中学数学解题中的通解与巧解探析

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  摘 要:本文通过列举实例,初步探索了通解和巧解的关系——通解是巧解的基础,巧解是通解的升华,只谈通解不谈巧解,我们的解题教学就只是简单的模仿训练,就不会有变式更不会有创新;只谈巧解不谈通解,就如同空中楼阁,只是假象无实际意义.所以我们认为,只有在熟练掌握通解的基础上,才能逐渐形成巧解的直觉. 本文旨在帮助学生开拓思维,形成变通,让学生体验由“通”到“巧”的思维过程.
  关键词:善于解题;通解;巧解
  
  G·波利亚在《数学的发现》序言中指出:“中学数学教学的首要任务就是加强解题训练”,“掌握数学就意味着善于解题”. 怎样才能算善于解题呢?是指既要掌握体现一般规律的基本方法(即通解),又要能具体问题具体分析,触类旁通利用知识间的联系解决问题(即巧解). 在中学数学解题教学中教师往往较重视一般解法,以做到稳中求胜,而在更多时候忽视了追求数学解题的更高境界,即追求数学思维的灵活性与变通性. 在中学解题教学中,我们应当适时的引导学生具体问题具体分析,在掌握通法的同时寻求问题的特殊性与普遍性的联系,从而训练学生的思维,使其感悟数学的精神. 下面我们通过几个具体的例子作进一步探析.
  例1 f(x)=,a,b∈R+且a≠b,求证:f(a)-f(b)  法一 f(a)-f(b)=-=<=≤a-b.
  结论得证.
  法二 构造双曲线y2-x2=1(y>0),由双曲线的几何意义:
  对任意的x1,x2∈R,且x1≠x2有<1,
  所以f(a)-f(b)  法三 由a,b的对称性,不妨设a  由构成三角形的条件AB?摇-AD?摇b时结论仍然成立.
  法四 令m=(1,a),n=(1,b)得出m-n=(0,a-b),(a≠b)得出m-n=a-b.又由构成三角形的条件m?摇-n?摇  解析 法一思维较常规,先将f(a)-f(b)表达出来,再利用不等式的缩放技巧,证得结果成立,其思维过程大多数人能想到,但难点在于放缩的过程,易错且不容易想到. 而其他三种方法,思维方法都独特新颖,其本质都是数形结合. 法二,将f(x)变形,发现f(x)的图象是双曲线的上半支,利用双曲线半支上的任意两点间的斜率与渐近线斜率之间的关系,将不等式证明成功转化为两点间斜率的绝对值的取值范围问题;题眼在于对f(x)变形,且能及时联系双曲线一支上点的性质. 法三,则是从问题入手,观察发现要证的是差的绝对值小于某个可以看成长度的式子,自然联想到三角形的三边关系,构造三角形的思路就自然形成了,当然放在直角三角形去研究是最简单的. 法四,与法三实际上是异曲同工,三角形可以看成是首尾相接的三个向量连接而成的,将图形与向量结合起来考虑,这四种不同的方法分别从不同的方面将学生的思维加以拓宽.
  例2 对任意的n∈N+, 求证:1+n<4.
  法一
  1+n=C+C·+…+C+…+C=1+n×+×1×1-+×1×1-×1-+…+×1×1-×1-×…×1-…+×1×<1+1+++…+=3-<3. 得出1+n<4.
  法二 ·1+n=··1+n  解析 法一的思维过程较为常规,利用二项式展开式,再逐项缩放,使和式最终放为一个可以求解的和,即等比数列的前n-1项和. 整个求解过程的难点在于对×1×1-×1-×…×1-<×1×1×…×1<×1×××…×<(k>1,k∈Z) 的缩放过程,不易想到缩放为一等比数列. 而法二,则通过配凑再利用均值不等式的推广公式巧妙简洁地将问题解决,使原本很繁琐的证明通过整体的思想仅用几个步骤便得以证明.
  例3
  解方程+=6.
  法一 移项得=6-,平方得x-6=-2;再通过平方化简可以求得x=±.
  法二 由等差数列的定义,将3看成和的等差中项,设公差为d,则有:
  =3-d,①=3+d,②
  再根据两根式中的相同部分,将方程①,②两边平方,再两式相减,解出d=x,代回①或②式,可以解得x= ±.
  解析 诚然法二和法一究其本质是一样的,但是从思路这个角度来讲法二比起法一更具创新性,结合到等差数列的性质以及椭圆及其标准方程的化简启发,注重了对知识的迁移,体现了较高的思维价值,对解决有些更复杂的问题更具有参考价值.
  例4 已知cosα+2sinα=-,求tanα的值.?摇
  法一
  解方程组cosα+2sinα=-,sin2α+cos2α=1,
  得cosα=-,sinα=-,
  所以tanα=2.
  法二 令tanα=x,由题可知α是第三象限角,不妨设:π<α<.
  构造直角三角形如图2所示:
  则有:+2=
  解得:x=2,即tanα=2.
  法三 由cosα+2sinα=-,可得+=-1,?摇?摇cos(α-β)=-1,其中tanβ=2,所以α-β=(2k+1)π,于是tanα=tanβ=2.
  解析 法一直接利用三角恒等式联立方程组,通过解方程组得出结果,是常用方法,对思维的要求不高. 但是,二元二次方程组计算量较大,有时还会出现两个解的情况,讨论起来比较麻烦也容易出现计算性错误,具有一定的局限性. 法二则是回归到三角函数和直角三角形的关系中,结合勾股定理巧妙地将三角函数求值问题转化到代数式求值问题. 但是,这种方法带有特殊性,在使用时一定要注意角的范围,做题时一定要具体情况具体分析. 法三,则是将等式右边化为特殊的三角函数值,结合常用的三角函数公式,巧妙地避开了对角的讨论,化简起来也相当方便,对于解决这一类问题都是行之有效的!
  其实,只要细心地研究每年高考数学试题,不难发现,高考试题中所考查的解题方法都在通法的范围内,但也不排除用巧法来解决问题. 通法的思想顺乎一般规律,其操作过程易于掌握,中下生欢迎它. 他们觉得通法自然、流畅、易于理解,但是其思维本质是定式思维. 而巧法则是思维的升华,“在反复考虑一个问题之后,突然得到了一个巧妙的想法,头脑中掠过一道灵光,顿时觉得豁然开朗,我们仿佛看到了太阳,有一种无法言语的快乐”这个过程培养了学生数学能力,增加了数学感觉. 所以我们在教学过程中需要强调的是:每个学生都应该掌握各类数学题的通法,但同时也要适度地掌握一些“特技”,提倡让学生们从通法的回顾和反思中,去自然地发现和提炼“巧法”. 这样既进行了思维铺垫,创设了思维情景、暴露了思维过程,培养了思维能力,又利于学生从大量烦琐的运算中解脱出来,进一步优化学生的思维品质,培养学生的求简意识和创新能力.
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