• 高中数学中需要验证的数学素材


    前言

    持续补充整理中。。。。

    典例剖析

    已知集合\(A=\{1,3,\sqrt{m}\}\)\(B=\{1,m\}\)\(A\cup B=A\),求\(m\)的值。

    错解:由\(A\cup B=A\),可得\(B\subseteq A\),则\(m=3\)\(m=\sqrt{m}\),解得\(m=3\)\(m=0\)\(m=1\)

    分析:上述解方程的过程没有问题,但是本题目中\(m\)既是方程的未知数,同时是集合的元素,则其必然要受互异性的限制,

    故我们接下来应该将\(m\)的值,逐一代入集合验证,可知\(m=1\)不符题意,故\(m=3\)\(m=0\)

    设集合\(A=\{0,-4\}\)\(B=\{x\mid x^2+2(a+1)x+a^2-1=0,x\in R\}\),若\(A\cap B=B\),则实数\(a\)的取值范围是_________。

    提示:由\(A\cap B=B\),得到\(B\subseteq A\);分类讨论如下:

    \(B=\varnothing\)\(\Delta=4(a+1)^2-4(a^2-1)<0\),解得\(a<-1\)

    \(B\)为单元素集时,即\(B=\{0\}\)\(B=\{-4\}\),详述如下,

    \(B=\{0\}\)时,将\(x=0\)代入方程得到\(a^2-1=0\),解得\(a=1\)或者\(a=-1\)

    接下来验证如下,当\(a=1\)时,\(B=\{0,-4\}\),不符前提\(B=\{0\}\),故舍去;再验证\(a=-1\)时,\(B=\{0\}\),符合前提\(B=\{0\}\)

    \(B=\{-4\}\)时,将\(x=-4\)代入方程得到\(a^2-8a+7=0\),解得\(a=-1\)或者\(a=-7\)

    接下来验证如下,当\(a=-7\)时,\(B=\{4,12\}\),不符前提\(B=\{-4\}\),故舍去;再验证\(a=-1\)时,\(B=\{0\}\),符合前提\(B=\{-4\}\),故舍去;

    \(B=\{0\}\)时,\(a=-1\)符合题意;

    \(B\)为双元素集时,即\(B=\{0,-4\}\)时,由根与系数关系得到,

    \(\left\{\begin{array}{l}{\Delta=4(a^2+1)-4(a^2-1)>0①}\\{x_1+x_2=-2(a+1)=-4②}\\{x_1x_2=a^2-1=0③}\end{array}\right.\)

    最快的解法是口算②式,得到\(a=1\),代入③式口算验证成立,再代入①式口算验证成立,故上述混合组的结果为\(a=1\).

    综上所述,得到参数的取值范围是\(a\in(-\infty,-1]\cup \{1\}\).

    易错:不分类讨论或者不会分类讨论出错;

    若集合\(A=\{x\mid (k+2)x^2+2kx+1=0\}\)有且仅有两个子集 ,则实数\(k\)的取值为 【】

    $A.2或-1$ $B.-2或-1$ $C.-2$ $D.\pm 2或-1$

    分析:由题目可知,集合\(A\)有且仅有两个子集,说明集合\(A\)应该为单元素集合,从而说明仿二次方程\((k+2)x^2+2kx+1=0\),可能有一次方程和二次方程两种情形。

    \(k=-2\)时,原方程变形为一次方程\(-4x+1=0\),仅有一个解,适合题意;

    \(k\neq -2\)时,原方程要仅有一个解,则必须\(\Delta =0\),即\((2k)^2-4\cdot(k+2)\cdot 1=0\),解得\(k=2\)\(k=-1\),满足题意,

    综上所述,实数\(k\)的取值为\(\pm 2或-1\),故选\(D\)

    (2017郑州模拟)已知函数\(f(x)=x^3+ax^2+bx-a^2-7a\)\(x=1\)处取得极大值\(10\),则\(\cfrac{a}{b}\)的值为____________.

    分析:\(f'(x)=3x^2+2ax+b\),由\(\begin{cases}f'(1)=0\\f(1)=10\end{cases}\)

    得到\(\begin{cases}3+2a+b=0\\1+a+b-a^2-7a=10\end{cases}\)

    解得\(\begin{cases}a=-2\\b=1\end{cases}\),或\(\begin{cases}a=-6\\b=9\end{cases}\)

    \(a=-2,b=1\)时,\(f'(x)=(3x-1)(x-1)\)

    此时\(x=1\)是导函数\(f'(x)\)的变号零点,但是在\(x=1\)处取到极小值,不符舍去;

    \(a=-6,b=9\)时,\(f'(x)=3(x-1)(x-3)\)

    此时\(x=1\)是导函数\(f'(x)\)的变号零点,且在\(x=1\)处能取到极大值。

    \(\cfrac{a}{b}=-\cfrac{2}{3}\)

    反思总结:由方程组解出来的根\(x=x_0\),只能说明这一点的函数值是0,并不能说明这一点\(x_0\)处的左右的函数值的正负,有可能是不变号零点,那么这一点不会成为极值点,也有可能是变号零点,但是左右的正负值不符合。

    函数\(f(x)=x^3+ax^2+bx+a^2\)\(x=1\)处有极值\(10\),求\(a,b\)的值。

    分析:\(f'(x)=3x^2+2ax+b\),由\(\begin{cases}f'(1)=0\\f(1)=10\end{cases}\)

    得到\(\begin{cases}3+2a+b=0\\a^2+a+b+1=10\end{cases}\)

    解得\(\begin{cases}a=4\\b=-11\end{cases}\),或\(\begin{cases}a=-3\\b=3\end{cases}\)

    注意到此需要检验,当\(a=-3,b=3\)时,\(f'(x)=3(x-1)^2\)

    此时\(x=1\)是导函数\(f'(x)\)的不变号零点,故在\(x=1\)处不能取到极值。

    \(a=4,b=-11\)时,\(f'(x)=(3x+11)(x-1)\)

    此时\(x=1\)是导函数\(f'(x)\)的变号零点,故在\(x=1\)处能取到极值。

    综上所述,\(a=4,b=-11\)

    已知函数\(f(x)=\cfrac{x-a}{2x-1}\)在区间\((\cfrac{1}{2},+\infty)\)上单调递减,求参数\(a\)的取值范围。

    法1:导数法,由于函数在区间\((\cfrac{1}{2},+\infty)\)上单调递减,

    \(f'(x)=\cfrac{2a-1}{(2x-1)^2}\leq 0\)在区间\((\cfrac{1}{2},+\infty)\)上恒成立,

    \(2a-1\leq 0\)恒成立,得到\(a\leq \cfrac{1}{2}\)

    但是当\(a=\cfrac{1}{2}\)

    代入原函数得到\(f(x)=\cfrac{1}{2}\),为常函数,

    则要舍去,故\(a<\cfrac{1}{2}\)

    法2:图像法,将函数变形为\(f(x)=\cfrac{-a+\cfrac{1}{2}}{2x-1}+\cfrac{1}{2}\)

    即函数的对称中心是\((\cfrac{1}{2},\cfrac{1}{2})\)

    如果要函数在区间\((\cfrac{1}{2},+\infty)\)上单调递减,

    只需要\(-a+\cfrac{1}{2}>0\)即可,故\(a<\cfrac{1}{2}\)

    另类使用

    设函数 \(f(x)=x^3+(a-2)x^2+ax\),若 \(f(x)\) 为奇函数,则 可知 \(a=2\)。 原因是:定义域为 \(R\),则一定满足 \(f(1)\)\(+\)\(f(-1)\)\(=\)\(0\),即 \(2(a-2)\)\(\times\)\(1^2\)\(=\)\(0\) 恒成立,故必须满足 \(a=2\)

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