高中数学解题思想方法技巧:耗子开门 就地打洞

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第11计 耗子开门 就地打洞

●计名释义

《说唐》中有这样一个故事.唐太宗征北,困在木阳城,绝粮.军师献计,沿着鼠洞挖去,可能找到粮
食.结果,真的在地下深处发现了粮仓.太宗嘉奖耗子的牙啃立功,并题诗曰:鼠郎个小本能高,日夜磨牙
得宝刀,唯恐孤王难遇见,宫门凿出九条槽.
庞大的数学宝库也是众多的“数学耗子”啃穿的.你可知道,前1万个质数就是这些耗子们一个个啃出
来的,七位数字对数表也是这样啃出来的.
数学解题,当你无计可施,或者一口难吞时,那就决定“啃”吧.

●典例示范

【例1】 已知f (x)=321x,判定其单调区间.
【分析】 用求导法研究单调性当然可行,但未必简便,直接从单调定义出发,循序渐进,也可将“单
调区间”啃出来.

【解答】 设x1【插语】 x1,x2都在根号底下,想法把它们啃出来.有办法,将“分子有理化”.
【续解】 32312121xx [KF(S]3[]1-2x1[KF)]-[KF(S]3[]1-2x2[KF)]

=3223213213223213213231)21()21)(21()21())21()21)(21()21()(2121(xxxxxxxxxx
易知322321321)21()21)(21()21(xxxx=△>0.
故有原式=)(221xx<0.
故f (x)= 321x的增区间为(-∞,+∞).
【点评】 耗子开门是一个“以小克大,以弱克强”的策略.函数的单调法即不等式的比较法.方法基础,
可靠,只要有“啃”的精神,则可以透过形式上的繁杂看到思维上的清晰和简捷.
【例2】 (04·天津卷)从4名男生和2名女生中任选3人参加演讲比赛.设随机变量ξ表示所选3人
中女生的人数.
(Ⅰ)求ξ的分布列; (Ⅱ)求ξ的数学期望;
(Ⅲ)求“所选3人中女生人数ξ≤1”的概率.
【思考】 本题设问简单,方向明确,无须反推倒算,只要像耗子开门,牙啃立功就是了.【解答】 (Ⅰ)

6人中任选3人,其中女生可以是0个,1个或2个,P(ξ=0)=51CC3634;P(ξ=1)=53CCC361224;P (ξ

=2)=51CCC362214,故ξ的分布列是:

数学破题36计
ξ
0 1 2
P
51 53 5
1

(Ⅱ)ξ的数学期望是:
Eξ=0×51+1×53+2×51=1.

(Ⅲ)由(Ⅰ),所选3人中女生人数ξ≤1的概率是:P(ξ≤1)=P (ξ=0)+P(=1)=54.
【例3】 (04·上海,20文)如图
,直线y=21x与抛物线y=81x2 - 4交于
A、B两点,线段AB的垂直平分线与
直线y= -5交于点Q.
(1)求点Q的坐标;
(2)当P为抛物线上位于AB下方
(含点A、B)的动点时,
求△OPQ的面积的最大值.
【思考】 同例1一样,本题设问明确, 例3题图
思路并不复杂,只须按所设条件逐一完成就是,只是要严防计算失误.

【解答】 (1)由.032421,48122xxxyxy

设AB中点为M(x0,y0),则x0 =2221xx,y0=21x0=1.
故有M(2,1),又AB⊥MQ,∴MQ的方程是:y-1=-2(x-2),令y=-5,得x=5,点Q的坐标为(5,-5).

(2)由(1)知|OQ|=52为定值.
设P(x,81x2-2)为抛物线上BA上一点,由(1)知x2-4x-32≤0,得x∈[-4,8],又直线OQ的方程为:
x+y=0,点P到直线OQ的距离:

d=28|48)4(|2|281|22xxx,显然d≠0,(否则△POQ不存在),即x≠43-4,为使△POQ面积
最大只须d最大,当x=8时,dmax =62.
∴(S△POQ)max =21·|OQ|·dmax=21·52·62=30.

【例4】 O为锐角△ABC的外心,若S△BOC,S△COA,S△AOB成等差数列,求tanA·tanC的值.
【解答】 如图,有:S△BOC+S△AOB=2S△COA.
不妨设△ABC外接圆半径为1,令∠BOC=α=2A,
∠AOC=β=2B,∠AOB=r=2C,

则有:21sinα+21sinγ=sinβ,
即sin2A+sin2C=2sin2B.
2sin(A+C)cos (A-C)= 4sinBcosB. 例4题解图
∵sin(A+C)=sinB≠0,cosB= -cos(A+C).
∴cos (A-C)+2cos (A+C)=0,cosAcosC +sinAsinC +2(cosA+cosC – sinAsinC )=0.
3cosAcosC=sinAsinC,故tanAtanC=3.
【点评】 本例中的“门”不少,其中“同圆半径相等”是“门”,由此将面积关系转换成有关角的关系;
以下通过圆心角与圆周角的转换,和差化积与倍角公式,诱导公式、和角公式、同角三角函数关系等依次
转换,这便是一连串的“门”,逐一啃来,从而最终达到解题目的.

●对应训练

1.在棱长为4的正方体ABCD—A1B1C1D1中,
O是正方形A1B1C1D1的中心,点P在
棱CC1上,且CC1= 4CP.
(Ⅰ)求直线AP与平面BCC1B1所
成的角的大小(结果用反三角函数值表示);
(Ⅱ)设O点在平面D1AP上的
射影是H,求证:D1H⊥AP;
(Ⅲ)求点P到平面ABD1的距离. 第1题图

2.证明不等式:nn2131211 (n∈N+).

3.设x∈3,4••,f (x)=4sin2323cossin41222xxx,求f (x)的最大值与最小值.
4.若x,y,z∈R+,且x+y+z=1,求函数u=111111zyx的最小值.
●参考答案

1.建立如图的空间直角坐标系,有:
A(4,0,0),P(0,4,1),B(4,4,0),B1(4,4,4),D1(0,0,4).(Ⅰ)连BP,∵AB⊥平面BCC1B1.

∴AB⊥BP,∠APB是直线AP与平面BB1C1C的夹角,∵||BP=.17142

∴tan∠APB=17174||||BPAB.
∴AP与平面BB1C1C所成角为arctan17174.
(Ⅱ)连D1B1,则O∈DB1.
∵11BD=(4,4,0),AP=(-4,4,1),
∴11BD·AP=-16+16+0=0.
即AP⊥11BD,也就是DA1⊥OD1. 第1题解图
已知OH⊥面AD1P,∴AP⊥D1O(三垂线定理)
(Ⅲ)在DD1上取|DQ|=1,有Q(0,0,1),作QR⊥AD1于R,∵RQ∥AB,∴PQ∥面ABD1,∵AB⊥面AA1D1D,
∴AB⊥QR,则QR⊥面ABD1,QR之长是Q到平面ABD1的距离,
∵S△AD1Q =21|1AC|·|QR|=21]|AD|·|QD1|.

即:42·|QR|= 4×3,∴|QR|=223.
已证PQ∥ABD1,∴点P到平面ABP1的距离为223.
点评:虽是“综合法”证题,但也并非“巷子里赶猪,直来直去”,特别(Ⅱ),(Ⅲ)两问,本解都用到了
若干转换手法.

2.只须证,2132122121nn

右式=
nnnn1132121121122

1111


=)1()23()12(21nn
=nn21.

∴,2132122121nn成立,从而1+.213121nn

3.先将f (x)化为同一个角的单一三角函数,得f (x)= -21sin62x+83.
当x∈3,4••时,2x-2,36••,故f (x)为3,4••,上的减函数,当x=3时,
[f(x)]min =843,当x=4时,[f (x)]max =-83.
4.注意到xyzxzyxxx2111,同理:zxyy211,zxyz211,
∴u≥xyzxyz8=8.