☉江蘇省南通中學(xué) 李維堅(jiān)
函數(shù)最值問題是高中數(shù)學(xué)的重要問題之一,其求解方法很多.近幾年,函數(shù)解析式中含有二次根式,并求其最值的問題層出不窮.一般可采用分子(分母)有理化、平方、換元(包括三角換元,雙變量換元)、配方、導(dǎo)數(shù)、均值不等式、柯西不等式、數(shù)形結(jié)合、判別式法,構(gòu)造法(向量法構(gòu)造、幾何圖形構(gòu)造)等各種方法來解決形如等含二次根式的函數(shù).其中(fx),g(x)多以一次函數(shù)、二次函數(shù)、三角函數(shù)等形式給出.以上方法靈活解決這些函數(shù)時(shí),無出其右.而當(dāng)這類函數(shù)中含參,已知函數(shù)最值,逆向求參數(shù)范圍時(shí),思維角度就更廣更多樣.下面就以一道高考模擬題舉一隅而反三隅.
導(dǎo)數(shù)的引出和定義始終聯(lián)系著函數(shù)的思想,涉及數(shù)學(xué)中多種思想方法,同時(shí)又是銜接初、高等數(shù)學(xué)的橋梁,它的出現(xiàn)為解決一些數(shù)學(xué)問題提供了新的視野.導(dǎo)數(shù)作為一種工具,在解決數(shù)學(xué)問題中有廣泛應(yīng)用,而導(dǎo)數(shù)又是一種特殊的函數(shù),對加深函數(shù)的理解和直觀認(rèn)識有重要作用,所以在處理函數(shù)的單調(diào)性、圖像、凹凸性與拐點(diǎn)、極值與最值、參數(shù)等問題時(shí)作用尤為顯著.應(yīng)用傳統(tǒng)的定義法和圖像法解決這類函數(shù)問題,雖然比較突出本質(zhì),但是若問題中函數(shù)比較復(fù)雜時(shí),會(huì)加大解題者的壓力,而應(yīng)用導(dǎo)數(shù)處理則有清晰的解題思路,具有解題效率高的特點(diǎn).特別當(dāng)面對奇怪難看的函數(shù),只要克服運(yùn)算上的畏難心理,不要畏縮不前,那么這個(gè)問題用導(dǎo)數(shù)這個(gè)工具還是可以化解的.
策略二、均值不等式
易知a>0,a≠1,且(fx)是定義域上的奇函數(shù),其值域關(guān)于原點(diǎn)對稱,所以
本題結(jié)合平方化方法,利用基本不等式局部處理變量的最值,起到了撥開云霧見晴天的作用.均值不等式在求最值,比較大小,逆向求參數(shù)的范圍,證明不等式等方面有廣泛的應(yīng)用.解題的突破口在于如何湊出定值——積定和最小,和定積最大.
策略三、構(gòu)造法之幾何圖形
設(shè)∠BAD=α,∠CAD=β.
因?yàn)?S△ABC=CB·AD=AB·ACsin∠BAC≤AB·ACsin90°,所以當(dāng)且僅當(dāng)α,β互余,即時(shí),取等號.
一些代數(shù)問題,用代數(shù)方法求解很麻煩,甚至一時(shí)不知從何處著手.若我們通過觀察發(fā)現(xiàn)問題條件的數(shù)量關(guān)系有著明顯的幾何意義或可將該問題轉(zhuǎn)化為幾何圖形,這時(shí)我們就可以借助幾何圖形的性質(zhì),從而使問題得到解決.由上面的例子我們可以看出,構(gòu)造法具有很大的靈活性和技巧性,它是多種思維方式滲透、連貫、融會(huì)的產(chǎn)物.我們解題時(shí)不是胡思亂想瞎構(gòu)造,而是依據(jù)數(shù)量關(guān)系所賦予的幾何特征而構(gòu)造出不同的幾何模型的.用構(gòu)造法解題有利于學(xué)生打破思維定勢,激發(fā)創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力,提高學(xué)生分析、解決問題的能力.
策略四、構(gòu)造法之向量
一般來說,由根式的結(jié)構(gòu)形式可以聯(lián)想到距離、模長等,不難發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)與向量的數(shù)量積的坐標(biāo)形式特別相似,且注意到與x的平方和為常數(shù),所以考慮構(gòu)造向量來解題.當(dāng)然向量的|m·n|≤|m||n|這個(gè)不等式其實(shí)是柯西不等式的二維形式,所以本題直接用柯西不等式也是一樣的.
當(dāng)遇到一些比較抽象的題目,一時(shí)難以下筆時(shí),不妨考慮一下它能否在已學(xué)習(xí)的具象化概念或者我們的生活中找到原型,將問題放到我們構(gòu)造的熟悉的數(shù)學(xué)模型或者實(shí)際環(huán)境中去研究,化抽象為具體,化復(fù)雜為簡單,從而達(dá)到解題的最終目的.
“構(gòu)造法”是指為解決某個(gè)數(shù)學(xué),利用知識間內(nèi)在聯(lián)系或是形式上的某種相似性,先構(gòu)造一種數(shù)學(xué)形式(比如幾何圖形、代數(shù)式),尋求與問題的某種內(nèi)在聯(lián)系,使之簡單明了,起到簡化、轉(zhuǎn)化和橋梁的作用,從而找到解決問題的思路與方法.它重在“構(gòu)造”,深刻分析、正確思維和豐富聯(lián)想,它體現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)、類比、化歸等思想,滲透著猜想、試驗(yàn)、探索、概括等重要方法,是一種富有創(chuàng)造力的解決問題的方法.
策略五、化歸為二次函數(shù)的判別式法
某些極端情況下可將函數(shù)的最值問題轉(zhuǎn)化為恒成立問題,通過一步步變形,可以采用分離參數(shù)的方法或者當(dāng)參變糾纏不清時(shí),轉(zhuǎn)化為二次函數(shù)的恒成立問題,利用判別式法逆向問題正向求解,對于本題而言,思維含量不大,但是有一定的計(jì)算量.
判別式法求函數(shù)的值域是易于理解的,但是當(dāng)題目中x的限制條件太多時(shí),會(huì)陷入復(fù)雜的分類討論中.但是這種比較初等的方法在解決一些填空題的怪題時(shí)雖略顯簡單粗暴但確實(shí)有奇效.
多角度解題是開發(fā)智力、培養(yǎng)能力的一種行之有效的方法,它對溝通不同知識間的聯(lián)系,開拓思路,培養(yǎng)發(fā)散思維能力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣都十分有益.在教學(xué)中,恰當(dāng)而又適量的采用一題多解的方法,進(jìn)行思路分析,探討解題規(guī)律和對習(xí)題的多角度追蹤,能以少勝多的鞏固基礎(chǔ)知識,提高分析問題和解決問題的能力,掌握基本的解題方法和技巧,提升學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)精神.