数学考试的第四个学科特点是解法多样。教育部考试中心在解读全国高考数学考试大纲的说明中指出"一般数学试题的结果虽确定唯一,但解法却多种多样,有利于考生发挥各自的特点,灵活解答,真正显现其水平。"
在各套试卷的各题型中,都有不少试题能够一题多解。
【例1】(2007年天津卷,理10) 设两个向量-=( 2,2-cos2)和-=(m,- sin),其中,m,为实数。若-=2-,则-的取值范围是( )。
(a)[-6,1] (b)[4,8]
(c)[-∞,1] (d)[-1,6]
【解】本题给出两个共线向量和三个参数,m,,需要确定-的取值范围,这种题目也不太常见,因为是选择题,我们可以从不同的角度用不同的方法来解决。
解法1:可以根据选项提供的数据,用逆向化策略和特殊化策略,通过选取特殊值进行排除。 -
设-=4,则4m 2=2m,m=-1, =-4。由第二个等式得16-cos2=-1 2sin,即17=cos2 2sin这是不可能的,因而排除(b),(d)。
再设-=-8,则-8m 2=2m,m=-,=--,由第二个等式--cos2=- 2sin,即-=cos2 2sin=-(sin-1)2 2≤2
这同样是不可能的。因而排除(c)。故选a。
解法2:如果-是一个整体,则可以对和m分别求出取值范围,再进行整合。 由解法1,有
-
消去得4m2-9m 4=cos2 2sin,
由于-2≤cos2 2sin=
-(sin-1)2 2≤2,
则有-2≤4m2-9m 4≤2,解得-≤m≤2(m≠0)。
由=2m-2得--≤≤2,进而可求得-6≤-≤1,故选a。
以上两个解法运用了特殊与一般的数学思想(解法1), 函数与方程思想和分解与组合的思维方法(解法2)。
【例2】(2007年全国ⅰ卷,理22)已知数列{an}中a1=2,an 1=(--1)(an 2),n=1,2,3,…
(ⅰ)求{an}的通项公式;
(ⅱ)若数列{bn}中b1=2,bn 1=-,n=1,2,3…,
证明:-
【解】(ⅰ)an的通项公式为an=-[(--1)n 1],n=1,2,3…。
解:用数学归纳法证明。
(ⅰ)当n=1时,因-<2,b1=a1=2,所以-
(ⅱ)假设当n=k时,结论成立,即-
当n=k 1时,
bk 1--=---
=-
=->0
又 -<-=3-2-
所以bk-1--
=-
<(3-2-)2(bk--)
≤(--1)4(a4k-3--)
=a4k 1--。
也就是说,当n=k 1时,结论成立。
根据(ⅰ)和(ⅱ)知-
【例3】(2007年辽宁卷,理22)已知函数f(x)=e2x-2t(ex x) x2 2t2 1,g(x)=-f'(x)。
(i)证明:当t<2-时,g(x)在r上是增函数;
(ii)对于给定的闭区间[a,b],试说明存在实数k,t>k 时,g(x)在闭区间[a,b]上是减函数;
(iii)证明:f(x)≥-。
【解】(i)f'(x)=2e2x-2t(ex 1) 2x,
g(x)=-f'(x)=e2x-t(ex 1) x,
g'(x)=2e2x-tex 1=2(ex--)2 1--,
因为t<2-,则1-->0,所以,g'(x)>0,
所以,当t<2-时,g(x)在r上是增函数。
(ii)本题等价于存在实数k,当t>k时,在闭区间[a,b]上g'(x)<0;
由g'(x)=2e2x-tex 1<0,t>2ex e-x令h(x)=2ex e-x,
由于h(x)是闭区间[a,b]上的连续函数,所以,h(x) 一定有最大值,设该最大值为k,则必有t>k,
于是,当t>k=(2ex e-x)max时,有g'(x)<0 ,即g(x)在闭区间[a,b]上是减函数;
(iii)证明:把f(x)看作t的函数,
设f(t)=2t2-2(ex x)t e2x x2 1,则f(t)=2(t--)2 -(ex-x)2 1≥-(ex-x)2 1。
设h(x)=ex-x则h'(x)=ex-1
所以,h(x)的最小值为1,从而h(x)=ex-x≥1于是,f(t)=-(ex-x)2 1≥-,即f(x)≥-。
【例4】(2007年重庆卷,理,文)已知各项均为正数的数列{an}的前n项和sn满足s1>1,且6sn=(an 1)(an 2),n∈n。
(ⅰ)求{an}的通项公式;
(ⅱ)设数列{bn}满足an(--1)=1并记tn为{bn}的前n项和,求证:
3tn 1>log2(an 3),n∈n。
【解】(i)由a1=s1=-(a1 1)(a1 2),解得a1=1或a1=2,
由假设a1=s1>1,因此a1=2,
又由an 1=sn 1-sn=-(an 1 1)(an 1 2)--(an 1)(an 2),
得(an 1 an)(an 1-an-3)=0,
即an 1-an-3=0或an 1=-an,因an>0,故an 1=-an不成立,舍去。
因此an 1-an=3,从而{an}是公差为3,首项为2的等差数列,
故{an}的通项为an=3n-1。
(ii)证明:用比较法。由an(--1)=1可解得
bn=log2(1 -)=log2-;
从而tn=b1 b2 …… bn=log2(-·■……-)。
因此3tn 1-log2(a
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