化归思想在解数学题中的运用

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  【内容摘要】在数学教学过程中,经常需要引导学生采取化归思想,把未知的问题朝向已知方向转化,把高次问题朝低次问题的方向转化,把繁杂的问题朝简单的方向转化,把隐藏的问题朝显然的问题方向转化,把一个不规范的问题转化为规范问题,运用数学中的已有成果和经验,已形成了固定的模式、方法和步骤去解决未知的问题。
  【关键词】未知问题 规范问题 化归思想 解题
  化归,就是转化与归结的意思,化归思想就是把有待解决的未解决的问题,通过转化过程,变为已解决过的问题或已熟悉的规范性问题,从而求得问题解决的思想。
  人类在劳动实践过程中,积累了丰富的经验,在研究问题的过程中获得了大量的成果,许多问题的解决形成了固定的方法和模式,人们把这种有相对确定的解决方法和程序的问题,叫做规范问题;把一个未知的或复杂的问题转化为规范问题的方法,称为问题的化归。数学中解题的过程就是数学问题的化归过程,许多数学问题直接去解往往非常困难,而通过转化就大大简便了解题过程,下面谈谈化归思想在解题中的运用:
  
  一、化抽象问题转为具体问题
  
  有些题目,把抽象的问题具体化,一般问题特殊化,往往可以很快得到结果或答案。
  例1平行四边形两邻边的长分别为a和b,如果它分别绕边长为a,b的边旋转一周,则形成的两个旋转体体积之比是()
  A. B. C. D.
  分析:抽象问题具体化,令平行四边形为矩形,马上可知答案为(D)。
  例2 若a<b<0,则下列结论中正确的是()
  A、a+b<-a+b<a-b<-a-b
  B、a+b<a-b<-a+b<-a-b
  C、-a-b<a-b<-a+b<a+b
  D、-a-b<a+b<-a+b<a-b
  分析:直接比较四个代数式大小,由于太抽象,所以困难较大,但由于a和b均在一定范围内取值,所以不妨赋予a和b均在一定范围内特殊值。通过对具体数值比较而确定本题答案。
  解:∵a<b<0不妨设a=-3 b=-2
  ∴a+b=-5-a+b=+1a-b=-1 -a-b=5
  ∴a+b<a-b<-a+b<-a-b
  故选(B)
  
  二、将隐含条件变为已知条件
  
  解题中,不仅要善于对题目的表面形式进行观察,并发现其特点,而且要善于挖掘隐含条件,使其转化为已知条件。
  例3已知,那么复数的辐角主值是()
  A. B.
  C. D.
   分析:若用常规法,把复数化为三角形式,思路虽正确,但复杂且花费时间多。仔细挖掘一下隐含条件,发现四个选择支分别为四个象限内的角。考虑到,因此辐角应在第一象限,故很快判断(B)。
  
  三、化复杂问题为简单问题
  
  有的数学问题看上去比较复杂,如果我们善于对问题的形式特征进行观察、转化,用灵活的方法求解,那么往往能使复杂问题简单化。
  例4 若锐角满足
  ,
  求证:。
  分析:如果把这一问题仅仅看作一个三角函数关系式,解答起来就非常复杂,但是若将等式转化为关于的一元二次方程
  有一个根,在利用韦达定理,问题就可以容易解决了。
  例5证明:对于任意的,恒有不等式
  分析:本题欲直接从左边或从右边入手,则困难重重。但若设,可化归为向量问题求解,问题就简单得多。
  证明:设,则
  而
  即,得
  值得一提的是,换元法也是中学数学化归思想的一个重要方法,它可以将高次问题转化成低次问题,将复杂的代数方程问题转化成简单的三角方程问题加以解决。
  四、变正向思维为逆向思维
  在解决某一类问题时,思维定势造成了很强的指向性,但这种指向性有时又成为思维的障碍,这时,尝试逆向思维,往往能迅速解决问题。思维是可逆的,但逆向思维必须经过训练才能形成,这对于数学的学习特别重要。运算可以互逆,等式、定理也可以互逆。
  例6四面体的顶点和各棱中点共10个点,在其中取4个不共面的点,不共面的取法共有__________种。
  A、150 B、147 C、144 D、141
  分析:本题正面入手,情况复杂,若从反面去考虑,先求四点共面的取法总数再用补集思想,就简单多了。
  解:10个点中任取4个点取法有种,其中面ABC内的6个点中任取4点都共面有种,同理其余3个面内也有种,又,每条棱与相对棱中点共面也有6种,各棱中点4点共面的有3种,不共面取法有种,应选(D)。
  例7设实系数二次方程,已知由其系数组成的a,bd,c三数构成等差数列,求证:上述两个方程中至少有一个方程有实根。
  分析:此题若用正向思维去证明,需要技巧运算繁琐,极易造成错误。若转化为逆向思维,假设两个方程均无实根,则只要令,即且,所以
  ⑴而题设a,bd,c三数成等差数列,
  ⑵则⑴与⑵两式出现矛盾,这就是所谓的反证法。
  数学中充满着已知与未知,异与同,多与少,一般与特殊等矛盾,这些矛盾的对立面无不在一定条件下互相转化。这是唯物辩证法在数学思想方法上的体现,转化的方向一般是把未知的问题朝向已知方向转化,把难的问题朝较易的方向转化,把繁杂的问题朝简单的方向转化,把生疏的问题朝熟悉的方向转化。我们在教学过程中,必须经常引导学生采取“转化”策略,加强逆向思维的训练,这样,才能开拓学生的思维,提高解题的技能技巧,达到一定的效果。
  (作者单位:725000陕西省汉滨区江北高中)
  注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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