向量在代数中的应用

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  摘 要:向量性质、特征及运算规律为解决代数、三角问题提供了新颖、简洁、精妙思想和方法。学生不知如何用向量的方法解决问题,或解题思路不清晰。本文探讨了向量的方法解决问题的一般程序,并举例说明向量在代数中的应用。
  关键词:向量;代数;应用
  向量知识已经进入高中教材中,其应用价值已被广大师生认可。熟练掌握向量性质、特征及运算规律为解决代数、三角问题提供了新颖、简洁、精妙思想和方法。
  用向量的方法解决问题的一般程序:
  第一步:构造必要、足够的基本向量;
  第二步:搞清问题中待解决的目标所相应的向量表示形式;
  第三步:根据已知条件和所求进行必要的向量运算直至问题解决。
  一、利用向量证明有关不等式
  不等式的证明在高中数学中是一个重点,同时也是一个难点。应用常规的方法证明不等式往往繁杂冗长,而利用向量的方法简洁、明了。
  证明不等式主要依据下列向量不等式:
  I.[a?b≤ab];
  II[a-b≤a±b≤a+b];
  结合向量的运算规律和不等式的特征,利用向量解决问题的一般程序证明不等式。
  例1 已知a、b、x、y∈R,且[a2+b2=1,x2+y2=1];求证:[ax+by≤1]。
  分析:观察[a2+b2=1,x2+y2=1]方程的左边与向量的模的计算公式相似。[ax+by]又符合向量数量积的坐标运算公式,所以利用向量的方法解决此题更容易,更简单。
  证明:构造向量[p=a,b,q=x,y],设[α]为[p,q]的夹角;
  则 [p=][a2+b2=1],[q=x2+y2=1],[p?q=ax+by];
  ∵[p?q=pqcosα] 又∵ [cosα]≤1
  ∴[p?q≤][pq] 即[ax+by≤a2+b2?x2+y2=1];
  ∴[ax+by≤1](证毕)。
  二、利用向量求解无理函数最值问题
  求解无理函数最值问题,按常规的方法求解具有一定的难度,若能用向量的知识解答将会解变得简单。
  求解无理函数最值问题主要利用向量的几个性质:
  性质1 若[a=p,q],[b=m,n],则
  [a?b]≤[ab][?][pm+qn≤p2+q2?m2+n2]
  当且仅当[pn=qm]时等号成立。
  性质2 [a-b≤a±b≤a+b],当且仅当[a],[±b]同向平行时右边等号成立,[a],[±b]反向平行时左边等号成立。
  性质3 [a1+a2+???+an≤a1+a2+???+an],当且仅当[a1],[a2],…,[an]方向相同且两两平行时等号成立。
  1.[pa-x+qx-b]型([a>b,p,q]同号)
  利用向量解这种无理函数类型时,首先构造向量[a=p,q],[b=a-x,x-b];然后根据向量不等式及向量的运算规律求解。
  2.[px-r+qax2+bx+c]型([b2-4ac>0)]
  求解这种类型的无理函数的最值时,首先,将根号下的式子配方,调节根号外未知数次数为一的项,然后构造向量使得模为常数,最后利用向量的性质及运算规律求解。
  3.[ax2+px+q±ax2+mx+n]型([a>0)]
  在求解此种类型的无理函数的最值时,首先将根号下的式子配方,然后构造两个向量,使得向量的模的平方分别等于根号下的式子,最后利用向量的性质及其运算规律求得最值。
  三、利用向量解决三角问题
  平面向量的数量积的定义,将平面向量与三角函数融为一体,体现了向量的长度和三角函数之间的关系,为运用平面向量解决三角问题创造了有利的条件。若能构造恰当的平面向量,通过平面向量的运算来处理,往往可以收到事半功倍的效果。
  利用向量的方法解决三角问题,同样是仔细观察三角问题的结构特征,构造必要、足够的基本向量;然后利用向量的性质、向量不等式及其运算规律解决问题。
  作为一种数学工具的向量,它不仅为几何代数化、代数几何化带来了极大的方便,而且使它成为联系多项内容的媒介。如能灵活使用向量的有关知识和运算方法,可以使一些数学问题避免繁杂的运算,降低计算量,不仅新颖,而且简单明了,做到解题有规可循、有法可用、化难为易。让学生掌握好向量的知识和运算方法,增强学生应用向量的意识,提高学生应用向量的能力,有利于激发学生学习数学的兴趣,有利于学生的思维能力、创新意识的培养,有利于提高学生分析和解决数学问题的能力的培养。
  参考文献:
  [1]陈明清.高中数学教学中怎样培养学生创新思维.《教育科研》2011年3月
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