14、 分布知识求解。
4
o
x
y
例9.关于x的方程9x+(4+a)3x+4=0恒有解,求a的范围。
分析:题目中出现了3x及9x,故可通过换元转化成二次函数型求
解。
解法1(利用韦达定理):
设3x=t,则t>0.则原方程有解即方程t2+(4+a)t+4=0有正根。
即
解得a8.
解法2(利用根与系数的分布知识):
4
o
x
y
即要求t2+(4+a)t=0有正根。设f(x)= t2+(4+a)t+4.
10.=0,即(4+a)216=0,∴a=0或a=8.
a=0时,f(x)=(t+2)2=0,得t=
15、2<0,不合题意;
a=8时,f(x)=(t2)2=0,得t=2>0,符合题意。
∴a=8.
20. >0,即a<8或a>0时,
∵f(0)=4>0,故只需对称轴,即a<4.
∴a<8
综合可得a8.
三、解析几何中确定参变量的取值范围历来是各级各类测试及高考命题的热点。由于此
类问题综合性强,且确定参变量取值范围的不等量关系也较为隐蔽,因而给解题带
来了诸多困难。为此,我们有必要总结和归纳如何寻找或挖掘不等量关系的策略和
方法。
在几何问题中,有些问题和参数无关,这就构成定值问题,解决这些问题常通过取参数 和特殊值来确定“定值”是多少,或
16、者将该问题涉及的几何式转化为代数式或三角式来证明该式是恒定的。
解析几何中的最值问题,一般先根据条件列出所求目标——函数关系式,然后根据函数关系式手特征选用参数法,配方法,判别式法,应用不等式的性质,以及三角函数最值法等求出它的最大值或最小值。
充分运用各种方法学会解圆锥曲线的综合问题(解析法的应用,数形结合的数学思想,圆锥曲线与圆锥曲线的位置关系,与圆锥曲线相关的定值问题,最值问题,应用问题和探索性问题)。
研究最值问题是实践的需要,人类在实践活动中往往追求最佳结果,抽象化之成为数学上的最值问题,所以最值问题几乎渗透到数学的每一章。
解析几何中的最值问题主要是曲线上的点到定点的距离最
17、值,到定直线的距离最值,还有面积最值,斜率最值等,解决的办法也往往是数形结合或转化为函数最值。
而一些函数最值,反而可以通过数形结合转化为解析几何中的最值问题。
1. 几何法:若题目的条件和结论能明显体现几何特征及意义,则考虑利用图形性质来
解决。
2. 代数法:若题目的条件和结论能体现一种明确的函数关系,则可首先建立目标函数,
再求这个函数的最值。求函数最值常用的方法有配方法、判别式法、重要不等式法、三角函数的值域法、函数的单调性法。
例10. 已知椭圆C:和点P(4,1),过P作直线交椭圆于A、B两点, 在线段AB上取点Q,使,求动点Q的轨迹所在曲线的方程及点Q的横坐标的
18、取值范围.
分析:这是一个轨迹问题,解题困难在于多动点的困扰,学生往往不知从何入手。其实,应该想到轨迹问题可以通过参数法求解. 因此,首先是选定参数,然后想方设法将点Q的横、纵坐标用参数表达,最后通过消参可达到解题的目的.
由于点的变化是由直线AB的变化引起的,自然可选择直线AB的斜率作为参数,如何将与联系起来?一方面利用点Q在直线AB上;另一方面就是运用题目条件:来转化.由A、B、P、Q四点共线,不难得到,要建立与的关系,只需将直线AB的方程代入椭圆C的方程,利用韦达定理即可.
通过这样的分析,可以看出,虽然我们还没有开始解题,但对于如何解决本题,已经做到心中有数.
19、
将直线方程代入椭圆方程,消去y,利用韦达定理
利用点Q满足直线AB的方程:y = k (x—4)+1,消去参数k
点Q的轨迹方程
在得到之后,如果能够从整体上把握,认识到:所谓消参,目的不过是得到
关于的方程(不含k),则可由解得,直接代入
即可得到轨迹方程。从而简化消去参的过程。
解:设,则由可得:,
解之得: (1)
设直线AB的方程为:,代入椭圆C的方程,消去得出关于 x的一
元二次方程:
(2)
∴
代入(1),化简得:
20、 (3)
与联立,消去得:
在(2)中,由,解得 ,结合(3)可求得
故知点Q的轨迹方程为: ().
说明:由方程组实施消元,产生一个标准的关于一个变量的一元二次方程,其判别式、韦达定理模块思维易于想到. 这当中,难点在引出参,活点在应用参,重点在消去参.,而“引参、用参、消参”三步曲,正是解析几何综合问题求解的一条有效通道.
例11.已知,试讨论的值变化时,方程表示的曲线的形状。
解:(1)当时,方程化为,它表示两条与轴平行的直线;
(2)当时,方程化为,它表示两条与轴平行的直线;
(3)当时,
21、方程化为,它表示一个单位圆;
(4)当时,方程化为,因为,所以它
表示一个焦点在轴上那个的椭圆;
(5)当时,方程化为,因为,所以它
表示一个焦点在轴上那个的椭圆;
(6)当时,方程化为,因为,
所以它表示一个焦点在轴上那个的双曲线。
(Ⅱ)、求参数的取值范围在解析几何中的应用
例12.一农民有田2亩,根据他的经验:若种水稻,则每亩每期产量为400公斤,若
种花生,则每亩产量为100公斤,但水稻成本较高,每亩每期240元,而花生
只要80元,且花生
22、每公斤可卖5元,稻米每公斤只卖3元,现在他只能凑足
400元,问这位农民对两种作物应各种多少亩,才能得到最大利润?
分析:最优种植安排问题就是要求当非负变量x、y满足条件和
时,总利润P达到最大,是线性规划问题。
解:设水稻种x亩,花生种y亩,则有题意得:
即
此不等式组的解为四边形区域(包括边界),这些解通常就叫做本问题的可行解,并称
这个区域为问题的可行解区域。
而利润P=(3×400-200)x+(5×100-80)y=960x+420y为二元函数,
23、通常就叫
做本问题的目标函数。故所求问题变为:要在此可行解区域内,找出(x,y)点,使
目标函数P=960x+420y的值为最大,这类点就叫做本问题的最佳解。如何找出这类点
呢?观察目标函数P,我们知道:
(1) 当P等于任意常数m时,m=960x+420y 都是-48/21的直线;
(2) 若直线l:m=960x+420y与可行解区域相交,则对应于此直线的任一可行解,目标函数P的值皆为m;
(3) 当直线l:m=960x+420y 即 y=-48/21x+m/400过可行解区域,且纵截距最大时,m有最大值,即目标函数P有最大值。
由图可知,当直线l过B点时,纵截距最大。
24、
解方程组 得交点B(1.5,0.5)
所以当x=1.5,y=0.5时,Pmax=960×1.5+420×0.5=1650(元)
即水稻种1.5亩,花生种0.5亩时所得的利润最大。
说明:很多数学应用题都与二元一次不等式组有关,而不等式组的解答往往很多,
在各种解答中,是否有一组为符合实际情况的最佳解答呢?求此类问题的解答为
数学的一个重要分支——线性规划。线性规划是最优化模型中的一个重要内容,
它具有适应性强,应用面广,计算技术比较简便的特点,它是现代管理科学的重
25、 要基础和手段之一。利用线性规划解决应用问题的方法可按下列步骤进行:
(1) 根据题意,建立数学模型,作出不等式组区域的图形,即可行解区域;
(2) 设所求的目标函数f(x,y)为m值;
(3) 将各顶点坐标代入目标函数,即可得m的最大值或最小值,或求直线f(x,y)
=m在y轴上截距的最大值(最小值)从而得m的最大值(最小值)。
例13.某汽车公司有两家装配厂,生产甲、乙两种不同型的汽车,若A厂每小时可完 成1辆甲型车和2辆乙型车;B厂每小时可完成3辆甲型车和1辆乙型车。今欲制造40辆甲型车和乙型车,问这两家工厂各工作几小时,才能使所费的总工作时数最小?
分析:这是
26、一个如何安排生产才能发挥最佳效率的问题。最优工作时数的安排问题就是A、B两厂生产甲、乙两种不同型号的汽车数不得低于甲型40辆、乙型20辆时,总工时最少。
解:设A厂工作x小时,B厂生产y小时,总工作时数为T小时,则它的目标函数为
T=x+y 且x+3y≥40 ,2x+y≥20 ,x≥0 ,y≥0
可行解区域,而符合问题的解答为此区域内的格子点(纵、横坐标都是整数的点称为 格子点),于是问题变为:要在此可行解区域内,找出格子点(x,y),使目标函数T =x+y的值为最小。由图知当直线l:y=-x+T过Q点时,纵截距T最小,但由于符合题意的解必须是格子点,我们还必
27、须看Q点是否是格子点。
解方程组 得Q(4,12)为格子点,
故A厂工作4小时,B厂工作12小时,可使所费的总工作时数最少。
说明:也可以用凸多边形性质去寻找最佳解,要注意到有时符合题意的解仅限于可行解区域内的格子点,此时如果有端点并非格子点,这些点就不符合题意,不是我们要找的解;如果所有的端点都是格子点,所有的端点全符合题意,我们就可用凸多边形性质去找出最佳解。
符合本题的解仅为可行解区域内的格子点,其可行解区域的端点P(40,0),Q(4,12)R(0,20)都是格子点,都符合题意,而它们所对应的目标函数值如下表所示:
(x,y)
(40,0)
(4,12)
28、
(0,20)
T
40
16
20
故Q(4,12)即为所要找的点。
例14.私人办学是教育发展的方向。某人准备投资1200万元兴办一所完全中学,为了考虑社会效益和经济效益,对该地区教育市场进行调查,得出一组数据列表如下(以班级为单位):
班级学生数
配备教师数
硬件建设(万元)
教师年薪(万元)
初中
50
2.0
28
1.2
高中
40
2.5
58
1.6
根据物价部门的有关文件,初中是义务教育阶段,收费标准适当控
29、制,预计除书本费、办公费以外每生每年收取600元,高中每生每年可收取1500元。因生源和环境等条件的限制,办学规模以20至30个班为宜。教师实行聘任制。初中、高中的教育周期均为三年。请你合理地安排找生计划,使年利润最大,大约经过多少年可以收回全部投资?
解:设初中编制为x个班,高中编制为y个班。
则 (x>0,y>0,x,y∈Z)。
计年利润为s,那么s=3x+6y-2.4x-4y,即s=0.6x+2y
作出不等式表示的平面区域。问题转化为求直线0.6x+2xs=0截距的最大值。过点A作 0.6x+2y=0的平行线即可求出s的最大值。
联立得A(18,12)。
将
30、x=18,y=12代入s=0.6x+2y求得Smax=34.8。
设经过n年可收回投资,则11.6+23.2+34.8(n2)=1200,可得n=33.5。
学校规模初中18个班级,高中12个班级,第一年初中招生6个班300人,高中招生4个班160人。从第三年开始年利润34.8万元,大约经过36年可以收回全部投资。
说明:本题的背景材料是投资办教育,拟定一份计划书,本题是计划书中的部分内容。要求运用数形结合思想,解析几何知识和数据处理的综合能力。通过计算可知,投资教育主要是社会效益,提高整个民族的素质,经济效益不明显。
(Ⅲ)、强化训练
1.(南京市质量检测试题) 若对个向量存在个
31、不全为零的实数 ,使得成立,则称向量为“线性相 关”.依此规定, 能说明,,“线性相关”的实数 依次可以取 (写出一组数值即可,不必考虑所有情况).
2.已知双曲线,直线过点,斜率为,当时,双曲线的上支上有且仅有一点B到直线的距离为,试求的值及此时点B的坐标。
3.设函数f(x)=2x-12-x-1,xR,若当0时,f(cos2+2msin)+f(2m2)>0恒成立,求实数m的取值范围。
4.已知关于x的方程lg(x+20x) lg(8x6a3)=0有唯一解,求实数a的取值范围。
5.试就的不同取值,讨论方程所表示的曲线形
状,并指出其焦点坐标。
6.某公司计
32、划在今年内同时出售变频空调机和智能型洗衣机,由于这两种产品的市场需
求量非常大,有多少就能销售多少,因此该公司要根据实际情况(如资金、劳动力)
确定产品的月供应量,以使得总利润达到最大。已知对这两种产品有直接限制的因素
是资金和劳动力,通过调查,得到关于这两种产品的有关数据如下表:
资金
单位产品所需资金(百元)
月资金供应量(百元)
空调机
洗衣机
成本
30
20
300
劳动力 (工资)
5
10
110
单位利润
6
8
试问:怎样确定两种货物的月供应量,才能使总利润达到最大,最大利润是多少?
7.某
33、校伙食长期以面粉和大米为主食,而面食每100克含蛋白质6个单位,含淀粉4个单
位,售价0.5元,米食每100克含蛋白质3个单位,含淀粉7个单位,售价0.4元,学
校要求给学生配制盒饭,每盒饭至少有8个单位的蛋白质和10个单位的淀粉,问应如
何配制盒饭,才既科学又费用最少?
8.发电厂主控室的表盘,高m米,表盘底边距地面n米。问值班人员坐在什么位
置上,看得最清楚?(值班人员坐在椅子上眼睛距地面的高度一般为1.2米)
9. 某养鸡厂想筑一个面积为144平方米的长方形围栏。围栏一边靠墙,现有50米铁丝网,
筑成这样的围栏最少要用多少米铁丝网?已有的墙最多利用多
34、长?最少利用多长?
(Ⅳ)、参考答案
分析:本题将高等代数中维向量空间的线形相关的定义,移植到平面向量中,定
义了个平面向量线性相关.在解题过程中,首先应该依据定义,得到,即,于是,所以即则.所以,的值依次可取(是不等于零的任意实数).
2.分析1:解析几何是用代数方法来研究几何图形的一门学科,因此,数形结合必然是研究解析几何问题的重要手段. 从“有且仅有”这个微观入手,对照草图,不难想到:过点B作与平行的直线,必与双曲线C相切. 而相切的代数表现形式是所构造方程的判别式. 由此出发,可设计如下解题思路:
把直线l’的方程代入双曲线方程,消去y,令判别式
直线l’在l的上方且到
35、直线l的距离为
解题过程略.
分析2:如果从代数推理的角度去思考,就应当把距离用代数式表达,即所谓“有且仅 有一点B到直线的距离为”,相当于化归的方程有唯一解. 据此设计出如下解题思路:
转化为一元二次方程根的问题
求解
问题
关于x的方程有唯一解
解:设点为双曲线C上支上任一点,则点M到直线的距离为:
于是,问题即可转化为如上关于的方程.
由于,所以,从而有
于是关于的方程
由可知:
方程的二根同正,故恒
36、成立,于是等价于
.
由如上关于的方程有唯一解,得其判别式,就可解得 .
说明:上述解法紧扣解题目标,不断进行问题转换,充分体现了全局观念与整体思维的 优越性.
3.分析与解:从不等式分析入手,易知首先需要判断f(x)的奇偶性和单调性,不难证 明,在R上f(x)是奇函数和增函数,由此解出cos2+2msin<2m+2.
令t=sin,命题转化为不等式t22mt+(2m+1)>0,t∈[0,1]--------------------(*)
恒成立时,求实数m的取值范围。
接下来,设g(t)=t22mt+(2m+1),按对称轴t=m与区间[0,1]的位置关系,分类使g(t
37、)min>0,综合求得m>.
本题也可以用函数思想处理,将(*)化为2m(1t)>(t2+1),t∈[0,1]
⑴当t=1时,m∈R;
⑵当0≤t<1时,2m>h(t)=2[(1t)+],由函数F(u)=u+在(1,1]上是减函数,易知当t=0时,h(x)max=1, ∴m>,综合(1)、(2)知m>。
说明:本题涉及函数的奇偶性、单调性、二次函数的条件极值、不等式等知识,以及用函数的思想、数形结合、分类讨论、转化和化归的思想方法解题,是综合性较强的一道好题。
4.分析:方程可转化成lg(x2+20x)=lg(8x6a3),从而得x2+20x=8x6a3>0,注意到若将等号两边看
38、成是二次函数
x
y
l1
l2
l
-20
o
y= x2+20x及一次函数y=8x6a3,则只需考虑这两个
函数的图象在x轴上方恒有唯一交点即可。
解:令y1= x2+20x=(x+10)2100,y2=8x6a3,则如图所示,y1的图象为一个定抛物线,y2的图象是一条斜率为定值8,而截距不定的直线,要使y1和y2在x轴上有唯一交点,则直线必须位于l1和l2之间。(包括l1但不包括l2)
当直线为l1时,直线过点(20,0)此时纵截距为6a3=160,a=;
当直线为l2时,直线过点(0,0),纵截距为6a3=0,a=
∴a的范围为[,)。
5.解:(1)当
39、时,方程化为,表示轴。
(2)当时,方程化为,表示轴
(3)当时,方程为标准形式:
①当时,方程化为表示以原点为圆心,为半径
的圆。
②当时,方程(*)表示焦点在轴上的双曲线,焦点为
③当时,方程(*)表示焦点在轴上的椭圆,焦点为
④当时,方程(*)表示焦点在轴上的椭圆,焦点为
⑤当时,方程(*)表示焦点在轴上的双曲线,焦点为
6.解:设空调机、洗衣机的月供应量分别是x、y台,总利润是P,则P=6x+8y
由题意:30x+20y ≤300
40、 5x+10y≤110
x≥0,y≥0
x、y均为整数
画图知直线 y=-3/4x+1/8P 过M(4,9)时,纵截距最大,这时P也取最大值Pmax=6
×4+8×9=96(百元)
故:当月供应量为:空调机4台,洗衣机9台时,可获得最大利润9600元。
7.解:设每盒盒饭需要面食x(百克),米食y(百克)
则目标函数为S=0.5x+0.4y
且x,y满足 : 6x+3y≥8 4x+7y≥10 x≥0 ,y≥0
画图可知,直线 y=-5/4x+5/2S
41、 过A(13/15,14/15)时,纵截距5/2S最小,即S最小。
故每盒盒饭为13/15百克,米食14/15百克时既科学又费用最少。
8.解答从略,答案是: 值班人员的眼睛距表盘距离为 (米)。本题材料背景:仪表及工业电视,是现代化企业的眼睛,它总是全神贯注地注视着生 产内部过程,并忠实地把各种指标显示在值班人员的面前。这就要在值班人员和仪表及工业电视之间,建立某种紧密的联系,联系的纽带是值班人员的眼睛!因此只有在最佳位置上安排值班人员的座位,才能避免盲目性。
9.解:假设围栏的边长为x米和玉米,于是由题设可知x>0,y>0,且
xy=144 (1)
2x
42、y≤50 (2)
双曲线xy=144在第一象线内的一支与直线2x+y=50的交点是A
(),B(),满足条件(1)、(2)的解集是在双曲线xy=144(),这一段上的点集(即如图中双曲线A、B之间的一段),当过双曲线A、B之间上的任一点作一点作直线2x+y=k(k>0)就是相应需用铁丝网的长度,直线2x+y=k(k>0)与双曲线xy=144相切。这时,相应的k值最小,消去y得x的二次方程: ,从△=0得, 即k=24(米)所需用铁丝网的最短长度为24米。从图中知,利用已有墙的最大长度由点A的纵坐标给出,即米,利用墙的最短长度由B纵坐标给出,即米
17
用心 爱心 专心