第一编 数学思想方法 第三讲 分类讨论思想 Word版含解析

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第三讲 分类讨论思想

思想方法解读

考点

由概念、法则、公式引起的分类讨论

典例1 (1)2015·福建高考]若函数f(x)=⎩⎪⎨

⎪⎧

-x +6,x ≤2,

3+log a x ,x>2

(a>0,且a ≠1)的值域是4,+∞),则实数a 的取值范围是________.

解析]

因为f(x)=⎩⎨

-x +6,x ≤2,

3+log a x ,x>2,

所以当x ≤2时,f(x)≥4;

又函数f(x)的值域为4,+∞),所以⎩⎨

a>1,

3+log a 2≥4.

解得1

以实数a 的取值范围为(1,2].

答案] (1,2]

(2)已知各项均为正数的数列{a n },其前n 项和为S n ,且S n =(S n -1

+a 1)2

(n ≥2),若b n =a n +1a n

+a n

a n +1,且数列{

b n }的前n 项和为T n ,则

T n =________.

解析] 由题意可得,S n >0,因为S n =(S n -1+a 1)2(n ≥2),所

以S n =S n -1+a 1,即数列{S n }是以S 1=a 1为首项,以a 1为公差的等差数列,所以S n =n a 1,所以S n =n 2a 1,所以当n ≥2时,a n =S n -S n -1=n 2a 1-(n -1)2a 1=(2n -1)a 1,当n =1时,适合上式,

所以b n =a n +1a n +a n a n +1=2n +12n -1+2n -12n +1=1+22n -1+1-2

2n +1

=2

+2⎝ ⎛⎭

⎪⎪⎫

12n -1-12n +1, 所以T n =2n +2⎝ ⎛⎭

⎪⎪⎫

1-13+13-15+…+12n -1-12n +1=2n +2⎝ ⎛⎭

⎪⎪

⎫1-12n +1=2n +4n 2n +1=4n 2+6n 2n +1. 答案] 4n 2+6n

2n +1

四步解决由概念、法则、公式引起的分类讨论问题 第一步:确定需分类的目标与对象.即确定需要分类的目标,一般把需要用到公式、定理解决问题的对象作为分类目标.

第二步:根据公式、定理确定分类标准.运用公式、定理对分类对象进行区分.

第三步:分类解决“分目标”问题.对分类出来的“分目标”分别进行处理.

第四步:汇总“分目标”.将“分目标”问题进行汇总,并作进一步处理.

【针对训练1】 在公差为d 的等差数列{a n }中,已知a 1=10,且a 1,2a 2+2,5a 3成等比数列.

(1)求d ,a n ;

(2)若d<0,求|a 1|+|a 2|+|a 3|+…+|a n |. 解 (1)由题意得5a 3·a 1=(2a 2+2)2, 即5(a 1+2d)·a 1=(2a 1+2d +2)2 d 2-3d -4=0,解得d =-1或d =4, 所以a n =-n +11或a n =4n +6. (2)设数列{a n }前n 项和为S n ,

因为d<0,所以d =-1,a n =-n +11,则 由a n ≥0,即-n +11≥0得n ≤11. 所以当n ≤11时,a n ≥0,n ≥12时,a n <0.

所以n ≤11时,|a 1|+|a 2|+|a 3|+…+|a n |=S n =-12n 2+212n ; n ≥12时,|a 1|+|a 2|+…+|a 11|+|a 12|+…+|a n |=a 1+a 2+…+a 11-a 12-…-a n =S 11-(S n -S 11)=-S n +2S 11=12n 2-21

2n +110.

综上所述,|a 1|+|a 2|+…+|a n | =⎩⎪⎨⎪⎧

-12n 2+212n ,n ≤11,12n 2-212n +110,n ≥12.

考点

由参数变化引起的分类讨论

典例2 2015·江苏高考]已知函数f (x )=x 3+ax 2+b (a ,b ∈R ). (1)试讨论f (x )的单调性;

(2)若b =c -a (实数c 是与a 无关的常数),当函数f (x )有三个不同

的零点时,a 的取值范围恰好是(-∞,-3)∪⎝ ⎛⎭⎪⎫1,32∪⎝ ⎛⎭⎪⎫

32,+∞,求

c 的值.

解] (1)f ′(x )=3x 2+2ax ,令f ′(x )=0,解得x 1=0,x 2=-2a

3. 当a =0时,因为f ′(x )=3x 2>0(x ≠0),所以函数f (x )在(-∞,+∞)上单调递增;

当a >0时,x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-2a 3∪(0,+∞)时,f ′(x )>0,x ∈⎝ ⎛⎭⎪

-2a 3,0时,f ′(x )<0,

所以函数f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-2a 3,(0,+∞)上单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫-2a 3,0上单调递减;

当a <0时,x ∈(-∞,0)∪⎝ ⎛⎭⎪⎫-2a 3,+∞时,f ′(x )>0,x ∈⎝ ⎛

⎭⎪⎫0,-2a 3时,f ′(x )<0,

所以函数f (x )在(-∞,0),⎝ ⎛⎭⎪⎫-2a 3,+∞上单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-2a 3上单调递减.

(2)由(1)知,函数f (x )的两个极值为f (0)=b ,f ⎝

⎛⎭

⎪⎫-2a 3=4

27a 3+b ,

则函数f (x )有三个零点等价于f (0)·f ⎝ ⎛⎭⎪⎫-2a 3=b ⎝ ⎛⎭

⎪⎫427a 3+b <0, 从而⎩⎪⎨⎪⎧

a >0,

-4

27a 3

或⎩⎪⎨⎪⎧

a <0,

0

.

又b =c -a ,所以⎩⎪⎨⎪⎧

a >0,

4

27a 3-a +c >0

或⎩⎪⎨⎪⎧

a <0,

4

27a 3-a +c <0.