羅增儒教授在文[1]中提出了“解題差異論”,他認為解題的過程就是消除已知(條件)與未知(結(jié)論)之間差異的過程.消除的方向可以是化已知(條件)為未知(結(jié)論),也可以是化未知(結(jié)論)為已知(條件).消除的內(nèi)容,宏觀上包括:消除一般與特殊之間的差異,消除整體與局部之間的差異,消除數(shù)與形之間的差異,消除動與靜之間的差異,消除曲與直之間的差異,消除高與低之間的差異,消除多與少之間的差異等等;微觀上包括:消除題目中所出現(xiàn)元素的差異,消除元素間所存在的數(shù)量特征的差異,消除數(shù)學對象的關(guān)系特征、位置特征的差異等.[1]
在三角函數(shù)的實際教學中我們發(fā)現(xiàn),雖然公式多,知識點也多,但課本里的知識點是不難的,很多學生聽得懂,看得懂,就是不會做.曾有學生說,自己已經(jīng)這么用功了,公式也記得很熟了,但在解題時,就是不會,不知公式該如何用.常常拿著題目一籌莫展,找不到解題的突破口,在考試中有些學生雖然最終做出了,但是在思考的時候走了彎路花費了大量時間,這顯然不利于時間緊迫的數(shù)學考試.筆者認為主要原因是不會找種種差異,或見到差異不能作出反應(yīng).或是不善于把目標差異的逼近積累起來.
筆者結(jié)合理論在高三復(fù)習中進行實踐,收到了比較好的效果,下面通過歸類說明如何在三角函數(shù)中滲透“解題差異論”.
1辨析邊角的差異
例1(2016年高考全國卷乙)△ABC內(nèi)角A,B,C所對的邊分別為a,b,c,已知2cosC(acosB+bcosA)=c.(1)求C;
分析我們可以觀察到已知的等式中有邊有角,為了消除這種差異,我們可以嘗試化邊為角,當然也可以化角為邊.
解法一:由已知及正弦定理得,
2cosC(sinAcosB+sinBcosA)=sinC,
2cosCsin(A+B)=sinC,故2sinCcosC=sinC.
可得cosC=12,所以C=π3.
法二:由余弦定理可得,2a2+b2-c22ab(aa2+c2-b22ac+bc2+b2-a22cb)=c,
化簡整理得,a2+b2-c2=12ab,即C=π3.
評注按照“解題差異論”的觀點是消除差異,具體到題目中我們可以把式子統(tǒng)一化為角或者邊.
例2(2011年高考全國卷Ⅱ)△ABC的內(nèi)角A,B,C所對的邊分別為a,b,c,已知A-C=90°,a+c=2b.求C.
分析題目條件中有邊a,b,c,和角A,B,C,而目標只有C,所以消除題設(shè)與目標的邊角差異是解題關(guān)鍵,為此先化邊為角再消去A,B.
解因為A-C=90°,所以sinA=sin(90°+C)=cosC,因為a+c=2b,由正弦定理得sinA+sinC=2sinB,sinA+sinC=2sin(A+C),cosC+sinC=2sin(90°+2C),即cosC-π4=cos2C.因為A,B,C是△ABC的內(nèi)角,A-C=90°,所以0°
評注今年的高考題這種類型很多,如果考生腦海中有這種理論作為指導(dǎo),則可以大大縮短思考時間,迅速解題.如:
(2016年四川理科)(本小題滿分12分)
在△ABC中,角A,B,C所對的邊分別是a,b,c,且cosAa+cosBb=sinCc.
(Ⅰ)證明:sinAsinB=sinC;
(Ⅱ)若b2+c2-a2=65bc,求tanB.
(2016年浙江)(本題滿分14分)在△ABC中,角A,B,C所對的邊分別是a,b,c,已知b+c=2acosB.
(Ⅰ)證明:A=2B;
(Ⅱ)若△ABC的面積S=a24,求角A的大小.
2辨析函數(shù)名的差異
例3(2015年廣東)已知tanα=2.
(1)求tan(α+π4)的值;
(2)求sin2αsin2α+sinαcosα-cos2α-1的值.
分析我們只研究第二問.
(2)已知的是正切,而要求的是正、余弦,按照“解題差異論”的觀點是消除差異,具體到題目中我們可以把所求的式子統(tǒng)一化為正切,然后代入已知即可.或者把已知化為正余弦的關(guān)系式,然后代入所求即可.于是就馬上得到了兩種解法.
解法一:sin2αsin2α+sinαcosα-cos2α-1
可得
4cos2α4cos2α+2cos2α-2cos2α=44=1.
評注已知是正切,目標是關(guān)于正余弦的齊次式,就可以利用“弦化切”或者“切化弦”的消除差異的方法來求解.能識別這種差異,常常有助于找到問題的切入口,迅速解題.
例4(2016年江蘇)在銳角三角形ABC中,若sinA=2sinBsinC,則tanAtanBtanC的最小值為
分析不少學生拿到這題,不知從哪里下手,完全沒有思路.事實上,我們觀察到已知與所求中函數(shù)名的差異,可以嘗試消除這種差異.
解由sinA=sin(π-A)=sin(B+C)=sinBcosC+cosBsinC,sinA=2sinBsinC,可得sinBcosC+cosBsinC=2sinBsinC(1),由三角形ABC為銳角三角形,則cosB>0,cosC>0,在(1)式兩側(cè)同時除以cosBcosC可得
tanB+tanC=2tanBtanC,
又tanA=-tan(π-A)=-tan(B+C)=
-tanB+tanC1-tanBtanC(2),則tanAtanBtanC=-tanB+tanC1-tanBtanC×tanBtanC,由tanB+tanC=2tanBtanC可得
tanAtanBtanC=-2(tanBtanC)21-tanBtanC,
令tanBtanC=t,由A,B,C為銳角可得tanA>0,tanB>0,tanC>0,由(2)得1-tanBtanC<0,解得t>1.
tanAtanBtanC=-2t21-t=-21t2-1t,1t2-1t=1t-122-14,由t>1得0>1t2-1t≥-14,因此tanAtanBtanC的最小值為8,當且僅當t=2時取到等號,此時tanB+tanC=4,tanBtanC=2,解得tanB=2+2,tanC=2-2,tanA=4(或tanB,tanC互換),此時A,B,C均為銳角.
評注目前高考中此類題型很多,如:
(2016年高考全國卷丙)若tanα=34,則cos2α+2sin2α=()
A.6425B.4825C.1D.1625
(2016年山東理科)(16)(本小題滿分12分)
在△ABC中,角A,B,C所對的邊分別是a,b,c,已知2(tanA+tanB)=tanAcosB+tanBcosA,
(Ⅰ)證明:a+b=2c;
(Ⅱ)求cosC的最小值.
3辨析角的差異
例5(2012年江蘇卷)設(shè)α為銳角,若cosα+π6=45,則sin2α+π12的值為.
分析不少學生拿到題目后,直接把sin2α+π12展開或者把cosα+π6展開,然后就發(fā)現(xiàn)沒有辦法做出來.事實上,我們分析已知與所求之間角的差異,可以嘗試把α+π6看成一個整體,把sin2α+π12里的2倍角提取出來消除差異,
即sin2α+π12=sin2α+π3-π4=sin2α+π6-π4.
解由條件得sinα+π6=35,從而sin2α+π6-π4=2425,cos2α+π6-π4=2×1625-1=725,
從而sin2α+π12=sin2α+π3-π4=sin2α+π6-π4=2425×22-725×22=17250.
例6[2](2008年山東卷)已知cosα-π6+sinα=435,則sinα+7π6的值是().
A.-235B.235C.-45D.45
分析題目中有α-π6,α+7π6的三角形式,而要求的是α+7π6的正弦,這是差異.注意到π6,7π6都是特殊角,因此可以將α-π6,α+7π6的三角函數(shù)化成α的三角函數(shù)形式.
解cosα-π6+sinα=32cosα+32sinα=435,12cosα+32sinα=45,sinα+7π6=-sinα+π6=-32sinα+12cosα=-45.
評注通過觀察差異,將α-π6,α+7π6的三角函數(shù)化成α的三角函數(shù)形式,這是求解本題的關(guān)鍵.
4辨析次數(shù)的差異
例7(2014年高考山東卷)函數(shù)y=32sin2x+cos2x的最小正周期為 .
解y=32sin2x+cos2x=32sin2x+12cos2x+12=sin2x+π6+12,所以T=2π2=π.
評注我們?nèi)菀子^察發(fā)現(xiàn)函數(shù)表達式前后存在次數(shù)的差異,因此可以把前面的升冪或者后面降冪,顯然后面的降冪比較容易,從而消除差異.
例8(2014年高考重慶)在△ABC中,內(nèi)角A,B,C所對的邊分別為a,b,c,且a+b+c=8.
(Ⅰ)若a=2,b=52,求cosC的值;
(Ⅱ)若sinAcos2B2+sinBcos2A2=2sinC,且△ABC的面積S=92sinC,求a和b的值.
解析(Ⅰ)cosC=-15,我們只研究第(Ⅱ)問.
我們發(fā)現(xiàn)已知中sinAcos2B2+sinBcos2A2=2sinC次數(shù)的差異,可以考慮通過降冪來消除這種差異,由sinAcos2B2+sinBcos2A2=2sinC可得:
評注我們在分析差異時,也要考慮消除了這個差異,會不會引起新的差異?當然我們允許產(chǎn)生新的目標差異,但總趨勢應(yīng)是縮小目標差異的.
“解題差異論”可以說就從分析目標差異入手,向著減少目標差的方向前進.我們主要是從問題的條件和結(jié)論中出現(xiàn)的數(shù)量特征、關(guān)系特征、位置特征去尋找目標差異.一旦找出題目的目標差就主動做出減少目標差的反應(yīng),目標差隨著解題的推進時刻發(fā)生著變化,因此減小目標差的調(diào)節(jié)要一次一次地發(fā)揮作用,這需要時刻去發(fā)現(xiàn)和尋找目標差,從而最終達到減少目標差的目的.以差異分析為鑰匙,循序漸進地打開解題思路之門,真正做到讓解法來的更自然些[3].
參考文獻
[1]羅增儒.數(shù)學解題學引論[M].西安:陜西師范大學出版社,2008.
[2]耿道永.運用差異分析解決三角問題[J].高中生之友,2008(11):28-31.
[3]耿合眾.差異分析:讓解法來得自然些[J].中學數(shù)學教學參考,2015(29):33-34.
作者簡介李曉波,數(shù)學專業(yè)碩士研究生,廣東惠州學院校外指導(dǎo)老師,廣東教育學會會員,
中學數(shù)學雜志(初中版)2016年6期