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分类讨论是高中数学中一种重要的逻辑方法和数学思想。它是指,在解决某些数学问题时,有时会遇到多种情况,当对问题的对象无法进行统一分析时,需要将所分析的对象可能会出现的各种情况进行分类,然后逐一分析讨论,最后再对讨论得到的各类问题的结果进行归纳整理,得出整个问题的最终结果。
分类讨论题覆盖的知识面较多,具有较强的逻辑性、综合性、探索性,对于训练学生的思维概括性和条理性,培养学生的逻辑思维能力,提高学生分析和解决问题的能力,都有着十分重要的作用。
一、分类讨论的原则
在解答分类讨论间题时,我们应充分考虑两个条件,遵循四大基本原则。
两个条件为:(1)做到分类不重复,层次分明并根据问题的条件性质,尽量减少分类次数;(2)做到分类不遗漏,不进行越级讨论。
四大基本原则为:(1)相称性原则:分类应相称,即划分后各子项外延的总和应与母项的外延一致。(2)统一性原则:分类时应按照统一标准进行分类,即每一次分类都必须使用相同的分类依据。(3)互斥性原则:分类后的每个子项都是独立的,互不相容的。即分类后各个子项应做到相互排斥,不能既属于这个子项,又属于那个子项。(4)分层性原则:分类可分为一次分类和多次分类,一次分类是指被讨论对象只进行一次分类;多次分类是指先按某个性质对所讨论的对象进行一次分类,然后将分类后所得的子项看成母项,再进行一次分类,直到分到不能再分为止,多次分类通常用在比较复杂的分类对象上。
二、分类讨论在高中数学解题教学中的运用
第一,明确讨论对象,即具体讨论哪个参数;第二,按某个性质对所讨论的对象进行分类,分类时做到不重不漏,层次分明,统一标准;第三,逐一对各类问题进行讨论分析,得出结果;第四,归纳整理,对讨论得到的各类问题的结果进行归纳整理,得出整个问题的最终结果。
(1)在函数中的分类讨论。
例1设f(a)=a6-a3 a2-a 1。求证:对于任意实数a,都有f(a)>0。
分析:本题是多项式求和问题,且每一项都为同底,此时可将本题与指数函数f(x)=ax联系起来,并结合f(x)= ax的单调性加以证明,而指数函数f(x)=ax的单调性与它的底数a密切相关,因此需要进行分类讨论。
解:①当a=0或a=1时,f(a)=a6-a3 a2-a 1=1>0。
②当a<0时,a的奇次幂为负数,偶次幂为正数,则
f(a)=a6 (-a)3 a2 (-a) 1≥1,即f(a) >0。
③当0<a<1时,指数函数f(x)= ax为减函数,所以a3<a2,则
f(a)=a6 (a2-a3) (1-a)>0。
④当a<1时,指数函数f(x)=ax为增函数,所以a6>a3,a2>a,则
f(a)= (a6-a3) (a2-a) 1>1。
所以综上所述,对于任意实数a,都有f(a) >0。
(2)在不等式中的分类讨论。
例2已知k∈N,求满足不等式丨a丨 丨b丨<k的整数解组的(a, b)的解集。
分析:此题直接给出解答是比较困难的,需要把k看做参数,整数解的组数直接与k有关,可设它为g(k),需要运用分类讨论从特殊情况入手,从中寻求出计算的规律,做出猜想,再设法证明其结论。
解:①当k=1时,有解(0,0),即g(1)=1。
②当k=2时,有解(0,0),(0,1),(0,-1),(1,0),(-1,0)。
即g(2)=1 4=5。
③当k=3时,有解(0,0),(±1,0),(0,±1),(0,±2),(±2,0),(±1,±1)。
即g(3)=1 4 4×2=13。
④当k=4时,有解(0,0), (0, ±1),(0,±2),(0,±3),(±1,0),(±1,1),(±1,±2),(±2,0),(±2,1),(±3,0)。
即g(4)=1 4 4×2 4×3=25。
由此可猜想出:g(k)=1 4×1 4×2 4×3 4×4 … 4(k-1)。
从而推得递推公式g(k)= g(k-1) 4(k-1)。
总之,分类讨论是高中数学中一种重要的解题策略。在教学中,教师应引导学生正确把握分类讨论的原则,做到不重复、不遗漏,逐类讨论、分级进行,并不断加强学生运用数学分类讨论思想的训练,锻炼学生逻辑思维的严谨性,提高学生分析问题和解决问题的能力。
分类讨论题覆盖的知识面较多,具有较强的逻辑性、综合性、探索性,对于训练学生的思维概括性和条理性,培养学生的逻辑思维能力,提高学生分析和解决问题的能力,都有着十分重要的作用。
一、分类讨论的原则
在解答分类讨论间题时,我们应充分考虑两个条件,遵循四大基本原则。
两个条件为:(1)做到分类不重复,层次分明并根据问题的条件性质,尽量减少分类次数;(2)做到分类不遗漏,不进行越级讨论。
四大基本原则为:(1)相称性原则:分类应相称,即划分后各子项外延的总和应与母项的外延一致。(2)统一性原则:分类时应按照统一标准进行分类,即每一次分类都必须使用相同的分类依据。(3)互斥性原则:分类后的每个子项都是独立的,互不相容的。即分类后各个子项应做到相互排斥,不能既属于这个子项,又属于那个子项。(4)分层性原则:分类可分为一次分类和多次分类,一次分类是指被讨论对象只进行一次分类;多次分类是指先按某个性质对所讨论的对象进行一次分类,然后将分类后所得的子项看成母项,再进行一次分类,直到分到不能再分为止,多次分类通常用在比较复杂的分类对象上。
二、分类讨论在高中数学解题教学中的运用
第一,明确讨论对象,即具体讨论哪个参数;第二,按某个性质对所讨论的对象进行分类,分类时做到不重不漏,层次分明,统一标准;第三,逐一对各类问题进行讨论分析,得出结果;第四,归纳整理,对讨论得到的各类问题的结果进行归纳整理,得出整个问题的最终结果。
(1)在函数中的分类讨论。
例1设f(a)=a6-a3 a2-a 1。求证:对于任意实数a,都有f(a)>0。
分析:本题是多项式求和问题,且每一项都为同底,此时可将本题与指数函数f(x)=ax联系起来,并结合f(x)= ax的单调性加以证明,而指数函数f(x)=ax的单调性与它的底数a密切相关,因此需要进行分类讨论。
解:①当a=0或a=1时,f(a)=a6-a3 a2-a 1=1>0。
②当a<0时,a的奇次幂为负数,偶次幂为正数,则
f(a)=a6 (-a)3 a2 (-a) 1≥1,即f(a) >0。
③当0<a<1时,指数函数f(x)= ax为减函数,所以a3<a2,则
f(a)=a6 (a2-a3) (1-a)>0。
④当a<1时,指数函数f(x)=ax为增函数,所以a6>a3,a2>a,则
f(a)= (a6-a3) (a2-a) 1>1。
所以综上所述,对于任意实数a,都有f(a) >0。
(2)在不等式中的分类讨论。
例2已知k∈N,求满足不等式丨a丨 丨b丨<k的整数解组的(a, b)的解集。
分析:此题直接给出解答是比较困难的,需要把k看做参数,整数解的组数直接与k有关,可设它为g(k),需要运用分类讨论从特殊情况入手,从中寻求出计算的规律,做出猜想,再设法证明其结论。
解:①当k=1时,有解(0,0),即g(1)=1。
②当k=2时,有解(0,0),(0,1),(0,-1),(1,0),(-1,0)。
即g(2)=1 4=5。
③当k=3时,有解(0,0),(±1,0),(0,±1),(0,±2),(±2,0),(±1,±1)。
即g(3)=1 4 4×2=13。
④当k=4时,有解(0,0), (0, ±1),(0,±2),(0,±3),(±1,0),(±1,1),(±1,±2),(±2,0),(±2,1),(±3,0)。
即g(4)=1 4 4×2 4×3=25。
由此可猜想出:g(k)=1 4×1 4×2 4×3 4×4 … 4(k-1)。
从而推得递推公式g(k)= g(k-1) 4(k-1)。
总之,分类讨论是高中数学中一种重要的解题策略。在教学中,教师应引导学生正确把握分类讨论的原则,做到不重复、不遗漏,逐类讨论、分级进行,并不断加强学生运用数学分类讨论思想的训练,锻炼学生逻辑思维的严谨性,提高学生分析问题和解决问题的能力。