审视结构形式联想公式定理

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  相似联想是指由一个事物外部构造、形状或某种状态与另一种事物的类同、近似而引发的想象延伸和连接.在数学解题中,我们要善于观察题设中的结构形式,找到某种特定的相似性,通过联想思维,把题设中看似陌生的形式与我们学过的公式、定理、法则联系起来,进而达到简便、巧妙解题的目的.下面,我们就如何“审视结构”,通过相似联想,利用这些公式定理简易解题,逐一举例说明.
  联想一元二次方程根的判别式
  例1 [x,y∈R+,8x+y-xy=0,]求[x+y]的最小值.
  分析 若令[x+y=k],在[8x+y-xy=0]中把“[y]”用[x,k]表示出来,则原式就变为关于“[x]”的一元二次方程,这样,我们就可联想到判别式.
  解 令[x+y=k],则[y=k-x].
  [∴8x+y-xy=0]可化为:[x2+(7-k)x+k=0].
  [∵x∈R][+],∴[Δ=][(7-k)2-4k≥0].
  又[k>0,k-7>0,]
  [∴k≥9+42].
  所以[x+y]的最小值为[9+42].
  联想基本不等式
  例2 [x,y∈R+,8x+y-xy=0,]求[x+y]的最小值.
  分析 对已知条件稍加变形得,[8y+1x=1],则[x+y][=][(x+y)][(][8y+1x)][=9+(yx+8xy)].这样符合基本不等式的形式结构,满足“一正,二定,三相等”的条件,可用基本不等式直接出结果.
  解 ∵[x,y∈R+,8x+y-xy=0,]
  ∴[8y+1x=1].
  則[x+y][=][(x+y)][(][8y+1x)]
  [=9+(yx+8xy)][≥9+2yx?8xy=9+42].
  所以[x+y]的最小值为[9+42].
  联想概率模型
  例3 已知[x∈0,π2],求证[4+sin2x1+2sin(x+π4)≥2].
  分析 要证原式,只需证[2+sinxcosx][≥1+sinx][+cosx,]即只需证[sinx+cosx-sinxcosx≤1].若[P(A)=sinx,][P(B)=cosx],则[P(A+B)=sinx+cosx-sinxcosx≤1],显然成立.
  证明 由题意,[0≤sinx≤1,0≤cosx≤1],
  设独立事件[A,B],且[P(A)=sinx,P(B)=cosx].
  [∴P(A+B)=P(A)+P(B)-P(AB)=sinx+cosx-sinxcosx.]
  而[0≤P(A+B)≤1].
  ∴[sinx+cosx-sinxcosx≤1].
  ∴[2+sinxcosx≥1+sinx+cosx].
  ∴[4+sin2x1+2sin(x+π4)≥2].
  联想三角中的差角与和角公式
  例4 在等边三角形[ABC]中,[D]是[BC]边的三等分点,有一束光线沿[AD]投射到[BC]边后,反射到[AB]边上[E]处,经[AB]反射到[AC]边上[F]处,证明光线最后经[AC]反射后经过[B]点射出.
  解析 建立如图坐标系.
  设[B(-3,0),C(3,0),]则[D(-1,0),A(0,33)].
  直线[AB]的方程:[y=3x+33]①,
  直线[AC]的方程:[y=-3x+33]②.
  [kAD=33,kED=-33=tan∠EDC].
  那么直线[ED]的方程为:[y=-33x-33]③.
  ①③联立解得[E(-32,332)].
  设直线[EF]的倾斜角为[α],
  则[α=60°-∠AEF=60°-∠BED].
  而[∠EDC=60°+∠BED],
  ∴[α=120°-∠EDC].
  [tanα=tan(120°-∠EDC)=-3-(-33)1+(-3)(-33)=35].
  则直线[EF]的方程:[y=35x+935]④.
  ②④联立得[F(1,23)].
  设经[AC]反射后的光线所在直线为[l],[l]与[x]轴的交点为[H],[l]的倾斜角为[β],
  则[β=180°-60°-∠CFH=120°-∠AFE=∠AEF]
  [=∠BED=∠EDC-60°].
  ∴[tanβ=(-33)-31+(-33)×3=32].
  直线[l]的方程为:[y=32x+332]⑤.
  将[B(-3,0)]代入⑤,显然成立.
  故最后光线经过[B]点射出.
  联想正弦定理
  例5 [α,β]都是锐角,且[2sinα=sin(α+β)],证明:[β>α].
  分析 题设条件简单,要从三角本身变换,似乎不太容易解决问题.但由[2sinα=sin(α+β)],稍作变换,可得:[1sinα=2sin(α+β)=2sin(π-α-β)],这让我们联想到正弦定理的形式:[asinA=bsinB=csinC],所以可用正弦定理轻易而举地解决.
  证明 在三角形[ABC]中,令[A=α,B=β,][C=π-α-β,]
  由正弦定理得,[asinα=csin(π-α-β)=csin(α+β)].
  ∵[2sinα=sin(α+β)],
  ∴[c=2a].
  又[a+b>c],∴[b>a].
  ∴[B>A],即[β>α].   联想点到直线距离公式
  例6 已知[mcosα+nsinα=1],求证:[m2+n2≥1].
  分析 [(cosα,sinα)]是单位圆上的一点,这点还在直线[mx+ny=1]上,显然圆心[(0,0)]到直线的距离[d≤r=1],这样自然联想到点到直线的距离公式.
  證明 由题意知,直线[mx+ny=1]过单位圆上一点[(cosα,sinα)].
  则圆心[(0,0)]到直线的距离[d≤r=1],
  又[d=1m2+n2],
  ∴[1m2+n2≤1],∴[m2+n2≥1].
  联想向量数量积形式
  例7 已知[mcosα+nsinα=1],求证:[m2+n2≥1].
  分析 等式[mcosα+nsinα=1]左边可看作向量[(m,n),(cosα,sinα)]的乘积.而[m2+n2]正是向量[(m,n)]的模.因此可用向量数量积来解决.
  证明 设[a=(m,n),b=(cosα,sinα)],它们的夹角为[β],
  则[a?b=mcosα+nsinα=1].
  又[a?b=a?][bcosβ][=m2+n2][cosβ],
  ∴[m2+n2][cosβ][=1].
  ∴[m2+n2≥1].
  联想函数的奇偶性
  例8 已知[x,2y∈-π4,π4,a∈R],且[x3+sinx-2a=0,][4y3+sinycosy+a=0].求[cos(x+2y)的值].
  分析 由题意可得,[x3+sinx=2a,(2y)3+sin2y][=-2a],两式左端结构相同,因此可构造函数[ft=t3+sint,]而两式右端互为相反数,因此可考虑用函数奇偶性.
  解 由题意得,[x3+sinx=2a,(2y)3+sin2y=-2a].
  设[ft=t3+sint,][t∈-π4,π4,]易知[f(t)]为奇函数,
  且在[-π4,π4]上单调递增.
  则[f(x)=2a,f(2y)=-2a].
  ∴[f(x)=-f(2y)=f(-2y)].
  ∴[x=-2y] 即[x+2y=0].
  ∴[cos(x+2y)=cos0=1].
  联想斜率公式
  例9 已知[f(x)=1+sinx2+cosx],求[f(x)]的最值.
  分析 [f(x)=1+sinx2+cosx]可化为[f(x)=sinx-(-1)cosx-(-2)],这就是动点[M(cosx,sinx)]和定点[P][(-2,-1)]连线[PM]的斜率[k].又点[M(cosx,sinx)]在单位圆上,所以当[PM]与单位圆相切时[k]取最值.
  解 设[f(x)=1+sinx2+cosx][=][sinx-(-1)cosx-(-2)][=k],
  则过[M(cosx,sinx)]与[P][(-2,-1)]的直线[PM]的方程为[y+1=k(x+2)],即[kx-y+2k-1=0].
  又点[M(cosx,sinx)]在单位圆上,
  当[PM]与单位圆相切时,圆心[(0,0)]则直线[PM]的距离:[d=2k-1k2+1=1].
  解之得,[k=0]或[k=43].
  所以,[f(x)min=0,][f(x)max=43].
  联想两点间距离公式
  例10 已知在[△ABC]中,[BC=2,AC=2AB],求[△ABC]的面积最大值.
  分析 题设中出现“[AC=2AB]”这样的距离关系.这样可联想建立坐标系,利用两点间距离公式,表述上述关系.
  解 建立如图坐标系设[A(x,y),C(0,0),B(2,0)],
  则[AC=x2+y2,AB=(x-2)2+y2].
  ∵[AC=2AB],
  ∴[x2+y2=(x-2)2+y2].
  整理得:[(x-4)2+y2=8].
  所以[A]在以[(4,0)]为圆心,[22]为半径的圆上.
  所以,[△ABC]的[BC]边上高[h]的最大值:
  [hmax=r=22].
  所以[△ABC]的面积最大值:
  [Smax=12×2×22=22].
  我们在解题中要仔细观察分析结构形式,大胆联想,把不熟悉的结构形式与我们熟知的公式定理挂起钩来,从而达到迅速解题的目的.
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