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    遼寧省大連23中2009年高考數(shù)學(xué)第二輪復(fù)習(xí)秘笈4:

    開放型問題

            數(shù)學(xué)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(biāo)的操作模式分為:規(guī)律探索型,問題探究型,數(shù)學(xué)建模型,操作設(shè)計型,情景研究型.如果未知的是解題假設(shè),那么就稱為條件開放題;如果未知的是解題目標(biāo),那么就稱為結(jié)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(dāng)然,作為數(shù)學(xué)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(shè)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(shè)存在入手, 逐步深化解題進(jìn)程的.

       設(shè)存在常數(shù), 使數(shù)列 成等比數(shù)列.

              

        

         (i) 當(dāng)  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(dāng) 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(jìn)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(shè)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(guān)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(dāng)年平均盈利額達(dá)到最大值時,以30萬元價格處理該機床;

         (ii )當(dāng)盈利額達(dá)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(yīng)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(dāng)且僅當(dāng)時,即x=7時,等號成立.

    ∴ 到2008年,年平均盈利額達(dá)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(dāng)x=10時,ymax=102.

    故到2011年,盈利額達(dá)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(yīng)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(shè)a1=1,=-f-1(an)(n∈N),求an

    試題詳情

    (3)設(shè)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.

    試題詳情

    (1)  y=,

    試題詳情

    ∵x<-2,∴x= -,

    試題詳情

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

    試題詳情

    (2)  ∵ , ∴=4.

    試題詳情

    ∴{}是公差為4的等差數(shù)列.

    試題詳情

    ∵a1=1,  ∴=+4(n-1)=4n-3.

    試題詳情

    ∵an>0 , ∴an=.                                        

    試題詳情

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

    試題詳情

    ≤5 ,

    試題詳情

    ∴m>5,存在最小正數(shù)m=6,使得對任意n∈N有bn<成立.

    試題詳情

    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(gòu)造等差數(shù)列的一個典范.

    試題詳情

    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;

    試題詳情

    (2)若函數(shù)

    求函數(shù)f(n)的最小值;

    試題詳情

       (3)設(shè)表示數(shù)列{bn}的前n項和.試問:是否存在關(guān)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.

    試題詳情

       (1)

    試題詳情

          

    試題詳情

        (2) ,

    試題詳情

             ,

    試題詳情

         .

    試題詳情

        

    試題詳情

    試題詳情

        (3),

    試題詳情

          

    試題詳情

          .

    試題詳情

          

    試題詳情

          

    試題詳情

         

    試題詳情

         故存在關(guān)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(jìn)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(lán)色出租車公司,其中藍(lán)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(rèn)的正確率為80%,于是警察就認(rèn)定紅色出租車具有較大的肇事嫌疑. 請問警察的認(rèn)定對紅色出租車公平嗎?試說明理由.

        講解  設(shè)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(lán)色

    紅色

    合計

    藍(lán)色(85%)

    680

    170

    850

    紅色(15%)

    30

    120

    150

    合計

    710

    290

    1000

    試題詳情

    從表中可以看出,當(dāng)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(lán)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(shù)顯示了一定的獨特性, 在數(shù)學(xué)的應(yīng)試復(fù)課中似乎是很少見的.

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

    試題詳情

     

     

     

     

     

     

     

     

     

       (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?

    試題詳情

       講解 (1)設(shè)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,

    試題詳情

         由圖(B)可知, =30,且點在一直線上,

    試題詳情

    從而 

    試題詳情

         由圖(A)可知, 且點在一直線上,

    試題詳情

    于是  

    試題詳情

         =(萬只),(萬只)

    試題詳情

         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;

    試題詳情

         (2)由(萬只),

    試題詳情

         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.

    試題詳情

    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(shè)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(biāo);若不能,說明理由;

       (ii)當(dāng)△ABC為鈍角三角形時,求這種點C的縱坐標(biāo)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(guān)系,是解析幾何中的存在性問題.

    試題詳情

    (1)由曲線M是以點P為焦點,直線l為準(zhǔn)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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    試題詳情

    于是,  A點和B點的坐標(biāo)分別為A,B(3,),

    試題詳情

    假設(shè)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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              1.  

                試題詳情

                由①-②得

                試題詳情

                 

                試題詳情

                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(shè)C(-1,y)使△ABC成鈍角三角形,

                試題詳情

                試題詳情

                即當(dāng)點C的坐標(biāo)是(-1,)時,三點A,B,C共線,故.

                試題詳情

                  ,

                試題詳情

                  ,  

                試題詳情

                  .

                試題詳情

                  (i) 當(dāng),即

                試題詳情

                 即為鈍角.

                試題詳情

                (ii) 當(dāng),即

                試題詳情

                 即為鈍角.

                試題詳情

                (iii)當(dāng),即,

                試題詳情

                 即.   該不等式無解,所以∠ACB不可能為鈍角.

                試題詳情

                故當(dāng)△ABC為鈍角三角形時,點C的縱坐標(biāo)y的取值范圍是.

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

                試題詳情

                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(guān)系式  .

                試題詳情

                   (1)求f(0),f(1)的值;

                試題詳情

                   (2)判斷的奇偶性,并證明你的結(jié)論;

                試題詳情

                   (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.

                試題詳情

                   (1)在中,令

                試題詳情

                           .

                試題詳情

                     在中,令

                試題詳情

                        ,有 .

                試題詳情

                   (2)是奇函數(shù),這需要我們進(jìn)一步探索. 事實上 

                試題詳情

                       

                試題詳情

                       

                試題詳情

                        

                試題詳情

                        故為奇函數(shù).

                (2)       從規(guī)律中進(jìn)行探究,進(jìn)而提出猜想.

                試題詳情

                 由   

                試題詳情

                       ,

                         ………………………………

                試題詳情

                猜測  .

                于是我們很易想到用數(shù)學(xué)歸納法證明.

                試題詳情

                     1° 當(dāng)n=1時,,公式成立;

                試題詳情

                     2°假設(shè)當(dāng)n=k時,成立,那么當(dāng)n=k+1時,

                試題詳情

                ,公式仍然成立.

                試題詳情

                     綜上可知,對任意成立.

                試題詳情

                  從而   .

                試題詳情

                    

                試題詳情

                     ,

                試題詳情

                     故

                       

                試題詳情

                例9  若、,

                試題詳情

                (1)求證:;

                試題詳情

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

                試題詳情

                    (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.

                試題詳情

                講解  (1)采用反證法. 若,即, 解得

                試題詳情

                從而與題設(shè),相矛盾,

                試題詳情

                   故成立.

                試題詳情

                 (2) 、、,

                試題詳情

                     .

                試題詳情

                (3)因為,

                試題詳情

                所以,

                試題詳情

                因為上式是關(guān)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?

                試題詳情

                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:

                試題詳情

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

                試題詳情

                (2) 延長PB與點P的軌跡交于另一點Q,求的最小值;

                試題詳情

                (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.

                試題詳情

                試題詳情

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

                試題詳情

                ∴ |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(zhǔn)線的右支,其方程為  (x ≥1).若 , 則l的方程為雙曲線的右準(zhǔn)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(shè)斜率為k,則直線PQ的方程為y = k ( x-2 )代入雙曲線方程, 得

                試題詳情

                試題詳情

                由  , 解得>3. 

                試題詳情

                ∴  |PQ|=. 

                試題詳情

                當(dāng)直線的斜率存在時,,得,|PQ|=6.

                ∴。黀Q|的最小值為6. 

                (3)當(dāng)PQ⊥QC時,P、C、Q構(gòu)成Rt△.

                試題詳情

                ∴  R到直線l的距離|RC|=  ① 

                試題詳情

                又 ∵  點P、Q都在雙曲線上,

                試題詳情

                ∴  

                試題詳情

                ∴  ,即  

                試題詳情

                ∴  、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.

                 

                 

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