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將解題研究進行到底

2016-06-15 12:28陳志華
中學課程輔導高考版·學生版 2016年6期
關鍵詞:英語書題意圖象

我們在解決數(shù)學問題時,通常習慣于直接“背”住一些題型和方法,當再次遇見一個相似問題時,再用已有的方法去“套”.這種解題模式只是局限于把題目解出來,自己對題目一般不會產生新的看法和巧妙的解法.而由于數(shù)學問題千變萬化,自然決定了解題思路沒有固定不變的解題模式,況且同一問題的解決也會存在多種不同的解題思路.要想既快又準地解題,總用一套固定的方案是行不通的,只有對數(shù)學思想、數(shù)學方法理解透徹及融會貫通時,我們自身的數(shù)學頭腦和眼光才會變得更加開闊.下面就自己解題以及研題的心得和大家做一些分享,以期對同學們有所幫助.

一、善于觀察和聯(lián)想

任何一道數(shù)學題,其條件的結構特點以及數(shù)據(jù)特點之間都是有內在聯(lián)系的,若想快速準確地解決題目,就需要依據(jù)題目的具體特征,對題目進行深入的、細致的、透徹的觀察,然后認真思考,透過表面現(xiàn)象看其本質,這樣才能確定解題思路,找到解題方法.

例1已知函數(shù)f(x)=ax3-3x-4,x>m(4-a)x+8,x≤m,若存在m,使得函數(shù)f(x)在R上為增函數(shù),則a的取值范圍為.

解析:此題乍一看很難找到思路,但是若對三次函數(shù)圖象熟悉的話就可知,三次函數(shù)在正無窮處必然為增函數(shù)且位于直線上方,故由題意可得,兩段函數(shù)在無窮處均為增函數(shù)即可,故a∈(0,4).

例2已知函數(shù)f(x)=sinx-acosx+2+bx在R上有最大值1,則a+b=.

解析:看到這類題的第一想法往往是求導,但是這題用導數(shù)解的話非常困難,但若注意到當b≠0時,無窮處函數(shù)值必為無窮,與題意矛盾,即可得b=0.此時,f(x)=sinx-acosx+2,看作點(-2,a)與單位圓上一點(cosx,sinx)的連線斜率即可.作圖易得a=0.即a+b=0.

上述幾個題的方法有點“好做題不求甚解”的味道,在平時的解題訓練中,是不提倡這樣的做法的,但是在應試時,若能根據(jù)數(shù)據(jù)之間的關系或者式子的結構特點來快速的找到解題規(guī)律,是可以節(jié)省大量時間的,且能保證正確率.

二、靈活運用數(shù)學宏觀思想

數(shù)學思想是解題方法的靈魂,缺乏數(shù)學思想指導的解題方法是沒有“神韻”的.所以,融會貫通數(shù)學思想,理解透徹解題方法中所蘊含的思想本質,是提高解題效率的有效途徑.

下面以常見的幾種數(shù)學思想為例,談一談它們在解題時的靈活運用:

1.轉化與化歸的思想

轉化是解數(shù)學題的一種十分重要的思維方法.那么怎樣轉化呢?概括地講,就是把復雜問題轉化成簡單問題,把抽象問題轉化成具體問題,把未知問題轉化成已知問題.在解題時,觀察具體特征,聯(lián)想有關問題之后,就要尋求轉化關系.恰當?shù)霓D化使問題變得熟悉、簡單.

例3若a2+9-3a+b2+9-3b=a2+b2+ab,則ab最小值為.

解析:此題若按常規(guī)方程來理解,兩個變量之間的關系是不明朗的,故若按方程問題處理的話顯然不容易得到解題思路.但是觀察式子結構可知,根號內的三個式子恰符合三角形余弦定理.故原題轉化為:如圖在△ABC中,AC=b,BC=a,CD=3,∠BCD=∠ACD=π3,求ab最小值.則可由面積公式12absin2π3=12×3asinπ3+12×3bsinπ3,

即ab=3a+3b≥6abab≥36.

例4若實數(shù)a、b滿足a-4b=2a-b,則a的取值范圍是.

解析:此題和上題相仿,在處理含有根號的方程或不等式時,我們的期望往往是想辦法去掉根號,故可設b=x≥0,a-b=y≥0,則a=x2+y2.故原題轉化為:已知x2+y2-4x=2y(x≥0,y≥0),求x2+y2的取值范圍.由條件變形可得(x-2)2+(y-1)2=5(x≥0,y≥0),幾何意義為一段圓弧,而x2+y2的幾何意義為點(x,y)到原點距離的平方,結合圖象可知a=x2+y2∈{0}∪[4,20].

在解題中,每一個步驟的命題轉換就是一次轉化與化歸的過程,甚至把轉化與化歸的思想作為數(shù)學解題的首要思想也毫不為過.要想做到快速準確的轉化,我認為至少需要具備兩個先決條件:1.對教材概念和知識模型有足夠的熟悉;2.具備足夠的觀察和聯(lián)想能力.

2.數(shù)形結合的思想

我國著名數(shù)學家華羅庚曾說過:“數(shù)缺形時少直觀,形少數(shù)時難入微;數(shù)形結合百般好,隔離分家萬事休”.數(shù)學中,數(shù)和形是兩個最主要的研究對象,它們之間有著十分密切的聯(lián)系,在一定條件下,數(shù)和形之間可以相互轉化,相互滲透.

例5設函數(shù)f(x)滿足f(x)=f(3x),且當x∈[1,3)時,f(x)=lnx.若在區(qū)間[1,9)內,存在3個不同的實數(shù)x1,x2,x3,使得f(x1)x1=f(x2)x2=f(x3)x3=t,則實數(shù)t的取值范圍為.

解析:∵f(x)=f(3x),∴f(x)=f(x3),當x∈[3,9)時,x3∈[1,3),∴f(x)=lnx3,在直角坐標系內作出函數(shù)f(x)的圖象,而f(x)x表示該圖象上的點與原點的連線的斜率.圖象上的點(9,ln3)與原點的連線的斜率為ln39;當過原點的直線與曲線f(x)=lnx3,x∈[3,9)相切時,斜率為13e(利用導數(shù)解決).∴由圖可知,滿足題意得實數(shù)t的取值范圍為(ln39,13e).

雖然數(shù)形結合是一個解決題目的有力武器,但也要注意,嚴格意義上來講,畫圖是為了找到代數(shù)思路,最終的求解一定要用嚴格的代數(shù)過程來驗證圖形特點.若直接用圖形的直觀感覺來代替代數(shù)論證,則易出現(xiàn)思維不嚴密或解題出錯,易犯“想當然”的錯誤.

例6已知函數(shù)f(x)=sinx,x∈(-π2,π2),g(x)=tanx,x∈(-π2,π2),則方程f(x)=g(x)的實數(shù)根的個數(shù)為.

解析:很多同學在解決此題時,容易畫出一個錯誤的圖象,如右圖,然后得到答案為3.事實上,令sinx=tanx,可解得sinx=0或cosx=1,故f(x)=g(x)在區(qū)間(-π2,π2)內有且僅有一個實根.畫出這個錯誤圖象的同學就犯了畫圖時“想當然”的錯誤,只注意圖象的直觀感覺,而忽視了代數(shù)論證過程.若對兩個函數(shù)求導不難發(fā)現(xiàn),f′(0)=g′(0)=1,即兩個函數(shù)在x=0處是相切的,此時再由圖象就容易得到有且僅有一個根了.

3.分類與整合的思想

分類討論是一種邏輯方法,是一種重要的數(shù)學思想,同時也是一種重要的解題策略,它體現(xiàn)了化整為零、積零為整的思想與歸類整理的方法.有關分類討論思想的數(shù)學問題具有明顯的邏輯性、綜合性、探索性,能訓練人的思維條理性和概括性.進行分類討論時,我們要遵循的原則是:分類的對象是確定的,標準是統(tǒng)一的,不遺漏、不重復,科學地劃分,分清主次,不越級討論.其中最重要的一條是“不漏不重”.

例7三本不同的外語書,兩本不同的數(shù)學書,兩本不同的語文書,排成一排,要求相同科目的書不相鄰,問有幾種排法?

解析:分類討論年年考,但是年年考不好,歸根結底,是同學們對分類的標準把握不好,或者討論時易重易漏,排列組合就是一個典型的例子.如上題,由于外語書最多,所以先把外語書排好,排列種數(shù)為A33,數(shù)學書和語文書的排列方法分類討論如下:

1.若先用數(shù)學書把外語書隔開,排列數(shù)為A22種,此時語文書只要在六個空格中選兩個進行排列即可,故為A26,即此時排列數(shù)為A22·A26.

2.若只有一本數(shù)學書把英語書隔開,則選擇一本數(shù)學書為C12,英語書之間的兩個空選擇一個放數(shù)學,同樣為C12,英語書兩頭選擇一個放剩下的一本數(shù)學書,依然為C12,此時從兩本語文書中選擇一本隔開英語書的另外一個空,為C12,則剩下的一本語文書只需從五個空中選擇一個就可以,為C15,即此時排列種數(shù)為C12·C12·C12·C12·C15.

3.若兩本數(shù)學書都沒把英語書隔開,則兩頭放數(shù)學書,排列數(shù)為A22,此時需要用語文書隔開英語書,故為A22,即此時的排列數(shù)為A22·A22.

4.若兩本數(shù)學書全放在兩本英語書之間,則數(shù)學書排列數(shù)為A22,此時需要在英語書兩個空中選擇一個空放數(shù)學書,故為C12,此時需要用語文書把數(shù)學書和英語書的另外一個空隔開,故為A22,即此時排列數(shù)為A22·C12·A22.

綜上,排列總數(shù)為A33(A22·A26+C12·C12·C12·C12·C15+A22·A22+A22·C12·A22).

4.整體與局部的思想

通過局部的性質來揭示整體的性質,又通過整體性質來研究局部性質,是一個經(jīng)常用到的重要方法.

例8已知圓O為單位圓,A、B為圓上兩點,以AB為邊作正方形ABCD,則OD的取值范圍為.

解析:此題方法較多,現(xiàn)介紹一種基于整體與局部思想指導下的解法.我們這樣考慮:在圓O上固定一點A,點B在圓O上運動,點D滿足AD⊥AB且AD=AB.故B點繞A點旋轉π2即可得到點D.蘇州陳兆華老師曾說:“當每一部分都在做一件事情時,當然是這個整體在做這件事情.”故把圓O繞繞A點旋轉π2得到的圓O′即為D點軌跡,如右圖.易得OD2≤OD≤OD1,即OD∈[2-1,2+1].

5.一般與特殊的思想

由特殊到一般,再由一般到特殊反復認識的過程是人們認識世界的基本過程之一.我們在平常的數(shù)學解題中,也經(jīng)常遇到一些通過構造特殊函數(shù)、特殊數(shù)列,尋找特殊點、特殊位置,利用特殊值、特殊方程等由特殊到一般,或由一般到特殊的試題.

例9設函數(shù)f(x)=ax2+bx+c(a<0)的定義域為D,若所有點(s,f(t))(s,t∈D)構成一個正方形區(qū)域,則a的值為.

解析:由題意可知,若所有點(s,f(t))(s,t∈D)能構成一個正方形區(qū)域,則a的值為一個定值.不妨取f(x)=ax2+4,為了使得所有點(s,f(t))(s,t∈D)能構成一個正方形區(qū)域,易得a=-4.

把一般模型轉化為特殊模型進行求解,實際上是一次演繹推理的過程,這就要求題目中需要存在開放條件,即對任意的某個模型,都有這個確定的結果,那么對于某個特殊的符合條件的模型,也應是這個結果.若題目中沒有出現(xiàn)這樣的開放條件,則用特殊解決一般的做法在邏輯上是行不通的.

三、微觀探究,挖掘題目的本質及背景

解題如果僅限于把題目做出來,對于自身知識的儲備是沒有太大幫助的.深入探究一道題目的命題背景,更能讓自己對題目所蘊含的知識做更深刻透徹的了解,從而達到舉一反三的效果.

例10已知函數(shù)f(x)=exex,其導數(shù)記為f′(x)(e為自然對數(shù)的底數(shù)).

(1)求函數(shù)f(x)的極大值;

(2)解方程f(f(x))=x.

解析:(1)f′(x)=e(1-x)ex,列表易知f(x)極大=f(1)=1;

(2)①當f(x)=exex=x時,解得x=0或x=1;

②當f(x)≠x時,必有兩點M(m,n),N(n,m),(m≠n)位于函數(shù)y=f(x)圖象上,且兩點關于直線y=x對稱.又因為f(x)≤1,所以m,n≤1.因為當x≤1時,

f′(x)≥0,f(x)單調遞增.即對m,n≤1,f(m)-f(n)m-n>0≠-1,所以不存在兩點連線率為-1.

綜上,f(f(x))=x解為x=0或x=1.

探究:當f(f(x))=x時,滿足題意的x應符合什么條件?

1.當f(x)=x時,此時顯然f(f(x))=f(x)=x,即函數(shù)y=f(x)與直線y=x的交點滿足題意.

2.當f(x)≠x時,設f(m)=n,則必有f(f(m))=f(n)=m,即f(m)=n,f(n)=m.

也即兩點M(m,n),N(n,m)位于函數(shù)y=f(x)圖象上.又因為兩點連線斜率k=m-nn-m=-1,且中點(m+n2,n+m2)在直線y=x上,所以兩點關于直線y=x對稱.

綜上,當f(f(x))=x時,滿足題意的x的幾何意義為函數(shù)y=f(x)與直線y=x的交點橫坐標或函數(shù)y=f(x)圖象上關于直線y=x對稱的兩點的橫坐標(通常稱為穩(wěn)定點).

四、獨立思考,敢于發(fā)表不同見解

很多人解題時過于依賴答案,喜歡說“標準答案”如何如何.我認為所謂“標準答案”的說法本身就不恰當.數(shù)學研究提倡推陳出新,且對題目不同的理解方式?jīng)Q定了不同的解題策略,何來“標準”之說?稱之為“參考答案”更為恰當,其作用只是限于參考,相當于學步工具,學會走路了,會跑了,自然就不需要了,當然也不是束之高閣,而是說不能依賴答案.我認為數(shù)學解題一定要有自己的見解和看法,不能書云亦云,人云亦云,學習和解題的過程應當提倡對知識和權威存疑,大膽假設,小心求證.

例11若關于x的不等式14x2+x-a2-a-3≤0(a∈[0,2])在區(qū)間x∈[0,b]上恒成立,則實數(shù)b的最大值為.

錯解:易解得x∈[-2-2a2+a+4,

-2+2a2+a+4],又因為不等式在區(qū)間x∈[0,b]上恒成立,所以b≤-2+2a2+a+4,又因為a∈[0,2],所以b≤210-2.

解析:此題犯了不注意數(shù)學語言表達嚴密性的常見錯誤,此解也是對題目的錯解.為更清晰的展現(xiàn)題意,我們可以用模型簡化的方式進行理解.如:已知函數(shù)f(x)=x2+a2(a∈R),則函數(shù)f(x)的最小值為.顯然此題的答案為a2而不是0.在一道題目中,條件若對字母a無描述,則應視a為常量,而不是變量.在例1中,b的最大值應該是關于a的表達式,而不能把a視為變量繼續(xù)求最大值.

總之,數(shù)學問題靈活多變,對于解題,肯定遠遠不止這些做法,每個人都有自己的思維特點,對題目的不同角度的理解,會產生多種奇妙的解法,讓我們靜下心來,潛心鉆研,將解題研究進行到底.

(作者:陳志華,泰興市第二高級中學)

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