1、 第10计 聋子开门 慧眼识钟 ●计名释义 一群人到庙里上香,其中有一个聋子,还有一个小孩. 上香完毕,发现小孩不见了.半天找不到影子后,大家来“问”这聋子.聋子把手一指,发现小孩藏在大钟底下,而且还在用手拍钟.大家奇怪,连我们都没有听见小孩拍钟的声音,聋子怎么听着了呢? 其实,大伙把事情想错了,聋子哪里听到了钟声,只是凭着他的亮眼,发现大钟底下是好藏小孩的地方. 聋子的直觉感往往超过常人.数学家黎曼是个聋子,据说,他所以能创立他的黎曼几何,主要受益于他的超人的直觉看图. 为了增强直觉思维,建议大家在解数学题时,不妨装装聋子,此时,难题的入口处,可能闪出耀眼的灯
2、光. ●典例示范 【例1】 若(1-2x)2008 = a0+a1x+a2x2+…+ax2008(x∈R), 则 (a0+a1)+(a0+a2)+(a0+a3)+…+(a0+a2008)= (用数字作答) 【思考】 显然a0=1, 且当x=1时,a0+a1+…+a2008=1, ∴原式=2008a0+a1+a2+…+a2008=2007+(a0+a1+…a2008)=2007+1=2008. 【点评】 本例的易错点是:必须将2008a0拆成2007a0+a0,否则若得出2008+1=2009就错了. 【例2】 对于
3、定义在R上的函数f (x),有下述命题:①若f (x)是奇函数,则f (x-1)的图象关于点A(1,0)对称;②若对x∈R, 有f (x+1)= f (x-1), 则f (x)的图象关于直线x=1对称;③若函数f (x-1)的图象关于直线x=1对称,则f (x)是偶函数;④函数f (1+x)与f (1-x)的图象关于直线x=1对称.其中正确命题的序号为 . 【思考】 奇函数的图象关于原点对称,原点右移一单位得(1,0),故f (x-1)的图象关于点A(1,0)对称,①正确;f (x)= f[(x+1)-1]= f (x+2),只能说明f (x)为周期函数
4、②不对;f (x-1)右移一单位得f (x)直线x=1左移一单位得y轴,故f (x)的图象关于y轴对称,即为偶函数,③正确;④显然不对,应改为关于y轴对称.例如设f (x)=x, 则f (1+x)=1+x, f (1-x)=1-x,两图象关于y轴对称. 【点评】 本例的陷沟是:容易将f (1+x)与f (1-x)误认为f (1+x)=f (1-x),这是容易鱼目混珠的地方, 而后者才是R上的函数f (x)的图象关于直线x=1对称的充要条件. 【例3】 关于函数f (x)=2x-2-x (x∈R).有下列三个结论:①f (x)的值域为R; ②f (x)是R上的增函数;③对任意
5、x∈R, 都有f (x)+f (-x)=0成立,其中正确命题的序号是 (注:把你认为正确命题的序号都填上). 【解答】 由y(2x)2-y·2x-1=0. 关于2x的方程中,恒有Δ=y2+4>0. ∴y∈R ①真. ∵y1=2x, y2=都是R上的增函数,∴y=y1+y2=2x-2也是R上的增函数,②真. ∵f (-x)=2-2x = -(2x-2)=-f (x), ∴当x∈R时,恒有f (x)+f (-x)=0(即f (x)为R上的奇函数) ③真. 【点评】 高考试题中的小题,已出现了多项选择的苗头,其基本形式如本例
6、所示,多选题中的正确答案可能都是,也可能不都是,还有可能都不是(这种形式多反映在选择题中,其正确答案为零个).由于许多考生的思维定势是以为多选题只有“不都是”一种情况,往往难以相信“都是”或“都不是”.这也是这种题型的陷阱所在. 正确的对策:不受选项多少的干扰,只要你能证明某项必真则选,否则即不选. 本例是“全选”(即“都是”)的题型. ●对应训练 1.设F是椭圆的右焦点,且椭圆上至少有21个不同的点Pi (i=1,2,3,…),使|FP1|,|FP2|,|FP3|,…,组成公差为d的等差数列,则d的取值范围是 . ●参考答案 1.椭圆中
7、a=, b=, c=1. ∴e =,设Pi的横坐标为xi, 则|FPi|=(7-xi), 其中右准线x=7. ∵|FPn|=|FP1|+(n-1)d. ∴d= ∵|x1-xn|≤2, ∴|d|≤. 已知n≥21, ∴|d|≤, 但d≠0. ∴d∈[-,0)∪(0,]. 点评:本题有两处陷沟,一是d≠0, 二是可以d<0, 解题时考生切勿疏忽. 第11计 耗子开门 就地打洞 ●计名释义 《说唐》中有这样一个故事.唐太宗征北,困在木阳城,绝粮.军师献计,沿着鼠洞挖去,可能找到粮食.结果,真的在地下深处发现了粮仓.太宗嘉奖耗子的牙啃立功
8、并题诗曰:鼠郎个小本能高,日夜磨牙得宝刀,唯恐孤王难遇见,宫门凿出九条槽.
庞大的数学宝库也是众多的“数学耗子”啃穿的.你可知道,前1万个质数就是这些耗子们一个个啃出来的,七位数字对数表也是这样啃出来的.
数学解题,当你无计可施,或者一口难吞时,那就决定“啃”吧.
●典例示范
【例1】 已知f (x)=,判定其单调区间.
【分析】 用求导法研究单调性当然可行,但未必简便,直接从单调定义出发,循序渐进,也可将“单调区间”啃出来.
【解答】 设x1 9、法,将“分子有理化”.
【续解】 [KF(S]3[]1-2x1[KF)]-[KF(S]3[]1-2x2[KF)]
=
易知=△>0.
故有原式=<0.
故f (x)= 的增区间为(-∞,+∞).
【点评】 耗子开门是一个“以小克大,以弱克强”的策略.函数的单调法即不等式的比较法.方法基础,可靠,只要有“啃”的精神,则可以透过形式上的繁杂看到思维上的清晰和简捷.
【例2】 (04·天津卷)从4名男生和2名女生中任选3人参加演讲比赛.设随机变量ξ表示所选3人中女生的人数.
(Ⅰ)求ξ的分布列; (Ⅱ)求ξ的数学期望;
(Ⅲ)求 10、所选3人中女生人数ξ≤1”的概率.
【思考】 本题设问简单,方向明确,无须反推倒算,只要像耗子开门,牙啃立功就是了.【解答】 (Ⅰ)6人中任选3人,其中女生可以是0个,1个或2个,P(ξ=0)=;P(ξ=1)=;P (ξ=2)=,故ξ的分布列是:
ξ
0
1
2
P
(Ⅱ)ξ的数学期望是:
Eξ=0×+1×+2×=1.
(Ⅲ)由(Ⅰ),所选3人中女生人数ξ≤1的概率是:P(ξ≤1)=P (ξ=0)+P(=1)=.
【例3】 (04·上海,20文)如图
,直线y=x与抛物线y=x2 - 4交于
A、B两点,线段AB的垂直平分线与
11、直线y= -5交于点Q.
(1)求点Q的坐标;
(2)当P为抛物线上位于AB下方
(含点A、B)的动点时,
求△OPQ的面积的最大值.
【思考】 同例1一样,本题设问明确, 例3题图
思路并不复杂,只须按所设条件逐一完成就是,只是要严防计算失误.
【解答】 (1)由
设AB中点为M(x0,y0),则x0 =,y0=x0=1.
故有M(2,1),又AB⊥MQ,∴MQ的方程是:y-1=-2(x-2),令y=-5,得x=5,点Q的坐标为(5,-5).
(2)由(1)知|OQ|=5为定值.
设P(x,x2-2) 12、为抛物线上上一点,由(1)知x2-4x-32≤0,得x∈[-4,8],又直线OQ的方程为:
x+y=0,点P到直线OQ的距离:
d=,显然d≠0,(否则△POQ不存在),即x≠4-4,为使△POQ面积最大只须d最大,当x=8时,dmax =6.
∴(S△POQ)max =·|OQ|·dmax=·5·6=30.
【例4】 O为锐角△ABC的外心,若S△BOC,S△COA,S△AOB成等差数列,求tanA·tanC的值.
【解答】 如图,有:S△BOC+S△AOB=2S△COA.
不妨设△ABC外接圆半径为1,令∠BOC=α=2A,
∠AOC=β=2B,∠A 13、OB=r=2C,
则有:sinα+sinγ=sinβ,
即sin2A+sin2C=2sin2B.
2sin(A+C)cos (A-C)= 4sinBcosB. 例4题解图
∵sin(A+C)=sinB≠0,cosB= -cos(A+C).
∴cos (A-C)+2cos (A+C)=0,cosAcosC +sinAsinC +2(cosA+cosC – sinAsinC )=0.
3cosAcosC=sinAsinC,故tanAtanC=3.
【点评】 本例中的“门”不少,其中“同圆半径相等”是“门”,由此 14、将面积关系转换成有关角的关系;以下通过圆心角与圆周角的转换,和差化积与倍角公式,诱导公式、和角公式、同角三角函数关系等依次转换,这便是一连串的“门”,逐一啃来,从而最终达到解题目的.
●对应训练
1.在棱长为4的正方体ABCD—A1B1C1D1中,
O是正方形A1B1C1D1的中心,点P在
棱CC1上,且CC1= 4CP.
(Ⅰ)求直线AP与平面BCC1B1所
成的角的大小(结果用反三角函数值表示);
(Ⅱ)设O点在平面D1AP上的
射影是H,求证:D1H⊥AP;
(Ⅲ)求点P到平面ABD1的距离. 第1题图
2.证明不等式 15、 (n∈N+).
3.设x∈,f (x)=,求f (x)的最大值与最小值.
4.若x,y,z∈R+,且x+y+z=1,求函数u=的最小值.
●参考答案
1.建立如图的空间直角坐标系,有:
A(4,0,0),P(0,4,1),B(4,4,0),B1(4,4,4),D1(0,0,4).(Ⅰ)连BP,∵AB⊥平面BCC1B1.
∴AB⊥BP,∠APB是直线AP与平面BB1C1C的夹角,∵=
∴tan∠APB=.
∴AP与平面BB1C1C所成角为arctan.
(Ⅱ)连D1B1,则O∈DB1.
∵=(4,4,0),=(-4,4,1),
∴·=-16+1 16、6+0=0.
即⊥,也就是⊥. 第1题解图
已知OH⊥面AD1P,∴AP⊥D1O(三垂线定理)
(Ⅲ)在DD1上取||=1,有Q(0,0,1),作QR⊥AD1于R,∵RQ∥AB,∴PQ∥面ABD1,∵AB⊥面AA1D1D,∴AB⊥QR,则QR⊥面ABD1,QR之长是Q到平面ABD1的距离,
∵S△ADQ =||·||=]||·||.
即:4·||= 4×3,∴||=.
已证PQ∥ABD1,∴点P到平面ABP1的距离为.
点评:虽是“综合法”证题,但也并非“巷子里赶猪,直来直去”,特别(Ⅱ),(Ⅲ)两问,本解都用到了若干转换手法.
2.只 17、须证
右式=
=
=.
∴成立,从而1+
3.先将f (x)化为同一个角的单一三角函数,得f (x)= -sin+.
当x∈时,2x-,故f (x)为,上的减函数,当x=时,
[f(x)]min =,当x=时,[f (x)]max =-.
4.注意到,同理:,,
∴u≥=8.
第12计 小刀开门 切口启封
●计名释义
西餐宴上,摆着漂亮的什锦比萨. 众人虽然都在称好,但没有一人动手. 原来这东西罩在一个透明的“玻璃盒”里,不知从哪儿打开,大家只好故作谦让,互相叫“请”.
一小孩不顾礼节,拿着餐刀往“盒”上直戳,七戳,八戳,戳到了“玻璃盒 18、的花纹处,此时盒子竟像莲花一样自动地启开了. 大家惊喜,夸这孩子有见识. 其实,这孩子的成功在他的“敢于一试”,在试试中碰到了盒子的入口.
数学解题何尝没遇上这种情境?我们有时苦心焦虑地寻找破题的入口,其实,自己此时正站在入题的大门口前,只是不敢动手一试.
●典例示范
【例1】 已知5sinβ=sin(2α+β),求证:
【分析】 题型是条件等式的证明,内容是三角函数的变换.条件和结论都是三角等式,正宗解法(大刀开门),首先考虑的是三角函数及和角变换.能否找到另外的切入口呢?比如说“抛开函数看常数”,我们找到了这个数,试一试,就打的主意!
【解答】 化条件为考察结 19、论的右式与的数量关系知,那么由合分比定理能使问题获得解决,即
而左端分子、分母分别进行和差化积即为于是等式成立.
【点评】 这才是真正的“小刀开门”,首先考虑了常数,而常数在函数面前自然是“小玩意”;首先考虑比例变换,比例变换在三角变换的面前也是“小玩意”!数学解题时,在“入口对号”的情况下,小刀比大刀更管用.
【例2】 设m为正整数, 方程mx2+2(2m-1)x+4m-7=0(x为未知量)至少有一个整数根, 求m的值.
【分析】 若根据求根公式得到x=, 讨论至少有一个整数根相当复杂.如果把常量m(m是一个待求的常量)与变量x相互转化,则解决此问题就简单了 20、
【解答】 原方程可化为(x2+4x+4)m=2x+7,
即m=,
【插语】 m是本题的破题小刀,因为所给方程中m的最高次数是1,使得问题简化了.
【续解】 由于x为整数且m为正整数, 则x≠-2且≥1,得-3≤x≤1,于是x=-3, -1, 0, 1, 代入原方程求出符合条件的m值为1或5,即m=1或m=5时,原方程至少有一个整数根.
【点评】 有些数学问题中的常量具有特殊性,常常暗示着某种巧妙的解题思路,如能充分挖掘,巧妙转化,便可以将问题轻松解决.
【例3】 设函数f (x)=x2+x+a(a∈R*)满足f (n)<0, 试判断f 21、 (n+1)的符号.
【分析】 这道题看似代数题,但如果打开几何的大门,就可以找到条件与结论的联系,思路才会应运而生.
【解答】 因为f (n)<0,所以函数
f (x)=x2+x+a的图像与与x轴有2个
相异交点,如图所示,设横坐标为
x1、x2且x1 22、运用常使解题化难为易,化繁为简.
【例4】 过抛物线y2=2px的顶点O作2条互相垂直的弦OA、OB,求证:直线AB过定点.
【解答】 因为OA⊥OB,所以OA与OB的斜率成负倒数关系.
设OA的斜率为k,将OA的方程:y=kx代入抛物线y2=2px中,求得A点坐标为,将OB方程代入抛物线方程求B点坐标时,只有斜率发生变化.因此,以置换A点坐标中的k, 即得B点坐标为(2pk2, -2pk).
因而lAB:y=
故直线AB过定点(2p, 0).容易验证,斜率k=±1时,结论也成立.
【点评】 找寻对等关系,挖掘命题中元素之间的对等关系,常能找到简洁 23、的解题思路.
【例5】 已知x、y、z∈R, x+y+z=1,求证:x2+y2+z2≥
【解答】 运用均值代换法.令x=, 则α+β+γ=0, 所以
x2+y2+z2=
(当且仅当α=β=γ=0,即x=y=z=时“=”成立).
【点评】 运用等价代换,运用等价代换作切入点探究解题思路,是中学数学的重要技能.
●对应训练
1.已知M是椭圆上的动点,椭圆内有一定点A(-2,), F是椭圆的右焦点,试求|MA|+2|MF|的最小值,并求这时点M的坐标.
2.已知函数f (x)=-ax, 其中a>0. 求a的取值范围,使函数f (x)在区间[0,+∞ 24、)上是单调函数.
3.如图所示,已知梯形
ABCD中|AB|=2|CD|,
点E分有向线段
所成的比为λ,双曲线过
C,D,E三点,且以A,B为
焦点.当时,求双曲线离心率e的取值范围. 第3题图
4.已知a、b>0,并且a+b=1,求证:
5.如图所示,三棱柱ABC—A1B1C1中,侧面ABB1A1的面积为S,侧棱CC1到此面的距离为a,求这个三棱柱的体积.
第5题图
●参考答案
1.解析 挖掘隐含条件的数量关系即可
为简洁解题铺平道路 25、注意到椭圆的离心率
与结论中线段|MF|的系数之间的数量关系,
作MB垂直于右准线l,垂足为B,
如图所示.则
即|MB|=2|MF|, 所以|MA|+2|MF|=|MA|+|MB|. 第1题解图
易知点M在线段AB上时,|MA|+2|MF|取最小值8,这时点M的坐标为(2).
2.解析 探究a的值,应倒过来思考.
设x1






