小议高中数学解题的几种重要的思想方法

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  摘要:数学思想方法在数学解题中居于指导地位,本文通过阐述一些常见数学思想方法的特点,并通过一些典型例题来加深对思想方法的理解。从而培养学生分析和解决问题的能力。
  关键词:思想方法;数形结合;分类讨论;特殊到一般;转换与化归
  数学思想方法是数学解题的灵魂,在数学学习中占据核心地位。现在的高考题目,都注重考查数学的基本思想方法。要学好数学,必须要掌握一些必要的思想方法。如此,才能从理论的高度去把握数学题目,才能使我们在解决数学问题时做到得心应手。高中数学的思想方法还是比较多的,下面就简要论述以下四种思想方法。
  一、 数形结合
  数形结合的方法是非常重要的。基本上,数学的每一个模块的学习都离不开它。它贯穿了数学学习的全过程。在高中数学的学习中,它的作用显得尤为突出。比如在集合中,我们常借助于“韦恩圖”来描述集合中的各种包含关系,非常的直观、易懂,这就是图形的一大优点。又比如在学习函数时,我们常利用函数的图像来研究函数的各种性质。例如:单调性、奇偶性、对称性、周期性等一些重要的性质,在图像上是一目了然的。通过图像,我们在解题时就有了很好的参照,不容易出错。离开了图像,宛如是无源之水。反之,我们在研究图像时,有时也利用代数的方法。解析几何的创立即是用代数的方法来研究几何问题。利用代数,可以加深我们对于图形的理解。有的几何题目,可以利用代数来解答。反之,一些代数题,也可以给出一个巧妙的几何证明。比如,在数学史上享有盛誉的勾股定理,即毕达哥拉斯定理的证明。又如在苏教版必修5中基本不等式的证明均是如此。由此可见,数与形是相辅相成的,它们之间是互相促进的。在研究问题时切不可将二者孤立开来。
  在利用数形结合的思想来解决问题时,有时用起来是比较自然的,关键是图形的位置关系要刻画准确。例如考察方程sinx=lgx根的个数时,直接解方程比较困难,则自然想到,可以转化为正弦函数y=sinx与对数函数y=lgx图像交点的个数。紧接着在同一坐标系中画出它们的图像,并且在画图的时候要注意到y=sinx是周期函数,其最大值是1。而y=lgx在定义域上是单调递增的,且过点(10,1),这样可以得到它们的图像有3个交点。而有的问题,数形结合的思想在题目中隐藏地比较深,此时需要具备敏锐的观察力。
  例1求函数y=x2-2x 2 x2-6x 13的最小值。
  该题学生很难入手,用代数方法较难解决。此时由该式的特点,可以引导学生观察该式的几何意义。为此,x2-2x 2=(x-1)2 1=(x-1)2 (1-0)2,联想到平面上两点间的距离公式,它表示点(x,1)到点(1,0)的距离。同理,后面一个式子可表示为(x,1)到(3,3)的距离。所以,原式可表示(x,1)到(1,0),(3,3)的距离之和。再结合图形,易得ymin=13。
  当然,对此类题目要熟练运用,需要我们对一些公式的结构要熟练掌握。如点到直线的距离、平面上两点间距离公式、斜率公式,正余弦定理等。
  二、 分类讨论
  分类讨论的思想在我们高中数学解题过程中的应用也是相当广泛的,属于高考中必考的思想方法。每年高考中都会涉及有关分类讨论方面的题目。然而许多同学在解答过程中经常会出现漏解、讨论不完整的现象。当我们在碰到某个问题时,若是发现题目中包含的情况比较多,解决起来不能够一蹴而就时,此时不能束手无策,而应该想到去分类讨论。当然,我们在具体操作时关键应该思考分类的原因是什么,即为什么要去分类。还有就是按什么去分类。通俗地讲,就是要解决为什么分,怎么分的问题。从哲学的角度来讲,分类讨论思想也体现了哲学上看问题全面性的思想。当然,具体操作起来有时是蛮困难的,需要同学们在解题时逐渐去培养这种思想,提高周密严谨的数学修养,以防止做题时片面化的操作。
  例2在△ABC中,设AB=(2,3),AC=(1.k)。且△ABC是直角三角形,求k的值。
  该题学生若是疏忽大意的话,就会误以为角A是直角,其实题目中未明确哪个角是直角,情况并不唯一,这就是分类的原因。具体分类时则应根据A,B,C分别为直角时,分三类将直角转化为向量的数量积相乘等于零来解决即可。
  此外对于一些常见的讨论问题,我们应该了然于胸,以帮助我们熟练、快速、准确地解决问题。比如说在解决含有字母的二次函数在区间上的最值问题时,要按照对称轴与区间的位置来讨论;求等比数列的前n项和时,在题目上未明确公比不是1时,则要分公比是否为1来讨论;求椭圆或双曲线的标准方程时,往往要分其焦点在x轴还是在y轴上来讨论;过点设直线时候也应该先考虑斜率是否存在。这方面的例子是不胜枚举的,需要平时多去总结积累。当然,我们在分类讨论时应做到不重复,不遗漏。有时分类讨论的标准是多角度的,应该选择合适的角度去分析解决问题。总之,我们要求学生在平时遇到讨论问题时,一定要思考:为什么要分?分类的标准又是什么?这样,才能提高他们思维的严密性和深刻性。
  三、 特殊到一般
  要想学好数学,还有一种重要的思想方法,即从特殊到一般的方法。用华罗庚教授的话来说,学好数学的诀窍是:善于退,大胆地退,足够地退,一直退到最原始而又不失原本的地方。这里面蕴含着非常深刻的哲理,因为很多数学题目,我们是不可能一下子就能够找到思路,给出解答的。此时就应采取以退为进的方法,先把基本的,特殊的问题搞清楚了,再去深入往往会收到意想不到的效果。比如让我们证明:任何面积等于1的凸四边形的周长与两条对角线长之和都不小于4 8,那我们应该先去研究最特殊的正方形,把正方形搞清楚了,我们就会意识到,将面积和对角线分开来看。这样一步一步逐渐地去深入,问题便能够迎刃而解。
  例3已知a,t为正实数,函数f(x)=x2-2x a,且对任意的x∈[0,t],都有f(x)∈[-a,a]。若对每一个正实数a,记t的最大值为g(a),则函数g(a)的值域为。   此题的难度较大,有的学生读了几遍之后可能还看不懂。这时候应该根据题目上的条件,即若对每一个正实数a,记t的最大值为g(a)这句话联想到特殊化的思想。先将a取特殊值1,即t为正实数,函数f(x)=x2-2x 1,且对任意的x∈[0,t],都有f(x)∈[-1,1],记t的最大值为g(1)。则题目中字母得到了减少。再结合图像就容易理解题目的意思,接着再思考一般的情形,就会有明确的思路了。
  平时我们在做题目中,有些大題目第一问是一个特例,第二问是一个一般性的结论。我们在做后一问的时候,若是感到无从下手,则应该再看看前一问有没有帮助,第一问的解答过程有没有什么启示。有可能它们所展示的思想方法是一样的,从而帮助我们去解决问题。
  此外,对于像是否存在某个字母,使得该数列成等差或是等比数列的题目,我们可以通过它的前三项成等差或是成等比来求出该字母,并进而去严格验证。可以说,这方面的例子是非常多的。即先通过一个特例将结果先确定下来,必要时再去证明。我们可以在实践中去不断地体会到它的精妙之处,它足以让我们慢慢回味。同时我们在考虑数学问题时,有时还应注意到整体性和特殊性两个方面,并在具体地审题过中不能将它们孤立开来。
  四、 转换与化归
  此外,转换与化归的思想在解题中的应用也很广泛。我们碰到一些陌生的新问题时,若是直接求解比较困难,往往是想方设法通过换元、代入、消元等一些具体的操作转换为我们熟悉的问题。而有时是把一些较难的问题转化成若干个简单的问题,逐个解决。解题常用的转化策略有正与反的转化、数与形的转化、相等与不等的转化、空间与平面的转化等。
  例4集合M={(x,y)|x2 y2=1,x,y∈R},N={(x,y)|x2-y=0,x,y∈R}求集合M∩N中元素的个数。
  该题关键是将M∩N中元素的个数的符号语言转化为与之等价的文字语言:圆与抛物线x2-y=0的交点个数,接着在坐标系中作出它们的图像即可解决问题。
  例5在平面直角坐标系xOy中,直线y=kx 2k 1上有两个不同的点到原点的距离为1,求k的取值范围。
  此题直接做感觉无从下手,细想之后可以从题目上的后半句话着手,即点到原点的距离为1,则该点就在以原点为圆心,1为半径的圆上,而这点还在原直线上。最终就转化为了直线和圆存在公共点。问题就变为我们熟悉的题目,再通过圆心到直线的距离不大于半径来解决。
  有时我们在做题时卡壳了,认真思考后,经过这么一转化,那么一化归,往往会豁然开朗。可谓是山重水尽疑无路,柳暗花明又一村。当然,要想熟练地运用转化与化归的方法,必须建立在扎实的数学基础之上。否则就宛如空中之楼阁,非常地虚无缥缈,一切都是空谈。
  以上四种思想方法是高中数学常见的思想方法,而有的时候,我们在解决问题中,可能会需要综合运用多种数学思想方法才能解决问题。需要我们引导学生在平时多积累,多钻研,才能够切实提高学生的数学能力。
  总之,我们教师在平时的教学过程中,应该有意识地去培养学生的数学思想,引导学生做好解题后的反思工作。找到题目中所蕴藏的思想方法。进而要求他们用数学的思想方法来武装自己,不断提高自己分析问题、解决问题的能力。这样,学生数学的核心素养才能得到有效地提高。
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