遼寧省大連23中2009年高考數(shù)學第二輪復習秘笈4:

開放型問題

        數(shù)學開放性問題是近年來高考命題的一個新方向,其解法靈活且具有一定的探索性,這類題型按解題目標的操作模式分為:規(guī)律探索型,問題探究型,數(shù)學建模型,操作設計型,情景研究型.如果未知的是解題假設,那么就稱為條件開放題;如果未知的是解題目標,那么就稱為結論開放題;如果未知的是解題推理,那么就稱為策略開放題.當然,作為數(shù)學高考題中的開放題其“開放度”是較弱的,如何解答這類問題,還是通過若干范例加以講解.

例 1 設等比數(shù)列的公比為  ,前 項和為 ,是否存在常數(shù) ,使數(shù)列 也成等比數(shù)列?若存在,求出常數(shù);若不存在,請  明 理 由.

   講解 存在型開放題的求解一般是從假設存在入手, 逐步深化解題進程的.

   設存在常數(shù), 使數(shù)列 成等比數(shù)列.

          

    

     (i) 當  時, 代入上式得

          即=0

, 于是不存在常數(shù) ,使成等比數(shù)列.

     (ii) 當 時,, 代 入 上 式 得

    .

       綜 上 可 知 ,  存 在 常 數(shù) ,使成等比數(shù)列.

   等比數(shù)列n項求和公式中公比的分類, 極易忘記公比的 情 形, 可 不 要 忽 視 啊 !

例2  某機床廠今年年初用98萬元購進一臺數(shù)控機床,并立即投入生產(chǎn)使用,計劃第一年維修、保養(yǎng)費用12萬元,從第二年開始,每年所需維修、保養(yǎng)費用比上一年增加4萬元,該機床使用后,每年的總收入為50萬元,設使用x年后數(shù)控機床的盈利額為y萬元.

(1)寫出y與x之間的函數(shù)關系式;

(2)從第幾年開始,該機床開始盈利(盈利額為正值);

 (3 ) 使用若干年后,對機床的處理方案有兩種:

 (i )當年平均盈利額達到最大值時,以30萬元價格處理該機床;

     (ii )當盈利額達到最大值時,以12萬元價格處理該機床,問用哪種方案處理較為合算?請說明你的理由.

講解 本例兼顧應用性和開放性, 是實際工作中經(jīng)常遇到的問題.

   (1)

            =.                                    

   (2)解不等式  >0,

得       <x<.

∵ x∈N,  ∴ 3 ≤x≤ 17.

故從第3年工廠開始盈利.

(3)(i) ∵ ≤40

當且僅當時,即x=7時,等號成立.

∴ 到2008年,年平均盈利額達到最大值,工廠共獲利12×7+30=114萬元.

(ii)  y=-2x2+40x-98= -2(x-10)2 +102,

當x=10時,ymax=102.

故到2011年,盈利額達到最大值,工廠共獲利102+12=114萬元.

解答函數(shù)型最優(yōu)化實際應用題,二、三元均值不等式是常用的工具.

例3   已知函數(shù)f(x)= (x<-2)

(1)求f(x)的反函數(shù)f-1(x); 

試題詳情

(2)設a1=1,=-f-1(an)(n∈N),求an

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(3)設Sn=a12+a22+…+an2,bn=Sn+1-Sn是否存在最小正整數(shù)m,使得對任意n∈N,有bn<成立?若存在,求出m的值;若不存在說明理由. 

講解   本例是函數(shù)與數(shù)列綜合的存在性問題, 具有一定的典型性和探索性.

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(1)  y=,

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∵x<-2,∴x= -,

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即y=f-1(x)=  -  (x>0).                                         

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(2)  ∵ , ∴=4.

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∴{}是公差為4的等差數(shù)列.

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∵a1=1,  ∴=+4(n-1)=4n-3.

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∵an>0 , ∴an=.                                        

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(3)   bn=Sn+1-Sn=an+12=, 由bn<,得 m>對于n∈N成立.

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≤5 ,

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∴m>5,存在最小正數(shù)m=6,使得對任意n∈N有bn<成立.

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為了求an ,我們先求,這是因為{}是等差數(shù)列, 試問: 你能夠想到嗎? 該題是構造等差數(shù)列的一個典范.

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例4  已知數(shù)列在直線x-y+1=0上.

(1)       求數(shù)列{an}的通項公式;

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(2)若函數(shù)

求函數(shù)f(n)的最小值;

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   (3)設表示數(shù)列{bn}的前n項和.試問:是否存在關于n 的整式g(n), 使得對于一切不小于2的自然數(shù)n恒成立?若存在,寫出g(n)的解析式,并加以證明;若不存在,說明理由.  

    講解  從 規(guī) 律 中 發(fā) 現(xiàn) ,從 發(fā) 現(xiàn) 中 探 索.

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   (1)

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    (2) ,

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         ,

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     .

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    (3),

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      .

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     故存在關于n的整式使等式對于一切不小2的自然數(shù)n恒成立.

     事實上, 數(shù)列{an}是等差數(shù)列, 你知道嗎?

    例5  深夜,一輛出租車被牽涉進一起交通事故,該市有兩家出租車公司――紅色出租車公司和藍色出租車公司,其中藍色出租車公司和紅色出租車公司分別占整個城市出租車的85%和15%。據(jù)現(xiàn)場目擊證人說,事故現(xiàn)場的出租車是紅色,并對證人的辨別能力作了測試,測得他辨認的正確率為80%,于是警察就認定紅色出租車具有較大的肇事嫌疑. 請問警察的認定對紅色出租車公平嗎?試說明理由.

    講解  設該城市有出租車1000輛,那么依題意可得如下信息:

 

 

證人所說的顏色(正確率80%)

 

藍色

紅色

合計

藍色(85%)

680

170

850

紅色(15%)

30

120

150

合計

710

290

1000

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從表中可以看出,當證人說出租車是紅色時,且它確實是紅色的概率為,而它是藍色的概率為. 在這種情況下,以證人的證詞作為推斷的依據(jù)對紅色出租車顯然是不公平的.

本題的情景清新, 涉及到新教材中概率的知識, 上述解法中的列表技術顯示了一定的獨特性, 在數(shù)學的應試復課中似乎是很少見的.

    例6  向明中學的甲、乙兩同學利用暑假到某縣進行社會實踐,對該縣的養(yǎng)雞場連續(xù)六年來的規(guī)模進行調(diào)查研究,得到如下兩個不同的信息圖:

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   (A)圖表明:從第1年平均每個養(yǎng)雞場出產(chǎn)1萬只雞上升到第6年平均每個養(yǎng)雞場出產(chǎn)2萬只雞;

   (B)圖表明:由第1年養(yǎng)雞場個數(shù)30個減少到第6年的10個.

   請你根據(jù)提供的信息解答下列問題:

   (1)第二年的養(yǎng)雞場的個數(shù)及全縣出產(chǎn)雞的總只數(shù)各是多少?

   (2)哪一年的規(guī)模最大?為什么?

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   講解 (1)設第n年的養(yǎng)雞場的個數(shù)為,平均每個養(yǎng)雞場出產(chǎn)雞萬只,

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     由圖(B)可知, =30,且點在一直線上,

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從而 

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     由圖(A)可知, 且點在一直線上,

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于是  

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     =(萬只),(萬只)

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     第二年的養(yǎng)雞場的個數(shù)是26個,全縣出產(chǎn)雞的總只數(shù)是31.2萬只;

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     (2)由(萬只),

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     第二年的養(yǎng)雞規(guī)模最大,共養(yǎng)雞31.2萬只.

     有時候我們需要畫出圖形, 有時候我們卻需要從圖形中采集必要的信息, 這正反映了一個事物的兩個方面. 看來, 讀圖與識圖的能力是需要不斷提升的.

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例7 已知動圓過定點P(1,0),且與定直線相切,點C在l上.

   (1)求動圓圓心的軌跡M的方程;

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   (2)設過點P,且斜率為-的直線與曲線M相交于A,B兩點.

   (i)問:△ABC能否為正三角形?若能,求點C的坐標;若不能,說明理由;

   (ii)當△ABC為鈍角三角形時,求這種點C的縱坐標的取值范圍.

講解  本例主要考查直線、圓與拋物線的基本概念及位置關系,是解析幾何中的存在性問題.

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(1)由曲線M是以點P為焦點,直線l為準線的拋物線,知曲線M的方程為.

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(2)(i)由題意得,直線AB的方程為 消y得

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于是,  A點和B點的坐標分別為A,B(3,),

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假設存在點C(-1,y),使△ABC為正三角形,則|BC|=|AB|且|AC|=|AB|,

即有

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  •  

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    由①-②得

    試題詳情

     

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    因為不符合①,所以由①,②組成的方程組無解.

    故知直線l上不存在點C,使得△ABC是正三角形.

    (ii)設C(-1,y)使△ABC成鈍角三角形,

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    即當點C的坐標是(-1,)時,三點A,B,C共線,故.

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      ,

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      ,  

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      .

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      (i) 當,即,

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     即為鈍角.

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    (ii) 當,即,

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     即為鈍角.

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    (iii)當,即,

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     即.   該不等式無解,所以∠ACB不可能為鈍角.

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    故當△ABC為鈍角三角形時,點C的縱坐標y的取值范圍是.

    需要提及的是, 當△ABC為鈍角三角形時, 鈍角的位置可能有三個,需要我們進行一一探討.

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    例8 已知是定義在R上的不恒為零的函數(shù),且對于任意的a,b∈R都滿足關系式  .

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       (1)求f(0),f(1)的值;

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       (2)判斷的奇偶性,并證明你的結論;

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       (3)若,求數(shù)列{un}的前n項的和Sn.

    講解 本題主要考查函數(shù)和數(shù)列的基本知識,考查從一般到特殊的取特值求解技巧.

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       (1)在中,令

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               .

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         在中,令

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            ,有 .

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       (2)是奇函數(shù),這需要我們進一步探索. 事實上 

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            故為奇函數(shù).

    (2)       從規(guī)律中進行探究,進而提出猜想.

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     由   

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           ,

             ………………………………

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    猜測  .

    于是我們很易想到用數(shù)學歸納法證明.

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         1° 當n=1時,,公式成立;

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         2°假設當n=k時,成立,那么當n=k+1時,

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    ,公式仍然成立.

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         綜上可知,對任意成立.

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      從而   .

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         ,

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         故

           

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    例9  若、,

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    (1)求證:;

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        (2)令,寫出、、的值,觀察并歸納出這個數(shù)列的通項公式;

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        (3)證明:存在不等于零的常數(shù)p,使是等比數(shù)列,并求出公比q的值.

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    講解  (1)采用反證法. 若,即, 解得

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    從而與題設,相矛盾,

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       故成立.

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     (2) 、、、、,

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         .

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    (3)因為,

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    所以,

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    因為上式是關于變量的恒等式,故可解得、.

        我們證明相等的問題太多了,似乎很少見到證明不相等的問題,是這樣嗎?

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    例10 如圖,已知圓A、圓B的方程分別是動圓P與圓A、圓B均外切,直線l的方程為:

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    (1)求圓P的軌跡方程,并證明:當時,點P到點B的距離與到定直線l距離的比為定值;

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    (2) 延長PB與點P的軌跡交于另一點Q,求的最小值;

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    (3)如果存在某一位置,使得PQ的中點R在l上的射影C,滿足求a的取值范圍.

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       講解(1)設動圓P的半徑為r,則|PA|=r+,|PB| = r + ,

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    ∴ |PA| -|PB| = 2.

    試題詳情

    ∴ 點P的軌跡是以A、B為焦點,焦距為4,實軸長為2的雙曲線的右準線的右支,其方程為  (x ≥1).若 , 則l的方程為雙曲線的右準線, ∴點P到點B的距離與到l的距離之比為雙曲線的離心率e = 2.

    (2)若直線PQ的斜率存在,設斜率為k,則直線PQ的方程為y = k ( x-2 )代入雙曲線方程, 得

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    由  , 解得>3. 

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    ∴  |PQ|=. 

    試題詳情

    當直線的斜率存在時,,得,|PQ|=6.

    ∴。黀Q|的最小值為6. 

    (3)當PQ⊥QC時,P、C、Q構成Rt△.

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    ∴  R到直線l的距離|RC|=  ① 

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    又 ∵  點P、Q都在雙曲線上,

    試題詳情

    ∴  

    試題詳情

    ∴  ,即  

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    ∴  、凇

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    將②代入①得 ,|PQ|=2-4a≥6.

    故有a≤-1.

    “如果存在”并不意味著一定存在, 如何修改本題使其成為不存在的范例呢? 問題的提出既能延伸我們的思緒, 更能完善我們的知識技能, 無形中使解題能力得到逐漸的提升.

     

     

    試題詳情


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