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当问题所包含的对象不能统一研究时,就需要对研究对象按某个标准进行分类,然后对每一类分别研究得出各自的结论,再综合各类结果得到整个问题的解答,这种方法就叫做分类讨论.
在解决某些数学问题时,因为在条件或结论中存在一些不确定的因素,解答无法用同一的方法或结论不能给出统一的表述,但就其解题方法及转化手段而言都是类似的,此时可以根据数学对象本质属性的异同和题目的特点、要求,选择恰当的标准加以分类,逐一研究解决.分类的要求有两个,其一,分类标准统一,其二,分类要不重不漏.
分类讨论是一种重要的数学思想方法,能培养学生思维的逻辑性、探究性以及归纳的条理性、完整性,它渗透于数学的各个分支,在中考试题中占有重要的位置.平方根,绝对值的概念,两圆相切的位置关系,三角形的形状,角的大小范围等等常常是分类的出发点.
例1 (2011 浙江)某计算程序编辑如图1所示,当输入x= 时,输出的y=3.
图1
分析 分别计算当x≥3、x<3时,x-3=3、3x+5=3相应的x的值即可.
分别解得x=12或-23.
例2 函数y=-1|x|图象的大致形状是
( )
分析 对于这个函数同学们是陌生的.先考虑定义域,由x非零,排除C选项;再从x>0,x<0两种情况都可以判断y的值为负数,答案选D.
图2
例3 (2011福建厦门)如图2,在正方形网格中,点A、B、C、D都是格点,点E是线段AC上任意一点.如果AD=1,那么当AE= 时,以点A、D、E为顶点的三角形与△ABC相似.
分析 由图上格点可知AD=1,AB=3,AC=62.要求以A、D、E为顶点的三角形与△ABC相似,就要分两种情形:△ADE∽△ABC,△ADE∽△ACB,根据相似三角形的对应边成比例,即可求得AE的值有两个:22,24.
点评 本题考查相似三角形的性质,解题的关键是注意结合图形进行分类讨论.
图3
例4 (2011四川德阳改编)如图3,在平面直角坐标系中,已知点A(a,0),B(0,b),如果将线段AB绕点B旋转90°至CB,那么点C的坐标是 .
分析 有两种情形:(1) AB绕点B顺时针旋转.此时,过点C作y轴的垂线,D为垂足,根据三角形全等可以知道:CD=b,BD=a,OD=b-a,则点C的坐标为(-b,b-a);(2) AB绕点B逆时针旋转,同理可得点C的坐标为(b,a+b).
点评 本题考查了旋转三要素.如果本题改为:以AB为一边作正方形,求其他两个点的坐标.请同学们不妨自己试一试.
例5 已知实数x满足x2+1x2=7,求3x2+x+32x的值.
分析 将x2+1x2=7左边配方,x2+1x2+2=7+2,得x+1x2=9,从而x+1x=±3,将3x2+x+32x变形得32x+1x+12,整体代入求得5或-4.
点评 本题考查开平方的意义、代数式的变形化简以及整体代换的方法,不能漏解.
例6 (2011 北京)已知关于x的一元二次方程2x2+4x+k-1=0有实数根,k为正整数.
(1) 求k的值;
(2) 当此方程有两个非零的整数根时,将关于x的二次函数y=2x2+4x+k-1的图象向下平移8个单位,求平移后的图象的解析式;
(3) 在(2)的条件下,将平移后的二次函数的图象在x轴下方的部分沿x轴翻折,图象的其余部分保持不变,得到一个新的图象.请你结合这个新的图象求出当直线y=12x+b(b 分析 从一元二次方程根的判别式入手,得到k≤3,正整数k的值有1,2,3.然后分别检验方程是否有两个非零的整数根,得到新的函数图象后,把图形的位置变化转化为对字母b计算,此时图象有公共点的情况不唯一,可分类讨论.
解答 (1) 由题意,得Δ=16-8(k-1)≥0,∴ k≤3.
∵ k为正整数,∴ k=1,2,3.
(2) 当k=1时,方程2x2+4x+k-1=0有一个根为零;
当k=2时,方程2x2+4x+k-1=0无整数根;
当k=3时,方程2x2+4x+k-1=0有两个非零的整数根.
综上所述,k=1和k=2不合题意,舍去,k=3符合题意.
当k=3时,二次函数为y=2x2+4x+2,把它的图象向下平移8个单位得到的图象的解析式为y=2x2+4x-6.
图4
(3) 设二次函数y=2x2+4x-6的图象与x轴交于A、B两点,则A(-3,0),B(1,0).依题意翻折后图象如图4所示.当直线y=12x+b经过A点时,可得b=32;当直线y=12x+b经过B点时,可得b=-12.
由图象可知,符合题意的b(b<3)的取值范围为-12 点评 本题中因为b值不确定,所以直线y=12x+b表示无数条互相平行的直线,通过平移直线找到与翻折后图象的公共点的不同情形.此题若改成:讨论直线y=m与新图象的公共点的个数,你能给出完整答案吗?
拓展训练 若一直角梯形的两条对角线的长分别为9和11,上、下两底长都是整数,则该梯形的高为 .
分析 可设上、下底长分别为x,y(x h2+x2=92,h2+y2=112,两式相减得y2-x2=112-92=40,
进而(y+x)(y-x)=40.
∵ 上、下两底长都是整数,
∴ 由40=1×40=2×20=4×10=5×8分情况列方程组求得上、下两底长的整数解,得到梯形的高为62.
在解决某些数学问题时,因为在条件或结论中存在一些不确定的因素,解答无法用同一的方法或结论不能给出统一的表述,但就其解题方法及转化手段而言都是类似的,此时可以根据数学对象本质属性的异同和题目的特点、要求,选择恰当的标准加以分类,逐一研究解决.分类的要求有两个,其一,分类标准统一,其二,分类要不重不漏.
分类讨论是一种重要的数学思想方法,能培养学生思维的逻辑性、探究性以及归纳的条理性、完整性,它渗透于数学的各个分支,在中考试题中占有重要的位置.平方根,绝对值的概念,两圆相切的位置关系,三角形的形状,角的大小范围等等常常是分类的出发点.
例1 (2011 浙江)某计算程序编辑如图1所示,当输入x= 时,输出的y=3.
图1
分析 分别计算当x≥3、x<3时,x-3=3、3x+5=3相应的x的值即可.
分别解得x=12或-23.
例2 函数y=-1|x|图象的大致形状是
( )
分析 对于这个函数同学们是陌生的.先考虑定义域,由x非零,排除C选项;再从x>0,x<0两种情况都可以判断y的值为负数,答案选D.
图2
例3 (2011福建厦门)如图2,在正方形网格中,点A、B、C、D都是格点,点E是线段AC上任意一点.如果AD=1,那么当AE= 时,以点A、D、E为顶点的三角形与△ABC相似.
分析 由图上格点可知AD=1,AB=3,AC=62.要求以A、D、E为顶点的三角形与△ABC相似,就要分两种情形:△ADE∽△ABC,△ADE∽△ACB,根据相似三角形的对应边成比例,即可求得AE的值有两个:22,24.
点评 本题考查相似三角形的性质,解题的关键是注意结合图形进行分类讨论.
图3
例4 (2011四川德阳改编)如图3,在平面直角坐标系中,已知点A(a,0),B(0,b),如果将线段AB绕点B旋转90°至CB,那么点C的坐标是 .
分析 有两种情形:(1) AB绕点B顺时针旋转.此时,过点C作y轴的垂线,D为垂足,根据三角形全等可以知道:CD=b,BD=a,OD=b-a,则点C的坐标为(-b,b-a);(2) AB绕点B逆时针旋转,同理可得点C的坐标为(b,a+b).
点评 本题考查了旋转三要素.如果本题改为:以AB为一边作正方形,求其他两个点的坐标.请同学们不妨自己试一试.
例5 已知实数x满足x2+1x2=7,求3x2+x+32x的值.
分析 将x2+1x2=7左边配方,x2+1x2+2=7+2,得x+1x2=9,从而x+1x=±3,将3x2+x+32x变形得32x+1x+12,整体代入求得5或-4.
点评 本题考查开平方的意义、代数式的变形化简以及整体代换的方法,不能漏解.
例6 (2011 北京)已知关于x的一元二次方程2x2+4x+k-1=0有实数根,k为正整数.
(1) 求k的值;
(2) 当此方程有两个非零的整数根时,将关于x的二次函数y=2x2+4x+k-1的图象向下平移8个单位,求平移后的图象的解析式;
(3) 在(2)的条件下,将平移后的二次函数的图象在x轴下方的部分沿x轴翻折,图象的其余部分保持不变,得到一个新的图象.请你结合这个新的图象求出当直线y=12x+b(b 分析 从一元二次方程根的判别式入手,得到k≤3,正整数k的值有1,2,3.然后分别检验方程是否有两个非零的整数根,得到新的函数图象后,把图形的位置变化转化为对字母b计算,此时图象有公共点的情况不唯一,可分类讨论.
解答 (1) 由题意,得Δ=16-8(k-1)≥0,∴ k≤3.
∵ k为正整数,∴ k=1,2,3.
(2) 当k=1时,方程2x2+4x+k-1=0有一个根为零;
当k=2时,方程2x2+4x+k-1=0无整数根;
当k=3时,方程2x2+4x+k-1=0有两个非零的整数根.
综上所述,k=1和k=2不合题意,舍去,k=3符合题意.
当k=3时,二次函数为y=2x2+4x+2,把它的图象向下平移8个单位得到的图象的解析式为y=2x2+4x-6.
图4
(3) 设二次函数y=2x2+4x-6的图象与x轴交于A、B两点,则A(-3,0),B(1,0).依题意翻折后图象如图4所示.当直线y=12x+b经过A点时,可得b=32;当直线y=12x+b经过B点时,可得b=-12.
由图象可知,符合题意的b(b<3)的取值范围为-12 点评 本题中因为b值不确定,所以直线y=12x+b表示无数条互相平行的直线,通过平移直线找到与翻折后图象的公共点的不同情形.此题若改成:讨论直线y=m与新图象的公共点的个数,你能给出完整答案吗?
拓展训练 若一直角梯形的两条对角线的长分别为9和11,上、下两底长都是整数,则该梯形的高为 .
分析 可设上、下底长分别为x,y(x h2+x2=92,h2+y2=112,两式相减得y2-x2=112-92=40,
进而(y+x)(y-x)=40.
∵ 上、下两底长都是整数,
∴ 由40=1×40=2×20=4×10=5×8分情况列方程组求得上、下两底长的整数解,得到梯形的高为62.