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解決問題的兩柄利劍:“特殊化”與“一般化”

2018-11-20 03:26朱靜
新高考·高二數(shù)學(xué) 2018年3期
關(guān)鍵詞:特殊化連線斜率

朱靜

每個(gè)同學(xué)都可能遇到過這樣的兩種情形:其一,面對(duì)一道數(shù)學(xué)問題無從下手,反復(fù)在腦海中百度,也搜索不到能夠借用、類比或轉(zhuǎn)化的信息,只能望題興嘆,匆匆跳過;其二,每天練了一道義一道的數(shù)學(xué)試題,可拿到數(shù)學(xué)試卷時(shí),總感覺多數(shù)題是新的,心中不無感慨:是命題老師太厲害了,還是數(shù)學(xué)問題無窮無盡?

其實(shí),這兩種情形是正常的.究其原因,不是我們學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力的問題,而是我們解決數(shù)學(xué)問題時(shí)的策略有缺陷.當(dāng)你無從下手時(shí),有沒有考慮從簡單、特殊的情形(狀態(tài))之中,解讀問題信息、探尋數(shù)學(xué)規(guī)律,進(jìn)而破解難題?當(dāng)你解完一道數(shù)學(xué)問題時(shí),你是否匆匆忙忙急于完成下一題,而遺忘問題解決的關(guān)鍵步驟——題后反思?

本文擬結(jié)合具體的數(shù)學(xué)問題,與同學(xué)們談?wù)勥@兩柄利劍:特殊化和一般化,

一、特殊化:退一步海闊天空

所謂“特殊化”,可以簡單地理解為:“從一般問題中抽取特殊情形,充分利用特殊情形的簡單性去認(rèn)識(shí)復(fù)雜事物,”學(xué)會(huì)“特殊化”能將抽象的數(shù)學(xué)命題變得具體而簡單,能從復(fù)雜的問題表征中刪去干擾的、冗余的信息.由簡單情形作為起點(diǎn),猶如一面鏡子,可為一般情形提供對(duì)比,在對(duì)比中解決問題,在變化中把握趨勢,在特殊中窺見一般,從而破解難題,甚至獲得驚喜的發(fā)現(xiàn).

題后反思(1)回顧本題的求解過程,用到了兩個(gè)知識(shí):對(duì)數(shù)式和指數(shù)式的互化、分?jǐn)?shù)指數(shù)冪的比較大小,顯然,先“特殊”后“一般”,我們思維通道的密度增加,這些知識(shí)回想起來自然些,運(yùn)用起來簡單些.

(2)本題本質(zhì)上是比較三個(gè)數(shù)的大?。簒∈(0,1)上不具備單調(diào)性,我們比較這類數(shù)的大小時(shí),“構(gòu)造函數(shù),利用單調(diào)性比較大小”的方法不是很適合.

例2 在數(shù)列{an}中,已知a1=p>0,且an+1'an=n2+3n+2,n∈Nx,求數(shù)列{an}的通項(xiàng),

分析由數(shù)列{an}相鄰項(xiàng)的關(guān)系式求通項(xiàng),我們常用的方法是“變形一換元一轉(zhuǎn)化為等差數(shù)列或等比數(shù)列”,但面對(duì)“an+1an=n2+3n+2,n∈Nx”,我們一籌莫展,怎么辦呢?“特殊化”!數(shù)列中運(yùn)用“特殊化”是一種基本策略,通過“歸納”前幾項(xiàng)的規(guī)律,探求一般的解題路徑.

仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn):似乎數(shù)列的奇數(shù)項(xiàng)按原來的順序構(gòu)成的數(shù)列{a2n-1)成等差數(shù)列;偶數(shù)項(xiàng)按照原來的順序構(gòu)成的數(shù)列{a2n}也成等差數(shù)列.如果猜想成立,我們只需研究相隔一項(xiàng)的兩項(xiàng)之間的關(guān)系.

題后反思數(shù)列中的“特殊化”策略可以通俗地表達(dá)為“寫出來,看一看”.這是因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)列的定義不是直接給出“通項(xiàng)公式”,就是給出“相鄰項(xiàng)的關(guān)系式”.無論是“通項(xiàng)公式”,還是“相鄰項(xiàng)的關(guān)系式”,它們都是“全稱命題”,即對(duì)于任意的滿足要求的“n”均成立.我們將之“特殊化”——從初始的值開始,代入等式,一個(gè)個(gè)地“寫出來”.所謂“看一看”,就是“觀察”、“歸納”.一般地,如果遭遇令人一籌莫展的數(shù)列題時(shí),“寫出來,看一看”不失一條“簡”道,同學(xué)們可以嘗試嘗試,大多能夠“柳暗花明義一村”.

二、一般化:舉三歸一、舉一返類

數(shù)學(xué)問題的解決固然重要,但題目的變化千千萬萬,我們肯定無法窮盡,也無須窮盡.因?yàn)閿?shù)學(xué)問題是數(shù)學(xué)知識(shí)的一種表征,隱在數(shù)學(xué)問題后的數(shù)學(xué)知識(shí)是有限的,將有關(guān)聯(lián)的問題根據(jù)所用知識(shí)、方法等“聯(lián)系”起來,進(jìn)行“一般化”,我們稱之為“舉三歸一”;如果能將這些知識(shí)歸類、整合、打包,形成一類完整的“知識(shí)塊”,我們稱之為“舉一返類”,這樣學(xué)習(xí)起來就更簡單了,

為了說明問題,我們做個(gè)類比:數(shù)學(xué)問題好比電腦里的一個(gè)個(gè)“文件”,“舉三歸一”就是將那些“特殊的”、“關(guān)聯(lián)的”文件放人同一個(gè)“文件夾”;如果將這些“文件夾”進(jìn)一步“一般化”,歸類放人更大的“文件夾”中,就是“舉一返類”.這種“一般化”的優(yōu)勢在于“我們需要時(shí),能夠快捷檢索”.類比到學(xué)習(xí),做到“舉三歸一”、“舉一返類”,數(shù)學(xué)問題解決時(shí),我們能將相關(guān)知識(shí)快速遷移到問題情境之中.如此堅(jiān)持訓(xùn)練,自然而然,我們能夠坦然面對(duì)一切考題,不再“懼新、畏難”.當(dāng)然,有些同學(xué)難以做到“舉一返類”,可以先嘗試“舉三歸一”.

例3 求平面內(nèi)與兩定點(diǎn)A1(-4,0),A2(4,0)連線的斜率之積等于常數(shù)-1/4的點(diǎn)的軌跡.

分析本題是一道常規(guī)的求軌跡題,答案為:橢圓(去除A1,A2兩點(diǎn)).

第一次“一般化”

變式1 求平面內(nèi)與兩定點(diǎn)A1(-a,0),A2(a,O)(a>O)連線的斜率之積等于非零常數(shù)m的點(diǎn)的軌跡.

分析將例3中的定點(diǎn)和定值用字母替代,進(jìn)行“一般化”.雖然問題解決時(shí)采用的方法完全一樣,但難度增加了,而且得到的結(jié)論需要討論:加上A1,A2點(diǎn)所成的曲線C可以是圓、橢圓或雙曲線.

第二次“一般化”

變式2 求平面內(nèi)與兩定點(diǎn)A1(-a,0),A2(a,O)(a>0)連線的斜率之積等于非零常數(shù)-b2/a2的點(diǎn)的軌跡.

分析反思變式1的解答,m的取值不同,軌跡也不同,怎樣才能是橢網(wǎng)呢?通過探求,我們不難發(fā)現(xiàn)取“m=-b2/a2”時(shí),所得軌跡方程為:x2/a2+y2/b2=1(x≠±a).

變式3 A1(-a,0),A2(a,O)是橢圓x2/a2+y2/b2=1的左、右頂點(diǎn),動(dòng)點(diǎn)P是橢圓除A1,A2的任意一點(diǎn),求證:P與A1,A2連線的斜率之積為定值.

分析 變式3是變式2的“逆命題”,在變式2中我們發(fā)現(xiàn)“Al (-a,O),A2(a,0)”正好是所得橢圓的左、右頂點(diǎn),自然要想,橢網(wǎng)上的點(diǎn)是否具有這樣的性質(zhì)?證明方法很簡單:只要設(shè)出動(dòng)點(diǎn)P的坐標(biāo),代入驗(yàn)證即可.

第三次“一般化”

變式4 已知過橢圓x2/a2+y2/b2=1中心的定直線交橢圓于A1,A2兩定點(diǎn),動(dòng)點(diǎn)P是橢圓除A1,A2的任意一點(diǎn),求證:P與A1,A2連線的斜率之積為定值.

分析 變式4將變式3中的A1,A2進(jìn)行“一般化”.變式3中的“A1(-a,o),A2(a,0)”是關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的兩個(gè)橢圓上的點(diǎn),如果“一般化”為“橢圓上任意兩個(gè)關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的點(diǎn)”義會(huì)怎樣?“一般化”驗(yàn)證結(jié)果,讓人熱血沸騰——也成立.

當(dāng)然問題還能進(jìn)一步“一般化”,上述問題是橢圓的性質(zhì),是圓的性質(zhì)嗎?是所有圓錐曲線共同的性質(zhì)嗎?進(jìn)一步地探索,鞏固方法的同時(shí),自然地形成了一類圓錐曲線知識(shí)塊.

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