特殊化策略

前言

引例,当题目中给定某一个点是圆锥曲线上的任意一点时,满足某种条件,那么这时候如果让这一点成为圆锥曲线的顶点,题目立马就变得简单了许多,这种策略就称为特殊化策略,其本质类似于函数中的赋值法,由此引申,任意角可以取特殊角,任意位置可以取特殊位置,任意形状可以取特殊形状。

使用前提

以题目例10为例,我们一般都会画出一个很一般的等腰三角形,但是若将angle A)变化为cfrac{pi}{3})cfrac{pi}{2})时,都可以保证不改变题目中给定的已知条件,这时候我们就可以尝试考虑特殊化策略,毕竟图形越特殊,越有利于计算。

典例剖析

例1过抛物线y^2=4x)的焦点的直线交抛物线于A)B)两点,O)为坐标原点,则overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OB})的值为_________。

法1:一般方法,利用韦达定理和向量求解;

法2:特殊化策略,直接将过焦点的直线特殊化为直线x=1),则可以得到A1,2))B1,-2))

代入overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OB}=1 imes 1+2 imes-2)=-3)

例1【2016cdot)山东济南模拟】在Delta ABC)中,角A、B、C)所对的边分别为a、b、c),若a、b、c)成等差数列,则cfrac{cosA+cosC}{1+cosAcosC})=_______________.

分析:读完题目,我们最容易想到的思路是设三边分别为b-d)b)b+d),然后利用余弦定理分别求解cosA)cosC),最后求值。想一想运算的复杂程度,我们都大概能感受到这个解法不太可行。

猜想:当a、b、c)成等差数列时,三个角也是有一定关系的,所求的式子的值应该是定值,那么我们就可以有如下的解法:

法1:【特殊化策略,最特殊】当等差数列的公差为0时,也是满足题意的,此时a=b=c),则A=C=cfrac{pi}{3})

cfrac{cosA+cosC}{1+cosAcosC}=cfrac{coscfrac{pi}{3}+coscfrac{pi}{3}}{1+coscfrac{pi}{3}coscfrac{pi}{3}}=cfrac{4}{5})

法2:【特殊化策略,次特殊】我们自然能想到的是a=3,b=4,c=5)的等差数列,或a=6,b=8,c=10)),则cosA=cfrac{4}{5})cosC=0),代入原式得到,

cfrac{cosA+cosC}{1+cosAcosC}=cfrac{cfrac{4}{5}+0}{1+0}=cfrac{4}{5})

例2【2019高三理科数学第二次月考第16题】

在平行四边形ABCD)中,点M)在边CD)上,且满足DM=cfrac{1}{3}DC),点N)CB)的延长线上,且满足CB=BN),若AB=3)AD=4),则overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{NM})的值为__________。

分析:我们一般做出的平行四边形是angle BAD
eq 90^{circ})
的,从形上思考求向量的内积时几乎没有思路,

此时我们不妨思考,能不能建立直角坐标系,引入点的坐标,然后利用坐标运算内积。这是一个突破;由形到数的思维转化;

其次,观察你做出来的平行四边形,当边AD)绕着点A)逆时针旋转时,我们仍可以保证边AB)AD)的长度不变化,

那么此时自然就会想起来“特殊化策略”,这是思维上的第二个突破;

【特殊化策略】将平行四边形ABCD)直接特殊化为矩形,以点A)为原点,分别以AB、AD)所在直线为x)轴和y)轴,建立平面直角坐标系,

则点A0,0)),点M1,4)),点N3,-4)),则overrightarrow{AM}=1,4))overrightarrow{NM}=-2,8))

overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{NM}=1,4)cdot -2,8)=-2+32=30)

例3【2018浙江六校联考,选择改编为填空】

已知向量vec{a})vec{b})是单位向量,若vec{a}cdot vec{b}=0),且|vec{c}-vec{a}|+|vec{c}-2vec{b}|=sqrt{5}),则|vec{c}+2vec{a}|)的取值范围是_________。

分析:利用向量减法的几何意义确定|vec{c}-vec{a}|+|vec{c}-2vec{b}|=sqrt{5})表达的图形和|vec{c}+2vec{a}|)的几何意义。

解法1:由于向量vec{a})vec{b})是相互垂直的单位向量,不妨采用特殊化策略,

vec{a}=1,0))vec{b}=0,1)),将向量vec{c})的起点放置在坐标原点,

|vec{c}-vec{a}|+|vec{c}-2vec{b}|)的几何意义就是向量vec{c})的终点到向量vec{a}),向量2vec{c})的终点1,0))0,2))的距离之和,

由于这两点间的距离等于sqrt{5}),故向量vec{c})的终点在以1,0))0,2))为端点的线段上,

该线段所在的直线方程为x+cfrac{y}{2}=10leq xleq 1))

|vec{c}+2vec{a}|=|vec{c}–2vec{a})|)的几何意义是向量vec{c})的终点到向量-2vec{a})的终点-2,0))的距离,

显然最大距离即为点-2,0))到点1,0))的距离3),最小距离为点-2,0))到直线x+cfrac{y}{2}=1)的距离,

此距离为d=cfrac{|-2-1|}{sqrt{1+frac{1}{4}}}=cfrac{6sqrt{5}}{5})

|vec{c}+2vec{a}|)的取值范围是[cfrac{6sqrt{5}}{5},3])

例4【2018·广州综合测试】

已知数列{a_n})为等比数列,若a_4+a_6=10),则a_7a_1+2a_3)+a_3a_9)的值为 【】

$A.10$ $B.20$ $C.100$ $D.200$

【法1】分析:a_7a_1+2a_3)+a_3a_9=a_7a_1+2a_3a_7+a_3a_9)

=a_4^2+2a_4a_6+a_6^2=a_4+a_6)^2=10^2=100)。故选C)

【法2】:特殊化策略,由于题目数列{a_n})为等比数列,a_4+a_6=10),则可以将其特殊化为a_4=a_6=5)的特殊的等比数列,即常数列,

此时a_n=5),代入运算得到a_7a_1+2a_3)+a_3a_9=100),故选C)

例5【抽象和具体】

已知某数列的前2n)项的和为2n)^3),且前n)个偶数项的和为n^24n+3)),则它的前n)个奇数项的和为【】

$A.-3n^2n+1)$ $B.n^24n-3)$ $C.-3n^2$ $D.cfrac{1}{2}n^3$

法1:抽象思考,由题目可知,S_{2n}=2n^3)),其中的前n)个偶数项的和,也就是其所有偶数项的和S_{偶}=n^24n+3)),则它的前n)个奇数项的和,也就是所有的奇数项的和S_{奇}=S_{2n}-S_{偶}=n^24n-3))。故选B)

法2:抽象化为具体,不妨令n=1),则S_{2n}=S_2),只有两项S_2=a_1+a_2),此时就容易理解前n)个偶数项的和为n^24n+3)),即就是a_2),它的前n)个奇数项的和也就是a_1),也就能容易理解所求即2n)^3-n^24n+3)=n^24n-3)),故选B)

例6【2019届宝鸡市高三理科数学质检Ⅰ第6题】
现执行如图所示的程序框图,该算法的功能是【】

A.)求两个正数a)b)的最小公倍数

B.)判断两个正数a)b)是否相等

C.)判断其中一个正数能否被另一个正数整除

D.)求两个正数a)b)的最大公约数

分析:抽象问题具体化,采用特殊化策略,

a=6)b=8),按程序框图执行,

STEP1:a
eq b)
,是,a>b),否,b=2)

STEP2:a
eq b)
,是,a>b),是,a=4)

STEP3:a
eq b)
,是,a>b),是,a=2)

STEP4:a
eq b)
,否,输出a=2)

即算法的功能是利用“更相减损术”求两个正数的最大公约数。故选D)

例7【2019届高三理科数学资料用题】【2016北京卷】

袋中装有偶数个球,其中红球和黑球各占一半,甲乙丙为三个空盒子,每次从袋中任意取出两个球,将其中一个球放入甲盒,如果这个球是红球,就将另一个球放入乙盒,否则就放入丙盒,重复上述过程,知道袋中所有球都被放入盒中,则【】

$A.乙盒中黑球不多于丙盒中黑球$ $B.乙盒中红球与丙盒中黑球一样多$
$C.乙盒中红球不多于丙盒中红球$ $D.乙盒中黑球与丙盒中红球一样多$

法1:待录

法2:特殊化策略,设袋中有两个球,红球和黑球各一个,想一想为什么可以这样?)

现取出两个球,若第一次直接将红球放入甲盒中,则黑球要放入乙盒;全部放置完毕。想一想为什么可以这样?)

则此时乙盒中红球0)个,黑球1)个;丙盒中红球0)个,黑球0)个;则排除A、D)

设袋中有四个球,红球和黑球各两个,想一想为什么可以这样?)

若第一次直接取出的两个球为红球,将红球其一放入甲盒中,则另一个红球放入乙盒;

第二次取出的两个球为黑球,将黑球其一放入甲盒中,则另一个黑球放入丙盒,全部放置完毕。

则此时乙盒中红球1)个,黑球0)个;丙盒中红球0)个,黑球1)个;则排除C)

故选B)

例8【2017-18高三理科高考冲刺模拟试题9第15题】
已知由样本数据点集合{x_i,y_i)mid i=1,2,cdots,n})求得的回归直线方程为hat{y}=1.5x+0.5),且ar{x}=3),现发现两个数据点1.1,2.1))4.9,7.9))误差较大,去除后重新求得的回归直线l)的斜率为1.2),那么,当x=2)时,y)的估计值是______。

法1:由于样本中心点ar{x},ar{y}))必在回归直线上,先代入计算得到ar{y}=5)

即原数据的样本中心点为3,5)),故sumlimits_{i=1}^{n}x_i=3n)sumlimits_{i=1}^{n}y_i=5n)

由于1.1+4.9=6)2.1+7.9=10),去除两个样本点后,

新的样本中心点的坐标ar{x}=cfrac{3n-6}{n-2}=3)ar{y}=cfrac{5n-10}{n-2}=5)

故新的样本中心点3,5))必在回归直线hat{y}=1.2x+b)上,

则有5=1.2 imes 3+b),则b=1.4)

即重新求得的回归直线l)hat{y}=1.2x+1.4)

x=2)时,代入计算得到hat{y}=1.2 imes 2+1.4=3.8)

法2:特殊化策略,将样本数据点的个数认定为5)个,其他的计算仿上完成。

例9【特殊化策略】

设椭圆cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1a>b>0))上的动点Q),过动点Q)做椭圆的切线l),过右焦点做l)的垂线交l)于点P),则点P)的轨迹方程为【】

$A.x^2+y^2=a^2$ $B.x^2+y^2=b^2$ $C.x^2+y^2=c^2$ $D.x^2+y^2=e^2$

分析:由于点Q)是椭圆上的任意一个动点,不妨取其在椭圆的四个特殊位置来思考,当点Qa,0))时,过动点Q)做椭圆的切线l:x=a),过右焦点做l)的垂线为y=0),则点Pa,0)),代入验证,只有选项A)满足;当点Q0,b))时,过动点Q)做椭圆的切线l:y=b),过右焦点做l)的垂线为x=c),则点Pc,b)),代入验证,也只有选项A)满足;故用特殊化策略可知,选A)

解后反思:如果本题目直接求解,可能会很麻烦,由此也体现出特殊化策略在解选择题时的便捷性。

例10【2019届宝鸡文数质检Ⅲ第10题】在 riangle ABC)中,AB=AC=2sqrt{2})overrightarrow{DB}=3overrightarrow{AD}),连接CD)并取线段CD)的中点为F),则overrightarrow{AF}cdot overrightarrow{CD})的值为________。

分析:当 riangle ABC)为等边三角形,或是等腰直角三角形时,题目中的条件仍然不变化,故可以采用特殊化策略,

比如 riangle ABC)为等腰直角三角形,以A)为坐标原点建系,然后利用相应点的坐标计算。-cfrac{15}{4})

例11【2019届宝鸡文数质检Ⅲ第10题】已知M)N)是椭圆cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1) a>b>0))上关于原点对称的两个点,P)是椭圆上任意一点,直线PM)PN)的斜率分别是k_1)k_2),若|k_1k_2|=cfrac{1}{4}),则椭圆的离心率为【】

$A.cfrac{1}{2}$ $B.cfrac{sqrt{2}}{2}$ $C.cfrac{sqrt{3}}{2}$ $D.cfrac{sqrt{2}}{3}$

分析:采用特殊化策略求解,由于点M)N)是椭圆cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1) a>b>0))上关于原点对称的任意的两个点,那么就可以特殊化为椭圆的左右两个顶点,又点P)是椭圆上任意一点,那么就可以特殊化为椭圆上的上顶点,

那么如何让他们满足题目的条件呢,我们可以这样想,只要调整椭圆的三个参数恰当,就可以让其满足题目的条件,这样在这种特殊条件下,

k_1=k_{PM}=cfrac{y_2-y_1}{x_2-x_1}=cfrac{b-0}{0+a})k_2=k_{PN}=cfrac{b-0}{0-a})

|k_1k_2|=|cfrac{b^2}{-a^2}|=cfrac{b^2}{a^2}=cfrac{1}{4}),故a^2=4b^2)c^2=a^2-b^2=3b^2)

e^2=cfrac{c^2}{a^2}=cfrac{3b^2}{4b^2}=cfrac{3}{4}),故e=cfrac{c}{a}=cfrac{sqrt{3}}{2})。故选C)

例12设平行四边形ABCD)中,E)CD)的中点,F)AE)的中点,且overrightarrow{BF}=moverrightarrow{AB}+noverrightarrow{AD}),则m+n)= 【】

$A.cfrac{1}{4}$ $B.1$ $C.-cfrac{1}{4}$ $D.-1$

法1:基向量法,选C).

法2:将平行四边形特殊化为矩形,比如长为2,宽为1的矩形,再建系求解,选C).

例17三棱锥P-ABC)中, riangle ABC)为等边三角形,PA=PB=PC=3)PAperp PB),则三棱锥P-ABC)的外接球的表面积为__________。

分析:补体并特殊化为为正方体的一个角,如图所示,

则体对角线长为3sqrt{3}),即R=cfrac{3sqrt{3}}{2}),故S_{表}=4pi R^2=27pi).

例13【2019届高三理科数学三轮模拟试题】已知在平面四边形MNPQ)中,overrightarrow{MP}=2,4))overrightarrow{NQ}=-4,4)),则overrightarrow{MN}cdot overrightarrow{PQ})的最小值为_________.

分析:特殊化策略,由于平面向量是自由向量,故我们可以将点M)平移到坐标原点,将点N)放置到x)轴上,

故点M0,0))Nx,0)),则点P2,4)),可以计算得到点Qx-4,0))

overrightarrow{MN}=x,0))overrightarrow{PQ}=x-6,-4))

overrightarrow{MN}cdot overrightarrow{PQ}=x,0)cdotx-6,-4)=xx-6)=x-3)^2-9)

故当x=3)时,其有最小值为-9)

例9【2017cdot)全国卷3理科第12题】函数fx)=mx^2-2x+1)有且只有一个正实根零点,则实数m)的取值范围是【】

$A.-infty,0)$ $B.-infty,0]cup{1}$ $C.-infty,0)cup{1}$ $D.-infty,1]$

【法1】:验证法;

m=0),则由-2x+1=0)可得一个正实根x=cfrac{1}{2}),故m=0)满足题意,排除C)

m=1),则由x-1)^2=0)可得一个正实根x=1),故m=1)满足题意,排除D)

m=cfrac{1}{2}),则由cfrac{1}{2}x^2-2x+1=cfrac{1}{2}x-2)^2-1=0)可得两个正实根x=2pmsqrt{2}),排除A)

故选B).

【法2】:分类讨论法;

注意到函数fx)=mx^2-2x+1)为仿二次函数,故想到需要分类讨论,令fx)=mx^2-2x+1=0),注意隐含条件f0)=1)

1^{circ})m=0)时,由-2x+1=0)可得一个正实根x=cfrac{1}{2}),故m=0)满足题意;

2^{circ})m>0)时,抛物线开口向上,f0)=1),对称轴为x=cfrac{1}{m}>0),只能Delta=4-4m=0)

可得一个正实根x=cfrac{1}{m}),解得m=1)

3^{circ})m<0)时,抛物线开口向下,f0)=1),对称轴为x=cfrac{1}{m}<0)

要满足题意只需Delta=4-4m>0)即可,解得m<0)

综上所述,m)的取值范围为-infty,0]cup{1}),选B。

【法3】:分离参数法,由于函数有且只有一个正零点,

x>0)时,分离参数得到m=cfrac{2x-1}{x^2}x>0))

要使得原函数有且只有一个正零点,只需要函数y=m)和函数gx)=cfrac{2x-1}{x^2}x>0))

x>0)时的图像的交点有且仅有一个即可。

用导数研究函数gx)=cfrac{2x-1}{x^2}x>0))的单调性,然后做出简图,此处简略。

在同一坐标系中,做出函数y=m)gx)=cfrac{2x-1}{x^2}x>0))图像

由图像可得,m)的取值范围为-infty,0]cup{1})

补充:用导数研究函数gx)=cfrac{2x-1}{x^2})的单调性,

g’x)=cfrac{-2x^2-1)}{x^4})

g’x)>0)解得0<x<1);令g’x)<0)解得x>1)

故函数gx))在区间0,1])上单调递增,在区间[1,+infty))上单调递减,

g1)=1),然后就能手动做出函数图像

例6【抽象问题具体化】从一堆产品正品与次品都多于2)件)中任取2)件,观察正品件数和次品件数,则下列说法:

①“恰好有1)件次品”和“恰好2)件都是次品”是互斥事件;

②“至少有1)件正品”和“全是次品”是对立事件;

③“至少有1)件正品”和“至少有1)件次品”是互斥事件但不是对立事件;

④“至少有1)件次品”和“全是正品”是互斥事件也是对立事件;

其中正确的有【① ② ④】;

分析:假设正品有A、B、C)三件,次品有D、E、F)三件[具体化时,数目刚满足题意即可,越少越好],依次得到选项中的各事件;

在选项①中,“恰好有1)件次品”包括A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))共9个基本事件;“恰好2)件都是次品”包括D,E))D,F))E,F))共3个基本事件,这两个事件是互斥事件,故①正确;

在选项②中,“至少有1)件正品”包括A,B))A,C))B,C))A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))共12个基本事件;“全是次品”包括D,E))D,F))E,F))共3个基本事件,这两个事件的交集为空集,并集为全集[C_6^2=15)],因此是对立事件,故①正确;

在选项③中,“至少有1)件正品”包括A,B))A,C))B,C))A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))共12个基本事件;“至少有1)件次品”包括A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))D,E))D,F))E,F))共12个基本事件;这两个事件并不是互斥事件,故③错误;

在选项④中,“至少有1)件次品”包括A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))D,E))D,F))E,F))共12个基本事件;“全是正品”包括A,B))A,C))B,C))共3个基本事件,这两个事件的交集为空集,并集为全集[C_6^2=15)],故④正确;

综上所述,填写① ② ④

解题策略:抽象问题具体化。

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风君子

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