2时,A= ,这与元素的互异性相矛盾,故a=-2应舍去。
  当 时,则a=-1或a=-2。由(1)、(2)知两个值都应舍去。综上:a=0。
  反思:我们分析之所以分类,是因为哪个元素为1不确定。这是很典型的由运算引起的分类讨论,这在我们含参数的运算中很常见。如初中的含参数的一元二次方程的解,就要根据△的正负来进行分类;再如,分式方程的求解等。解决这类问题的关键是对各种计算熟悉。当然尤其是这类问题的分类,是在运算过程中发现的,所以我们是要大胆的下笔。
  例2:已知集合 ,若 ,求实数m的取值范围。
  分析:这是一个很典型的集合问题,也是学生在做题过程中最容易出错的问题,出错的原因就是子集的概念理解得不是很清楚,忽略掉空集是任何集合的子集这一重要信息,从而导致没有进行分类。当然这道题的分类标准就是分B集合为空集或者不为空集。
  解:因为 ,所以 或者 。
  当 时,有 得 。
  当 时,有 ,得: 。
  ∴综上所述,当 时,有
  反思:我们解决一下“为什么分类”的问题,我们知道空集是任何集合的子集,可是B集合是否为空集我们不确定。当然这个问题得到解决,那么“怎么分类”也就自然而然的呈现了出来,这是很典型的由数学的概念引发的讨论问题。解决这类问题主要是要将我们的概念熟悉,避免在解决问题时没有讨论到,而导致解题错误。
  例3:已知 ,解不等式 。
  分析:分段函数本身就是一种分类讨论,需对函数的每一段情况分别进行研究。要解决此类题,我们就不许知道f(x+2)应该为那一个值,这就解决了我们为什么分类,当然分类标准也就出来了。
  解:当 时,原不等式可化为 解是:
  当 时,原不等式可化为: ,解得 。
  综上知,原不等式的解集为 。
  反思:这是一个典型的函数分类问题,而这类问题也主要从我们要的结果入手,就如本题说函数代那个值。也就是说我们如果不分,那就没办法做下去,如果分,那就是谁档我们的路就分谁。
  例4:求 在区间[0,2]上的最大值和最小值。
  分析:这是一道二次函数在闭区间上的值域问题。最开始时很多同学是不知道下笔的。那么我们就要引导学生:1、函数在区间上单调吗?这个问题丢给学生解决,他们就会发现可能单调递增,单调递减,也有可能不单调。那么第一个分类标准就出来了。2、我们知道单调函数的最值好求,那如果在这个区间上不单调,最值怎么办,所以大的分类标准下,小的分类标准就出来了。只要学生理好程序,那么解决问题就容易了。
  解: ,对称轴为: 。
  (1)当a<0时,则f(x)在 上单调递增,
  ∴ 。
  (2)当 时,则f(x)在 上单调递减,在 上单调递增,
  ∴ .
  ① 当 时,即 时, .
  ② 当 时,即 时, 。
  (3)当 时,则f(x)在 上单调递减,
  ∴
  反思:这是由函数性质,图形位置,运算引发的分类的综合问题。解决这类问题,我们的关键是对数学的基础知识熟悉,如此题要知道求函数的最值需要判断函数的单调性,由此可以确定大的分类标准。由上面几道例题,我们可以确定分类问题解题程序可大致分为以下几个步骤:明确讨论的对象,确定对象的全体;确定分类标准,正确分类,不重不漏;逐步进行讨论,获得结段性结记;归纳总结,综合结记。
  分类讨论的问题在我们的数学思想方法中起着举足重轻的作用:一是现在的高考中大篇幅的题目涉及到分类讨论思想;二是分类讨论思想能够培养思维的严谨性。总之注重分类讨论思想在平时教学中的渗透,对提高学生思维的严谨性,培养学生对数学的学习兴趣,增强学生的创新意识具有重要的现实意义。那么对于刚进入高一的学生来说,我们更不能有畏难情绪,从头抓起,让学生不断体会“为什么分类,怎样分类”,相信对我们学生的整个数学学习会起着关键作用。
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