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摘 要:数学探究题是从给定的题设条件中探究其相应的结论,或从给定的问题中探究其相应的必备条件、解题途径等题型。这种探究题的鲜明特点是:问题本身具有一定的开放性,且其求解的过程中带有较强的探索性。
关键词:高中数学;探究题型
数学探索题分为条件探究型、结论探究型、规律探究型等。它是考查能力的好题型,因而成为历年高考命题的热点内容。
一、条件探究型
例1:已知■≤a≤1,若函数f(x)=ax2-2x+1在区间[1,3]上的最大值为M(a),最小值为N(a),令g(a)=M(a)-N(a)。
(1)求g(a)的函数表达式;
(2)判断函数g(a)在区间■,1上的单调性,并求出g(a)的最小值 。
解析:(1)∵■≤a≤1,∴f(x)的图象为开口向上的抛物线,且对称轴为x=■∈[1,3],∴f(x)有最小值N(a)=1-■;
当2≤■≤3时,a∈■,■,f(x)有最大值M(a)=f(1)=a-1;
当1≤■<2时,a∈(■,1],f(x)有最大值M(a)=f(3)=9a-5
∴g(a)=a-2+■(■≤a≤■),9a-6+■(■ (2)设■≤a10,
∴g(a1)>g(a2),∴g(a)在■,■上是减函数。
设■ ∴g(a1) 提示:本题需要探索是该函数为单调函数的条件,属于条件探索型问题,本题求解也可以用导数来解决。
二、结论探究型
例2:(1)设A为动椭圆的中心,BD为过焦点F的弦,M为BD的中点,连接AM并延长交椭圆于点C。求证:四边形ABCD为平行四边形的充要条件是■为定值且值为■(其中a为椭圆的半长轴);
(2)命题(1)的结论能推广到双曲线吗?为什么?
解析:(1)不妨设椭圆方程为■+■=1(a>b>0),F(c,,0)为右焦点,B(x1,y1),D(x2,y2),,M(x0,y0),弦BD的方程为x=my+c
联立两方程■+■=1与x=my+c,得(m2b2+a2)y2+2b2mcy-b4=0,
于是有y0=■=-■,x■=my■+c=■,由椭圆的第二定义,得|BD|=■[2·■-(x1+x2)]=2a-■,于是■=2-■。
首先,若四边形ABCD为平行四边形,则点C的坐标为(2x0,2y0),将其代入椭圆方程并化简得4c2=m2b2+a2,由此可得■=■。
其次,若■=■,则4c2=m2b2+a2 ,于是有x0=■=■,y0=-■=-■,从而,■+■=■=1,也就是点(2x0,2y0)在椭圆上,且M平分AC,故ABCD为平行四边形。
(2)命题(1)的结论在双曲线中不成立,因四边形ABCD不可能为平行四边形。
提示:关于命题(1)的结论在双曲线中是否成立,这是需要探索的问题。当然,我们也可以考虑圆、抛物线中的情形。
三、规律探究型
例3:对数列a■,规定△a■为数列a■的一阶差分数列,其中△an=an+1-an(n∈N),对正整数k,规定△■a■为a■的k阶差分数列,其中△■a■=△■a■-△■a■=△(△■an)。
(1)已知数列a■的通项公式a■=n2+n(n∈N*),试判断△a■是否为等差或等比数列,为什么?
(2)若数列a■首项a1=1,且满足△■a■-△a■+a■=-2■(n∈N),求数列a■的通项公式。
(3)对(2)中数列a■,是否存在等差数列b■,使得b■C■■+b■C■■+…… +b■C■■=a■对一切自然n∈N都成立?若存在,求数列 b■的通项公式;若不存在,则请说明理由。
解析:(1)△an=an+1-an=(n+1)2+(n+1)-(n2+n)=2n+2,∴a■是首项为4,公差为2的等差数列。
(2)△■a■-△a■+a■=-2■,即△a■-△a■-△a■+a■=-2■,即△a■-a■=2■,∴a■=2a■+2n,∵a1=1,∴a2=4=2× 21,a3=12=3×22,a4=32=4×23 ,
猜想:an=n·2n-1
证明:ⅰ)当n=1时,a1=1=1×20 ;
ⅱ)假设n=k时,ak=k×2k。当n=k+1时,ak+1=2ak+2k=k·2k+2k=(k+1)·2(k+1)-1结论也成立。∴由ⅰ)、ⅱ)可知,an=n·2n-1。
(3)b■C■■+b■C■■+… +b■C■■=a■,即b■C■■+b■C■■+… +b■C■■=n·2n-1,
∵1C■■+2C■■+…+nC■■=n(C■■+C■■+C■■+… +C■■)=n·2n-1,∴存在等差数列b■,bn=n,使得b■C■■+b■C■■+……+b■C■■=an对一切自然数 n∈N都成立。
提示:关于k阶差分数列是高等数学里的一个概念,所以,本题是一道难度比较大的选拔性的试题,其解题方法虽在课内,而解题的智能却在课外。
关键词:高中数学;探究题型
数学探索题分为条件探究型、结论探究型、规律探究型等。它是考查能力的好题型,因而成为历年高考命题的热点内容。
一、条件探究型
例1:已知■≤a≤1,若函数f(x)=ax2-2x+1在区间[1,3]上的最大值为M(a),最小值为N(a),令g(a)=M(a)-N(a)。
(1)求g(a)的函数表达式;
(2)判断函数g(a)在区间■,1上的单调性,并求出g(a)的最小值 。
解析:(1)∵■≤a≤1,∴f(x)的图象为开口向上的抛物线,且对称轴为x=■∈[1,3],∴f(x)有最小值N(a)=1-■;
当2≤■≤3时,a∈■,■,f(x)有最大值M(a)=f(1)=a-1;
当1≤■<2时,a∈(■,1],f(x)有最大值M(a)=f(3)=9a-5
∴g(a)=a-2+■(■≤a≤■),9a-6+■(■ (2)设■≤a1
∴g(a1)>g(a2),∴g(a)在■,■上是减函数。
设■
二、结论探究型
例2:(1)设A为动椭圆的中心,BD为过焦点F的弦,M为BD的中点,连接AM并延长交椭圆于点C。求证:四边形ABCD为平行四边形的充要条件是■为定值且值为■(其中a为椭圆的半长轴);
(2)命题(1)的结论能推广到双曲线吗?为什么?
解析:(1)不妨设椭圆方程为■+■=1(a>b>0),F(c,,0)为右焦点,B(x1,y1),D(x2,y2),,M(x0,y0),弦BD的方程为x=my+c
联立两方程■+■=1与x=my+c,得(m2b2+a2)y2+2b2mcy-b4=0,
于是有y0=■=-■,x■=my■+c=■,由椭圆的第二定义,得|BD|=■[2·■-(x1+x2)]=2a-■,于是■=2-■。
首先,若四边形ABCD为平行四边形,则点C的坐标为(2x0,2y0),将其代入椭圆方程并化简得4c2=m2b2+a2,由此可得■=■。
其次,若■=■,则4c2=m2b2+a2 ,于是有x0=■=■,y0=-■=-■,从而,■+■=■=1,也就是点(2x0,2y0)在椭圆上,且M平分AC,故ABCD为平行四边形。
(2)命题(1)的结论在双曲线中不成立,因四边形ABCD不可能为平行四边形。
提示:关于命题(1)的结论在双曲线中是否成立,这是需要探索的问题。当然,我们也可以考虑圆、抛物线中的情形。
三、规律探究型
例3:对数列a■,规定△a■为数列a■的一阶差分数列,其中△an=an+1-an(n∈N),对正整数k,规定△■a■为a■的k阶差分数列,其中△■a■=△■a■-△■a■=△(△■an)。
(1)已知数列a■的通项公式a■=n2+n(n∈N*),试判断△a■是否为等差或等比数列,为什么?
(2)若数列a■首项a1=1,且满足△■a■-△a■+a■=-2■(n∈N),求数列a■的通项公式。
(3)对(2)中数列a■,是否存在等差数列b■,使得b■C■■+b■C■■+…… +b■C■■=a■对一切自然n∈N都成立?若存在,求数列 b■的通项公式;若不存在,则请说明理由。
解析:(1)△an=an+1-an=(n+1)2+(n+1)-(n2+n)=2n+2,∴a■是首项为4,公差为2的等差数列。
(2)△■a■-△a■+a■=-2■,即△a■-△a■-△a■+a■=-2■,即△a■-a■=2■,∴a■=2a■+2n,∵a1=1,∴a2=4=2× 21,a3=12=3×22,a4=32=4×23 ,
猜想:an=n·2n-1
证明:ⅰ)当n=1时,a1=1=1×20 ;
ⅱ)假设n=k时,ak=k×2k。当n=k+1时,ak+1=2ak+2k=k·2k+2k=(k+1)·2(k+1)-1结论也成立。∴由ⅰ)、ⅱ)可知,an=n·2n-1。
(3)b■C■■+b■C■■+… +b■C■■=a■,即b■C■■+b■C■■+… +b■C■■=n·2n-1,
∵1C■■+2C■■+…+nC■■=n(C■■+C■■+C■■+… +C■■)=n·2n-1,∴存在等差数列b■,bn=n,使得b■C■■+b■C■■+……+b■C■■=an对一切自然数 n∈N都成立。
提示:关于k阶差分数列是高等数学里的一个概念,所以,本题是一道难度比较大的选拔性的试题,其解题方法虽在课内,而解题的智能却在课外。