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構(gòu)造數(shù)學(xué)模

2011-12-29 00:00:00沈松峰
考試周刊 2011年23期


  三角問(wèn)題包括三角公式、三角函數(shù)、解三角形等內(nèi)容,是高中數(shù)學(xué)重要考試內(nèi)容之一。在解答三角問(wèn)題中,經(jīng)常遇到一類運(yùn)算量大而且計(jì)算繁瑣的習(xí)題,學(xué)生在計(jì)算時(shí)經(jīng)常有畏難的情緒,結(jié)果不是計(jì)算不出來(lái)便是計(jì)算錯(cuò)誤。有時(shí)為了避免繁瑣的計(jì)算,若能從題目所給條件中抓住其本質(zhì)特征,構(gòu)造數(shù)學(xué)模型,其解答過(guò)程就變得簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確,往往能收到很好的效果。構(gòu)造數(shù)學(xué)模型是一種比較重要、靈活的思維方式,沒(méi)有固定的模式。在解題中要想用好它,需要有敏銳的觀察、豐富的聯(lián)想、靈活的構(gòu)思、創(chuàng)造性的思維等能力。應(yīng)用好構(gòu)造思想解題的關(guān)鍵有二:一是要有明確的方向,即為什么目的而構(gòu)造;二是弄清條件的本質(zhì)特點(diǎn),以便重新進(jìn)行邏輯組合。下面舉例說(shuō)明。
  1.構(gòu)造直角三角形
  例1.設(shè)x∈[,],求證:cscx-ctgx≥-1。
  分析:由、1聯(lián)想等腰直角三角形,不仿構(gòu)造一個(gè)等腰直角三角形來(lái)研究。
  證明:作Rt△ABC,令∠C=90°,AC=1,在AC上取一點(diǎn)D,記∠CDB=x,則BD=cscx,CD=ctgx,AD=1-ctgx,利用AD+DB≥AB=,可得cscx-ctgx≥-1,等號(hào)僅在x=時(shí)成立。
  2.構(gòu)造單位圓
  例2.若0<β<α<,求證:α-β<tgα-tgβ。
  分析:構(gòu)造單位圓,借助三角函數(shù)線與三角函數(shù)式的關(guān)系,把數(shù)的比較轉(zhuǎn)化為幾何圖形面積的比較。
  證明:作單位圓O,AP=β,AP=α,∴PP=α-β,AT=tgβ,AT=tgα,S=tgα,S=tgβ。
  由于S=α,S=β,
  ∴S=(α-β),S=tgα-tgβ,
  則S>S,
  即(α-β)<(tgα-tgβ),所以α-β<tgα-tgβ。
  3.構(gòu)造相似三角形
  例3.在△ABC中,已知2b=a+c,且a<b<c,∠C-∠A=90°,求sinA∶sinB∶sinC的值。
  分析:由∠C-∠A=90°可想到相似三角形,根據(jù)相似三角形性質(zhì)及勾股定理來(lái)求出三邊之比。
  解:在△ABC中,在AB上取一點(diǎn)D,滿足∠ACD=90°,可得∠BCD=∠A,△ABC∽△CBD,得y=,x=。
  在Rt△ABD中,(c-y)=x+b,又2b=a+c,
  即得3a-8ac+3c=0,解得a=c,
  又b=(a+c)=c,所以a∶b∶c=c∶c∶c,
  得sinA∶sinB∶sinC=a∶b∶c=(-1)∶∶(+1)。
  4.構(gòu)造幾何圖形
  例4.化簡(jiǎn):tg67°30′-tg22°30′
  分析:該題無(wú)從直接下手,考慮到22°30′是45°的一半,并且與67°30′互余,可構(gòu)造等腰直角三角形。
  解:如圖,作等腰Rt△ABC,∠C為直角,
  作∠BAC的平分線AD,交BC于D,則∠DAC=22°30′,∠ADC=67°30′,且=。
  設(shè)AC=BC=1,則AB=,故=?圯CD=-1,
  則tg67°30′-tg22°30′=-=--1=2。
  5.構(gòu)造對(duì)偶式
  例5.求值:sin6°sin42°sin66°sin78°
  解:設(shè)M=sin6°sin42°sin66°sin78°,構(gòu)造N=cos6°cos42°cos66°cos78°,
  則MN=sin12°sin84°sin132°sin156°=cos78°cos6°cos42°cos66°=N,
  約去N,得M=,即sin6°sin42°sin66°sin78°=.
  6.構(gòu)造數(shù)列
  例6.已知sinA+cosA=,A∈(0,π),求tanA。
  分析:利用兩個(gè)函數(shù)的和為定值可以構(gòu)造等差數(shù)列。
  解:∵sinA+cosA==2×,∴sinA、、cosA成等差數(shù)列,設(shè)公差為d,
  則sinA=-d,cosA=+d.
  ∵sinA+cosA=1,知d=±(d=舍去),
  當(dāng)d=-,sinA=,cosA=-,
  ∴tanA=-.
  7.構(gòu)造方程
  例7.在△ABC中,求證:cosAcosBcosC≤。
  分析:證明或者解三角不等式可以構(gòu)造方程,運(yùn)用方程的有解的條件及三角函數(shù)的有界性進(jìn)行合適的轉(zhuǎn)化來(lái)進(jìn)行。
  證明:設(shè)y=cosAcosBcosC,
  則:2y=2cosAcosBcosC=[cos(A+B)+cos(A-B)]cosC=[-cosC+cos(A-B)]cosC
  整理得:cosC-cos(A-B)cosC+2y=0,這可視為關(guān)于cosC的一元二次方程。
  ∵∠C為△ABC的內(nèi)角,cosC為實(shí)數(shù),∴△=cos(A-B)-8y≥0,
  則8y≤cos(A-B)≤1,得y≤,即:cosAcosBcosC≤。
  8.構(gòu)造函數(shù)表達(dá)式
  例8.已知x、y∈[-,],a∈R,且x+sinx-2a=04y+sinycosy+a=0,求cos(x+2y)。
  分析:由x+sinx與2(4y+sinycosy),這兩部分形式完全類似,由此可構(gòu)造函數(shù)形式。
  解:設(shè)f(t)=t+sint,t∈[-,],易證f(t)在[-,]上為單調(diào)遞增。又題中條件變?yōu)閒(x)-2a=0f(-2y)-2a=0,得f(x)=f(-2y),所以x=-2y,cos(x+2y)=1。
  構(gòu)造法解題是一種富有創(chuàng)造性的思維活動(dòng),一種數(shù)學(xué)形式的構(gòu)造絕不是單一的思維方式,而是多種思維方式交叉、聯(lián)系、融匯在一起共同作用的結(jié)果。上述所列舉的各類思維構(gòu)造,僅是對(duì)構(gòu)造形式的區(qū)分,旨在通過(guò)揭示構(gòu)造法思維方式,教會(huì)學(xué)生如何去構(gòu)造。

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