从成题中获得启发

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  命题者比我们多走了一步就会有新题出现,这也是近几年高考命题人员常用的技巧与方法,我们在平时学习中要善于发现,运用试验、归纳、类比的思想,对典型的例题进行推广等深入研究,往往会得到更大的发现。
  例1若集合A1,A2满足A1∪A2=A,称(A1, A2)是集合A的一个分拆,当且仅当A1=A2时,(A1, A2)与(A2, A1)是同一个分拆。若A={a1, a2},则符合条件的A1,A2共有()
  A. 4种B.7种
  C.9种D.16种
  解析:通过列表枚举
  A1φ{a1}{a2}{a1, a2}A2{a1,a2}{a2},
  {a1,a2}{a1},
   {a1,a2}{a1},{a2},
  {a1,a2}于是选C.
  解题回顾:本题是阅读理解题,解题时也可以先考虑A={a1},得出3种分拆。当A={a1, a2}时,将a2放入上述三种分拆中的任一种(A1, A2),有三种放法,(A1∪{a2}, A2),(A1, A2∪{a2}),(A1∪{a2}, A2∪{a2}),从而求出有9种.
  引申一:若集合A1,A2满足A1∪A2=A,称(A1, A2)是集合A的一个分拆,当且仅当A1=A2时,(A1, A2)与(A2, A1)是同一个分拆,若A={a1, a2, …, an}(n∈N+),试探究符合条件的(A1, A2)的分拆数.
  探究过程:n=1时,有3种;n=2时,有9种;n=3时,在n=2的基础上,增加元素a3,将a3放入n=2的任意一个分拆中变为3种分拆,即(A1∪{a3}, A2),(A1, A2∪{a3}),({A1∪{a3}, A2∪{a3}),于是n=3时,有3×9=27种分拆。
  猜想得:A={a1, a2,…, an}的分拆的总数为3n.
  证明如下:证法一(数学归纳法):
  (1) 当n=1时,猜想成立;
  (2) 假设n=k(k≥1)时,猜想成立,即{a1, a2,…, ak}=A1∪A2对应的分拆有3k种.
  当n=k+1时,在{a1, a2,…, ak}中增加一个元素ak+1,将ak+1放入上述的任一个分拆中都可以得{a1, a2,…, ak, ak+1}的分拆,有(A1∪{ak+1}, A2),(A1, A2∪{ak+1}),({A1∪{ak+1}, A2∪{ak+1}),于是一种分拆变为3种分拆。所以,原来3k种分拆变为3×3k=3k+1种分拆.
  ∴ 当n=k+1时,猜想也成立.
  由(1),(2)知,A={a1, a2,…, an}=A1∪A2的分拆总数为3n.
  证法二(递推法):
  设A={a1, a2,…, an}=A1∪A2的分拆(A1, A2)的种数为xn种,且x1=3,x2=9,
  当A={a1, a2,…, an+1}=A1∪A2时,在{a1, a2,…, an}增加一个元素an+1,将它放入原来的任一个分拆(A1, A2)中,有3种方法(仅放入A1、仅放入A2、同放入A1,A2中),即原来的一个分拆变成3个分拆,于是共有3xn种分拆。∴xn+1=3xn,且x1=3。∴数列{xn}是G•P,通项公式为xn=3n,故A={a1, a2,…, an}共有3n种分拆。
  引申二:若集合A1,A2,A3满足A1∪A2∪A3=A,称(A1, A2, A3)是集合A的一个分拆,当且仅当A1=A2=A3时,(A1, A2, A3)=(A2, A1, A3)是同一种分拆,若A={a1, a2,…, an}(n∈N+),试探究符合条件的(A1, A2, A3)的分拆数.
  解析:设{a1, a2,…, an}=A1∪A2∪A3的分拆数为xn,
  当n=1时,用枚举法可得x1=7,
  当集合A中有n+1个元素,即在原来基础上增加一个元素an+1时,将an+1放入原来的任一个分拆(A1, A2, A3)中,共有C13+C23+C33=23-1分拆,即一种分拆变为23-1种分拆,∴xn+1=7xn,且x1=7,
  ∴ {xn}是等比数列,∴xn=7n,
  即{a1, a2,…, an}=A1∪A2∪A3有7n种分拆.
  引申三:若集合A1,A2,…,Ak(k∈N+,k为常数)满足A1∪A2∪…∪Ak=A,称(A1, A2,…, Ak)是集合A的一个分拆,当且仅当A1=A2=…=Ak时,(A1, A2,…, Ak)=(A2, A1,…, Ak)是同一种分拆,若A={a1, a2,…, an}(n∈N+),试探究符合条件的(A1, A2,…, Ak)的分拆数.
  解析:当A为空集时,只有一种分拆。当A={a1}时,将a1放入上述的一种分拆中,有C1k+C2k+…+Ckk=2k-1种分拆.
  设{a1, a2,…, an}的分拆数有xn种,
  ∴x1=2k-1,
  当{a1, a2,…, an, an+1}时,将an+1放入{a1, a2,…, an}的任一种分拆,于是原来一种分拆{A1, A2,…, Ak}变为C1k+C2k+…+Ckk=(2k-1)种分拆,∴xn+1=(2k-1)xn,且x1=2k-1,∴数列{xn}是等比数列,∴xn=(2k-1)n,∴{a1, a2,…, an}=A1∪A2∪…∪Ak共有(2k-1)n种分拆.
  例2已知非空集合M满足:① M{1, 2, 3, 4, 5},②若a∈M,则6-a∈M,则集合M的个数为()
  A. 3B. 4
  C. 6D. 7
  解析:用枚举法可以得M={3},M={1, 5},M={2, 4},M={1, 3, 5},M={2, 3, 4},M={1, 2, 4, 5},M={1, 2, 3, 4, 5},故选D.
  从批改学生作业过程中可以看出,学生选A较多,而且直接写出{3}, {1, 5}, {2, 4},而忽视了三元素集合、四元素集合和五元素集合.
  引申一:已知非空集合M满足:① M{1, 2, 3,…, n}(n∈N+);② 若a∈M,则(n+1)-a∈M,试探究集合M的个数.
  解析:当n=1, 3, 5时,M中可以是单元素集合,n=2, 4, 6时,集合M不能是单元素集合。从原题上看,找出单元素集和两个元素集合,然后从二元素集合中选一个,二个,三个,…分别并成一组即得到四元素集合,六元素集合….当有单元素集合时,分别再加进去就可以了,于是对n进行奇偶性分类.
  (1) 当n=2k+1(k∈N)时,M的可能性有:
  单元素集合为{k+1}有1个;二元素集合有{1, 2k+1}, {2, 2k},…, {k, k+2}共有k个,从二元素集合中任选1个与单元素集合并在一起得三元素集合,有C1k个三元素集合,从二元素集合中任选两个再并集,得到四元素集合有C2k个四元素集合,将单元素集合与四元素集合并集,得到C2k个五元素集合,…,依此类推,2k元素集合有Ckk个,(2k+1)个元素集合有Ckk个.
  共有1+2(C1k+C2k+…+Ckk)=2×2k-1=2×2k-1=2×2n-12-1=2n+12-1个.
  (2) 当n=2k(k∈N+)时,M的可能性有:
  两元素集合有{1, 2k}, {2, 2k-1},…, {k, k+1},
  于是,从二元素集合中任选r个集合并成一个集合得到2r元素集合,有Crk种选法。(r=1, 2, 3,…, k),
  共有C1k+C2k+C3k+…+Ckk=2k-1=2n2-1个.
  综上所述:集合M的个数为:当n为奇数时,个数为2n+12-1;当n为偶数时,个数为2n2-1.
  引申二:已知非空集合M满足① M{a1, a2,…, an}(n∈N+);② 若a∈M,则a1+an-a∈M,其中a1,a2,…,an是等差数列,公差不为0,试探究集合M的个数.
  用上述方法可得:集合M的个数为2n+12-1,n为奇数,
  2n2-1,n为偶数.
  引申三:已知非空集合M满足① M{a1, a2,…, an}(n∈N+);其中a1,a2,…,an是等比数列,公比不为1;② 若a∈M,则a1ana∈M,试探究集合M的个数。
  仿照上述方法可得集合M的个数为2n+12-1,n为偶数,
  2n2-1,n为偶数.
  通过上述两道例题的深入研究,可以让学生的思路更加开阔,使学生学会如何探究问题,学会归纳类比一些问题,真正地凸现新课标的思想.让广大师生在陈题中寻找新的规律,创造性地发现.
  
  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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