構(gòu)造方法是直覺主義學(xué)派倡導(dǎo)的觀點方法,就是根據(jù)題設(shè)條件和結(jié)論所具有的特征、性質(zhì),按照某種固定的方式構(gòu)造出滿足條件或結(jié)論的數(shù)學(xué)對象,經(jīng)過有限步驟能夠?qū)崿F(xiàn)的方法.這種方法具有描述的直觀性和現(xiàn)實的可操作性.
基本思路當(dāng)某些問題按常規(guī)方法難以解決時,根據(jù)條件和結(jié)論的特征、性質(zhì)展開聯(lián)想、類比,從一個目標(biāo)聯(lián)想到我們曾經(jīng)使用過并能達到目的的方法手段,進而構(gòu)造出解決問題的特殊模式[1].
構(gòu)造法可按照要解決的問題的方向、構(gòu)造物及作用等標(biāo)準(zhǔn)劃分,本文以構(gòu)造物的作用劃分成以下幾種類型.
一、構(gòu)造函數(shù)
證明柯西不等式
?。╝b)≤(a)(∑b)?搖?搖?搖?搖(a,b∈R)
分析:要證明的形式即
?。╝b+ab+…+ab)≤(a+a+…+a)(b+b+…+b)
形式與二次方程判別式相近,啟發(fā)我們構(gòu)造多項式函數(shù)P(x)=(a+a+…+a)x-2(ab+ab+…+ab)x+(b+b+…+b).
容易看出P(x)=(ax-b)+(ax-b)+…+(ax-b)≥0
所以判別式△=4(ab+ab+…+ab)-4(a+a+…+a)(b+b+…+b)≤0
即結(jié)論成立.
二、構(gòu)造方程
例:已知a,b為不相等的實數(shù),且有a+3a+1=0,b+3b+1=0,試求+的值.
因a、b均有兩個不同的值,若要分別求出的值分類計算時要做四次運算,相當(dāng)繁瑣,注意到滿足同一條件,因而可考慮以為二根的一元一次方程x+3x+1=0.由韋達定理得a+b=-3,ab=1后整體代入,問題便迎刃而解.
例:已知(a+c)-4(a-b)(b+c)=0,求證a-c=2b.
分析:條件類似于b-4ac=0,聯(lián)想到以此為判別式的一元二次方程x-(a+c)x+(a-b)(b+c)=0有等根,即a-b=b+c,得a-c=2b.
三、構(gòu)造模型
證明:C=C+C
可構(gòu)造如下模型:
在a,a…a中任取n+1個元素,有C種取法,取出的n+1個元素中是否含有某一指定元素如a,有且只有兩種情形:
含a:只需a在a到這m個元素中取出n個,有C種取法.
不含a:只需a在到a這m個元素中取出n+1個,有C種取法.
由分類計數(shù)原理共有C+C種結(jié)論得證.
四、構(gòu)造圖形
課本中推導(dǎo)兩角和與差的余弦公式時根據(jù)三角函數(shù)的定義在單位圓中構(gòu)造了兩個全等的等腰三角形,由此可見其作用之重要,下面說明幾種構(gòu)造圖形的常見方法.
4.1構(gòu)造兩點間的距離。
例:已知x+y=1,求證(x+1)+(y+1)≥.
分析:考慮到以x+y=1為方程的動點M(x,y)的軌跡是條直線,而(x+1)+(y+1)為M(x,y)到定點P(-1,-1)的距離的平方,因而問題為P到直線x+y=1上的點的最小距離,即為到直線的距離,故
?。▁+1)+(y+1)≥=
∴(x+1)+(y+1)≥.
4.2構(gòu)造兩點確定的直線斜率。
例:求函數(shù)y=的值域.
考慮此式的幾何意義是以(cosx,sinx)為坐標(biāo)的動點M與定點P(2,0)確定的直線斜率,而動點M的軌跡是單位圓,以形輔數(shù)的f(x)的值域是[-,-].
4.3構(gòu)造點到直線的距離公式。
例:a,x,y∈R且x+y=1,證明:-≤y-ax≤.
注意到x+y=1表示以坐標(biāo)原點為圓心的單位圓,直線y=ax即ax-y=0過圓心,因而圓上一點(x,y)到直線的距離d=≤1,即得-≤y-ax≤.
4.4構(gòu)造三角形,應(yīng)用正余弦定理。
例:設(shè)x>0,y>0,z>0,求證:+>.
因為x,y,z>0且=表示以x,y為邊,夾角為60°的三角形的第三邊,其余兩個式子具有類似意義。構(gòu)造以O(shè)為定點的四面體O-ABC,使OA=x,OB=y,OC=z且∠AOB=∠BOC=∠AOC=60°.
則AB=
BC=
AC=
由于△ABC中AB+BC>AC,即證題設(shè)不等式.
4.5構(gòu)造二次曲線,根據(jù)定義解決相關(guān)問題。
例:分別以6,7,9;6,8,8;6,6,10為三邊的三角形中,面積最大的一組邊長是?搖?搖 ?搖?搖.
解:考慮到三個三角形都有一邊長是6,另兩邊之和等于16,由橢圓的定義知另一頂點在焦距長為6,長軸長為8的橢圓上,當(dāng)另一頂點為短軸端點時,到對邊的距離最大,即面積最大的一組邊長是6,8,8.
最后需要說明的是,構(gòu)造方法具有很大的靈活性,針對問題如何構(gòu)造,這與個體的數(shù)學(xué)知識和經(jīng)驗密切相關(guān).只有長期觀察積累,逐漸內(nèi)化為自己的經(jīng)驗,應(yīng)用起來才會得心應(yīng)手.
參考文獻:
?。?]孫名符等.數(shù)學(xué)教育學(xué)原理.北京:科學(xué)出版社,1996.
注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文