nbhkdz.com冰点文库

高中数学 化归与转化思想

时间:2012-12-01


一、

考点回顾

化归与转化的思想,就是在研究和解决数学问题时采用某种方式,借助某种函数性质、图象、公式或 已知条件将问题通过变换加以转化,进而达到解决问题的思想。转化是将数学命题由一种形式向另一种形 式的变换过程,化归是把待解决的问题通过某种转化过程归结为一类已经解决或比较容易解决的问题。化 归转化思想是中学数学最基本的思想方法,堪称数学思想的精髓,它渗透到了数学教学内容的各个领域和 解题过程的各个环节中。转化有等价转化与不等价转化。等价转化后的新问题与原问题实质是一样的,不 等价转则部分地改变了原对象的实质,需对所得结论进行必要的修正。 应用化归转化思想解题的原则应是化难为易、化生为熟、化繁为简,尽量是等价转化。常见的转化有: 1、等与不等的相互转化 等与不等是数学中两个重要的关系,把不等问题转化成相等问题,可以减少运算量,提高正确率;把 相等问题转化为不等问题,能突破难点找到解题的突破口。 2、正与反的相互转化 对于那些从“正面进攻”很难奏效或运算较难的问题,可先攻其反面,从而使正面问题得以解决。 3、特殊与一般的相互转化 对于那些结论不明或解题思路不易发现的问题,可先用特殊情形探求解题思路或命题结论,再在一般 情况下给出证明,这不失为一种解题的明智之举。 4、整体与局部的相互转化 整体由局部构成,研究某些整体问题可以从局部开始。 5、高维与低维的相互转化 事物的空间形成,总是表现为不同维数且遵循由低维想高维的发展规律,通过降维转化,可把问题有 一个领域转换到另一个领域而得以解决,这种转化在复数与立体几何中特别常见。 6、数与形的相互转化 通过挖掘已知条件的内涵,发现式子的几何意义,利用几何图形的直观性解决问题,使问题简化。 7、函数与方程的转化

二、

经典例题剖析

例 1、设 a ≥ 0 , f ( x ) ? x ? 1 ? ln 2 x ? 2 a ln x ( x ? 0) . (Ⅰ)令 F ( x ) ?
xf ?( x ) ? ,讨论 F ( x ) 在 (0, ∞ ) 内的单调性并求极值;
2

(Ⅱ)求证:当 x

? 1 时,恒有 x ? ln x ? 2 a ln x ? 1 .

? 解析:(Ⅰ)讨论 F ( x ) 在 (0, ∞ ) 内的单调性并求极值只需求出 F ( x ) 的导数 F

'( x )

即可解决;

1

(Ⅱ)要证当 x

? 1 时,恒有 x ? ln x ? 2 a ln x ? 1 ,可转化为证 x ? 1 时 x ? ln x ? 2 a ln x ? 1 ? 0
2 2

,亦即转化为

x ? 1 时 f (x) ? 0

恒成立;因 f (1) ? 0 ,于是可转化为证明 f ( x ) ? f (1) ,即 f ( x ) 在 (1, ?? ) 上单调递增,

这由(Ⅰ)易知。 答案:(Ⅰ)解:根据求导法则有 f ? ( x ) ? 1 ?
2 ln x x ? 2a x ,x ? 0,

故 F ( x ) ? xf ?( x ) ? x ? 2 ln x ? 2 a, x ? 0 , 于是 F ? ( x ) ? 1 ? 列表如下:
x
F ?( x ) (0, ) 2

2 x

?

x?2 x

,x ? 0 ,

2 0 极小值 F ( 2 )

(2, ∞ ) ?

?

?
?

F (x)

?

2 ? 故知 F ( x ) 在 (0, ) 内是减函数,在 (2, ∞ ) 内是增函数,

所以,在 x ? 2 处取得极小值 F (2) ? 2 ? 2 ln 2 ? 2 a . (Ⅱ)证明:由 a ≥ 0 知, F ( x ) 的极小值 F (2) ? 2 ? 2 ln 2 ? 2 a ? 0 .
? 于是由上表知,对一切 x ? (0, ∞ ) ,恒有 F ( x ) ? xf ? ( x ) ? 0 . ? 从而当 x ? 0 时,恒有 f ?( x ) ? 0 ,故 f ( x ) 在 (0, ∞ ) 内单调增加.

所以当 x ? 1 时, f ( x ) ? f (1) ? 0 ,即 x ? 1 ? ln x ? 2 a ln x ? 0 .
2

故当 x ? 1 时,恒有 x ? ln x ? 2 a ln x ? 1 .
2

点评: 对于证明 f ( x ) ? g ( x ) 在区间 ( a , b ) 恒成立问题, 常运用化归转化思想转化为证明 f ( x ) ? g ( x ) ? 0 在 区间 ( a , b ) 上恒成立,令 h ( x ) ? f ( x ) ? g ( x ) ,即可转化为在 ( a , b ) 上 h ( x ) m in ? 0 ,这样只需求出 h ( x ) 在 区间 ( a , b ) 上的最小值即可解决之。这种化归转化的思想方法在近几年高考中经常用到。

1) 例、设数列 { a n } 的首项 a1 ? (0, , a n ?

3 ? a n ?1 2

, n ? 2,,, … . 34

(1)求 { a n } 的通项公式;(2)设 b n ? a n 3 ? 2 a n ,证明 b n ? b n ? 1 ,其中 n 为正整数.

2

解:

方法二:由(1)可知 0 ? a n ?
3 ? an 2

3 2

, an ? 1 ,

因为 a n ? 1 ?

,所以

bn ?1 ? a n ?1 3 ? 2 a n ?1 ?
2

(3 ? a n ) a n 2



? 3 ? an ? 由 a n ? 1 可得 a n (3 ? 2 a n ) ? ? ? , ? 2 ? ? 3 ? an ? 2 a n (3 ? 2 a n ) ? ? ? ?a n ? 2 ?
2



两边开平方得 即

an

3 ? 2an ?

3 ? an 2

? an .

b n ? b n ? 1, n 为正整数.
3

例、 在平面直角坐标系 xO y 中,已知 △ A B C 的顶点 A ( ? 4, 和 C (4, ,顶点 B 在椭圆 0) 0)
sin A ? sin C sin B ? _____.

x

2

?

y

2

? 1 上,

25

9



例、若一条直线与一个正四棱柱各个面所成的角都为 ? ,则 cos ? =______ 解:不妨认为这个正四棱柱为正方体,与正方体的所有面成角相等时,为与相交于同一顶点的三个相互垂 直的平面所成角相等,即为对角线与该正方体所成角.故 co s ? ?
2 3 ? 6 3

.

点评:象这种“特殊与一般的相互转化”在高考的选择题和填空题中经常应用 例、已知函数 f ( x ) ? x ? x .
3

(1)求曲线 y ? f ( x ) 在点 M ( t, f ( t )) 处的切线方程; (2)设 a ? 0 ,如果过点 ( a, b ) 可作曲线 y ? f ( x ) 的三条切线,证明: ? a ? b ? f ( a ) 解析:(1)通过求导得出切线的斜率,从而由点斜式较易写出切线方程;(2)由(1)易得过点 ( a, b ) 的曲线 y ? f ( x ) 的切线方程 g ( t ) ? 0 ,曲线 y ? f ( x ) 有三条切线可转化为方程 g ( t ) ? 0 有三个相异的实 数根,即函数 y ? g ( t ) 有三个零点,故只需 g ( t ) 的极大值大于零且 g ( t ) 的极小值小于零。
2 答 案 : 解 : ( 1 ) f ( x ) 的 导 数 f ? ( x ) ? 3 x ? 1 . 曲 线 y ? f ( x ) 在 点 M ( t, f ( t) ) 处 的 切 线 方 程 为 :

2 3 y ? f ( t ) ? f ?( t )( x ? t ) ,即 y ? (3 t ? 1) x ? 2 t .

(2)如果有一条切线过点 ( a, b ) ,则存在 t ,使 b ? (3 t ? 1) a ? 2 t .
2 3

若过点 ( a, b ) 可作曲线 y ? f ( x ) 的三条切线,则方程 2 t ? 3 a t ? a ? b ? 0 有三个相异的实数根.记
3 2

g ( t ) ? 2 t ? 3 a t ? a ? b ,则 g ? ( t ) ? 6 t ? 6 at ? 6 t ( t ? a ) .
3 2 2

当 t 变化时, g ( t ), g ? ( t ) 变化情况如下表:
t
( ? ? ,) 0

0

(0, a )

a

( a, ? ) ?

4

g ?( t ) g (t )

+ 增函数

0 极大值 a ? b

- 减函数

0 极小值 b ? f ( a )

+ 增函数

由 g ( t ) 的单调性,当极大值 a ? b ? 0 或极小值 b ? f ( a ) ? 0 时,方程 g ( t ) ? 0 最多有一个实数根; 当 a ? b ? 0 时,解方程 g ( t ) ? 0 得 t ? 0, t ? 当 b ? f ( a ) ? 0 时,解方程 g ( t ) ? 0 得 t ? ?
a 2 3a 2 , t ? a ,即方程 g ( t ) ? 0 只有两个相异的实数根.

,即方程 g ( t ) ? 0 只有两个相异的实数根;

综上, 如果过 ( a, b ) 可作曲线 y ? f ( x ) 三条切线, g ( t ) ? 0 有三个相异的实数根, ? 即 则 即
? a ? b ? f (a ) .

? a ? b ? 0, ?b ? f (a ) ? 0.

点评:将证明不等式的问题通过等价转化化归为函数的极值问题来讨论,这是近年来高考试题中常出 现的一种类型。 例、已知函数 f ( x ) ? e ? kx, x ? R
x

(Ⅰ)若 k ? e ,试确定函数 f ( x ) 的单调区间; (Ⅱ)若 k ? 0 ,且对于任意 x ? R , f ( x ) ? 0 恒成立,试确定实数 k 的取值范围;

解析:(Ⅰ)求出 f ( x ) 的导函数,易得 f ( x ) 的单调区间; (Ⅱ)易知 f ( x ) 是偶函数,于是 f ( x ) ? 0 对任意 x ? R 成立可等价转化为 f ( x ) ? 0 对任意 x ≥ 0 成立,
? 进一步转化为 f ( x ) 在 [0, ? ) 上的最小值大于零,从而求出实数 k 的取值范围。

答案:解:(Ⅰ)由 k ? e 得 f ( x ) ? e ? e x ,所以 f ?( x ) ? e ? e .
x x

? 由 f ?( x ) ? 0 得 x ? 1 ,故 f ( x ) 的单调递增区间是 (1, ? ) , 1) 由 f ?( x ) ? 0 得 x ? 1 ,故 f ( x ) 的单调递减区间是 ( ?? , .

(Ⅱ)由 f ( ? x ) ? f ( x ) 可知 f ( x ) 是偶函数. 于是 f ( x ) ? 0 对任意 x ? R 成立等价于 f ( x ) ? 0 对任意 x ≥ 0 成立.
x 由 f ? ( x ) ? e ? k ? 0 得 x ? ln k .

x 1] ①当 k ? (0, 时, f ? ( x ) ? e ? k ? 1 ? k ≥ 0 ( x ? 0 ) .

5

此时 f ( x ) 在 [0, ? ) 上单调递增. ? 故 f ( x ) ≥ f (0) ? 1 ? 0 ,符合题意. ②当 k ? (1, ? ) 时, ln k ? 0 . ? 当 x 变化时 f ? ( x ), f ( x ) 的变化情况如下表: x
f ?( x ) (0, k ) ln

ln k

(ln k , ? ) ?

- 单调递减

0 极小值

+ 单调递增

f (x)

? 由此可得,在 [0, ? ) 上, f ( x ) ≥ f (ln k ) ? k ? k ln k .

? 依题意, k ? k ln k ? 0 ,又 k ? 1, 1 ? k ? e .

综合①,②得,实数 k 的取值范围是 0 ? k ? e .

6

(一) 选择题: 1. 若函数 f ( x ) ? A. ( 0 , ]
4 3

ax

2

? 4 ax ? 3 的定义域为 R,则实数 a 的取值范围是

B. ( 0 , )
4 2 1? x ? 1) 的图象关于(

3

C. [ 0 , ]
4

3

D. [ 0 , )
4

3

2. 函数 y ? lg(

) C、y 轴对称 D、直线 y=x 对称

A、原点对称
2 2

B、x 轴对称

3. 若 a 、 b 满足 a ? b ? 1 ,则 (1 ? ab )( 1 ? ab ) 有 A.最小值 C.最小值
1 2 3 4

和最大值 1 但无最大值
2

B.最小值

3 4

和最大值 1

D.最大值 1,但无最小值
4

4. 若关于 x 的不等式 (1 ? k ) x ≤ k +4 的解集是 M,则对任意实常数 k ,总有:( A、2∈M,0∈M; B、2 ? M,0 ? M; C、2∈M,0 ? M; D、2 ? M,0∈M. 5.若不等式 x2+ax+1?0 对于一切 x?(0,
1 2



)成立,则 a 的取值范围是 _________

6. 若 ( x ? 3 ) ? ( y ? 1) ? x ? y ? 3 ? 0 ,则点 M ( x , y ) 的轨迹是
2 2

A.圆

B.椭圆

C.双曲线

D.抛物线

(二) 填空题: 7. P(x,y)在直线 x+2y-3=0 上运动,则 x2+y2 的最小值是________. 8. 在-6,4,-2,0,1,3,5,7 这 8 个数中,任取两个不同的数分别作为虚数 a ? bi 的实部和虚部, 则所组成的所有不同虚数中,模大于 5 的虚数的个数是________.

(三) 解答题: 9.已知函数 f ( x ) ? 2 sin ?
2



? ? x?? ?4 ?

3 co s 2 x , x ?

?π π? ?4, ? . 2? ?

(I)求 f ( x ) 的最大值和最小值;
?π π?

(II)若不等式 f ( x ) ? m ? 2 在 x ? ? , ? 上恒成立,求实数 m 的取值范围. ?4 2?

7

解析答案: 1. C 解析:? 函数 f ( x ) ?
ax
2

? 4 ax ? 3 的定义域为 R,? ax ? 4 ax ? 3 ? 0 对 x ? R 恒成立。
2 2



a ? 0 时有 3 ? 0 对 x ? R 恒成立,符合题意;当 a ? 0 时,要使 a x ? 4 a x ? 3 ? 0 对 x ? R 恒成立,必须
a ? 0 且 ? ? 16 a ? 12 a ? 0 ,解得
2

3 4

? a ? 0。

综上 a ? [0, ] ,故选 C.
4

3

2. A

解析:函数定义域满足

2 1? x

? 1 ? 0 ? x ? ( ? 1,1),

?? 1 ? x ? ? 1 ? x ? ? ? 2 ? ? 2 ? ? 1 ? ? lg ? ? ? f ( ? x ) ? f ( x ) ? lg ? ? 1 ? ? lg ? ? ?? ? ? ? lg 1 ? 0, , ?1? x ? ?1? x ? ?? 1 ? x ? ? 1 ? x ? ?
? f ( ? x ) ? ? f ( x ) ∴f(x)为奇数,∴选 A.

3. B

解析:因 a 、 b 满足 a ? b ? 1 ,故可设 a ? cos ? , b ? sin ? , ? ? [ ?
2 2

? ?
, 2 2

], 7 8

则 (1 ? ab )( 1 ? ab ) = (1 ? co s ? sin ? )(1 ? co s ? sin ? ) ? 1 ? 所以 (1 ? ab )( 1 ? ab ) 的最大值为 1,最小值为 4. A
3 4

1 4

sin 2? ?
2

1 8

co s 4 ? ?



,故选 B。

解析: 方法 1: 代入判断法, x ? 2, x ? 0 分别代入不等式中, 将 判断关于 k 的不等式解集是否为 R ; 方法 2:求出不等式的解集: (1 ? k ) x ≤ k +4
2

4

? x?

k4?4 5 5 ? ( k 2 ? 1) ? ? 2 ? x ? [( k 2 ? 1) ? ? 2 ] m in ? 2 5 ? 2 ;故选 A。 2 2 2 k ?1 k ?1 k ?1

5.
1 2

解析:设 f(x)=x2+ax+1,则对称轴为 x= -
1 2 a 2

a 2

,若 -

a 2

?

1 2

,即 a?-1 时,则 f(x)在〔0,

〕上是减函数,应有 f(

)?0?-

5 2

? x ?-1;
1 2

若-

?0,即 a?0 时,则 f(x)在〔0,
a 2 1 2 5 2

〕上是增函数,应有 f(0)=1?0 恒成立,故 a?0
a 2

若 0? -

?

,即-1?a?0,则应有 f( - ?a 。

)=

a

2



a

2

+1 =1 -

a

2

? 0 恒成立,故-1?a?0

4

2

4

综上,有-

6. C

解析:由

( x ? 3 ) ? ( y ? 1)
2

2

? x? y?3 ? 0



( x ? 3) ? ( y ? 1)
2

2

x? y?3 2

?

2 ,由双曲线的定义知点

M ( x , y ) 的轨迹是双曲线。故选 C。
8

7.

9 5

解析: 2+y2 为原点与直线 x+2y-3=0 上的点距离的平方, x 其最小值为原点到直线 x+2y-3=0
? | ?3 | ? ? ? ? ? ? ? 5 ?
2

距离的平方.? ( x ? y ) min
2 2

?

9 5

.

8.32 个

解析:当 a=0 时,b 可取-6,7;当 a≠0 时,从-6,-4,-2,1,3,5,7 中任取 2 个
2
2

作为 a、b,共 P7 个,其中不合格的是从-4,-2,1,3 中任取 2 个共 P4 个. ∴模大于 5 的不同虚数共 2+ ( P7 ? P4 ) ? 32 个.
2 2

17. 本小题主要考查三角函数和不等式的基本知识,以及运用三角公式、三角函数的图象和性质解题的能 力. 解:(Ⅰ)∵ f ( x ) ? ?1 ? co s ?
?
π? ? ? 1 ? 2 sin ? 2 x ? ? . 3? ?

?

?? ? 2 x ?? ? ?2 ?? ?π

3 co s 2 x ? 1 ? sin 2 x ?

3 co s 2 x

又∵ x ? ? , ? ,∴ ≤ 2 x ? ≤ ,即 2 ≤ 1 ? 2 sin ? 2 x ? ? ≤ 3 , 6 3 3 3? ? ?4 2?
∴ f ( x ) m ax ? 3, f ( x ) m in ? 2 .
?π π?

?π π?

π

π



?

π?

(Ⅱ)∵ f ( x ) ? m ? 2 ? f ( x ) ? 2 ? m ? f ( x ) ? 2 , x ? ? , ? , ?4 2?
∴ m ? f ( x ) m ax ? 2 且 m ? f ( x ) m in ? 2 ,
∴ 1 ? m ? 4 ,即 m 的取值范围是 (1, ) . 4

高考数学试题十分重视对学生能力的考查,而这种能力是以整体的、完善的知识结构为前提的。国家 教育部考试中心试题评价组《全国普通高考数学试题评价报告》明确指出,试题注意数学各部分内容的联 系,具有一定的综合性。加强数学各分支知识间内在联系的考查,要求学生把数学各部分作为一个整体来 学习、掌握,而不机戒地分为几块。这个特点不但在解答题中突出,而且在选择题中也有所体现。

9


赞助商链接

探究化归与转化思想在高中数学中的应用

探究化归与转化思想高中数学中的应用在高中数学教学中,我们时常会遇到这样一些问题,若要直接解决会较为困难,若通过问题的转化,归类就会 使问题变得简单。这类问题...

探究化归与转化思想在高中数学中的应用2

探究化归与转化思想高中数学中的应用在高中数学教学中,我们时常会遇到这样一些问题,若要直接解决会较为困难,若通过问题的转化,归类就会 使问题变得简单。这类问题...

第四讲 化归与转化思想

第四讲 化归与转化思想_高二数学_数学_高中教育_教育专区。高三数学的解题方法,面对困境,我们必须努力认清数学的教学规律,找到方法,循序战境 ...

浅谈化归思想在高中数学中的应用

2 化归思想的含义、模式及基本特征化归思想简称“化归”,所谓化归,就是转化和归结的意思,具体的说,就是把复杂、陌生的问题, 通过转化、归结的数学手段和一定...

高考精编密卷化归与转化思想在高中数学中的应用——数学

高考精编密卷化归与转化思想高中数学中的应用——数学。学习资料,竞赛,数学,高考,密卷,数学重点难点,数学总复习化归与转化思想高中数学中的应用 趣闻故事 消防...

转化与化归思想参考答案

转化与化归思想参考答案_高三数学_数学_高中教育_教育专区 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档 转化与化归思想参考答案_高三数学_数学_高中教育_教育专区。转化与...

高中数学思想---转化与化归思想

高中数学思想---转化与化归思想 - 转化与化归思想方法,就是在研究和解决有关数学问题时,采用某种手段将问题通过变换使之转化,进而使问题得到解决的一种数学方法...

高中数学思想(四)转化与化归教师版

高中数学思想(四)转化与化归教师版_高三数学_数学_高中教育_教育专区。又直线与椭圆总有公共点,直线恒过点(0,1), 第四讲 转化与化归思想 则定点(0,1)必在...

高考数学转化与化归思想

高考数学转化与化归思想_高三数学_数学_高中教育_教育专区 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档 高考数学转化与化归思想_高三数学_数学_高中教育_教育专区。www....

高考专题转化与化归思想练习作业

高考专题转化与化归思想练习作业_高三数学_数学_高中教育_教育专区。转化与化归思想练习作业专题集训· 作业(四) 一、选择题 1.(2014· 江西七校模拟 )已知数列...