“一题七解”的启示

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  高考复习,最忌“题海战术”,而要摆脱“题海战术”的困境,我们必须以一当十,以少胜多,即面对一个问题,我们可以从不同角度去探究它的解法,从而在不同的解法中达到“温故而知新”的复习目的,下文一例或许对同学们有所启发.
  题目:若直线xa+yb=1通过点M(cosα,sinα),则1a2+1b2的最小值为 .
  本题虽然是个填空题,却集解析几何、三角函数、不等式于“一体”,我们可以从不同角度创设多条解题思路.
  解法1 回归通法
  由题意知直线xa+yb=1与圆x2+y2=1有交点,所以联立方程组xa+yb=1x2+y2=1,化简得到关于x的一元二次方程(a2+b2)x2-2ab2x+a2(b2-1)=0有解,由判别式Δ≥0,得a2+b2≥a2b2,即1a2+1b2≥1.故1a2+1b2的最小值为1.
  启示:直线与圆锥曲线相交问题的解题主要思路是:将相关的方程联立为方程组,经消元化为一元二次方程,然后再利用判别式进行分析.这是我们平时解题常提到的“通法”,虽然解答过程有些复杂,但在高考有限的时间内想不出什么“高招”的话,用这样的“通法”来“看家”,也是一件很美好的事情.
  解法2 转化为点到直线的距离
  若把点M(cosα,sinα)看动点,其轨迹为x2+y2=1,问题转化为直线xa+yb=1与圆x2+y2=1相交或相切,因为点M(cosα,sinα)在直线xa+yb=1,所以代入得bcosα+asinα=ab,由点到直线距离公式得d=aba2+b2=11a2+1b2≤1,
  即1a2+1b2≥1.故1a2+1b2的最小值为1.
  启示:点到直线的距离公式是非常重要的公式,是解决直线与圆的位置关系的重要工具.
  解法3 利用三角函数的有界性
  因为点M(cosα,sinα)在直线xa+yb=1上,代入得bcosα+asinα=ab,即sin(α+θ)=aba2+b2(θ角的值由tanθ=ba确定)
  因为sin(α+θ)≤1,所以aba2+b2≤1,即1a2+1b2≥1,故1a2+1b2的最小值为1.
  启示:正弦函数和余弦函数的有界性,是函数的一个重要性质,也是问题转化的一条重要途径.
  解法4 “1”想天开
  因为cos2α+sin2α=1,所以1a2+1b2=cos2α+sin2αa2+cos2α+sin2αb2
  =cos2αa2+sin2αb2+(sin2αa2+cos2αb2)
  ≥cos2αa2+sin2αb2+2sinαcosαab=(cosαa+sinαb)2=1
  故1a2+1b2的最小值为1.
  启示:此解法避开常规解法,巧妙的运用了cos2α+sin2α=1,再利用均值不等式解决问题,方法巧妙简洁,有种“偷梁换柱”的感觉.我们都知道“1”在三角函数解题中扮演着不可替代的角色,当我们在题海中“山重水复疑无路”时,“1”或许可以让你“柳岸花明又一村”,找到解题的方法.
  解法5 换元引参
  设1a2+1b2=t2,则1a=|t|cosθ,1b=|t|sinθ,
  因为cosαa+sinαb=1,所以|t|cosθcosα+|t|sinθsinα=1,
  即|t|cos(θ-α)=1,所以|t|≥1,即1a2+1b2≥1.
  故1a2+1b2的最小值为1.
  启示:换元引参是指引入一个或几个新变量代替原式中的某些量,使得原式中仅含有这些新变量,然后对新变量求出结果,再代回求出原变量的结果.解数学问题时,人们常习惯于把它分成若干个简单的问题,然后再各个击破,分而治之.所以我们在解题时,要细察命题的外形,把握问题的特征展开联想,创设整体常常会使解题思路出现峰回路转、豁然开朗的情景.
  解法6 构造向量
  设向量m=(cosα,sinα),n=(1a,1b),由题意知cosαa+sinαb=1
  由m•n≤|m||n|,可得1=cosαa+sinαb≤1a2+1b2,即1a2+1b2≥1
  故1a2+1b2的最小值为1.
  启示:新课标教材增加新内容后,扩大了解题视野,增强了解法的“活力”.因此解题方法也应与时俱进,不断创新,优化解题过程.近几年的命题趋势表明,向量已由以往的“配角”地位上升的“主角”地位,作为工具性的知识,其应用价值不容忽视.
  解法7 妙用“柯西”
  因为cos2α+sin2α=1,cosαa+sinαb=1,
  所以由柯西不等式(a2+b2)(c2+d2)≥ac+bd,得
  1a2+1b2=[(1a)2+(1b)2](cos2α+sin2α)≥cosαa+sinαb=1
  故1a2+1b2的最小值为1.
  启示:柯西不等式是一个非常重要的不等式,其结构和谐,应用灵活广泛,灵活巧妙的运用它,可以使一些较为困难的问题迎刃而解,通过此解法可以看出,利用它解答给人以高远瞩、居高临下的感觉,让人回味无穷、意犹未尽!
  (作者:王佩其,江苏省太仓高级中学)
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