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向量的基础性和工具性一直备受关注.向量集"数"、"形"于一体,既能参与运算,又能表示图形。向量的特征决定了它是数学知识的一个交汇点,运用它容易看到知识之间的内在联系和相互作用,为我们解决数学问题提供了更为广阔的思维空间。有些看似与向量无关的题目,可以通过引入向量,转化为向量问题,避繁就简,且方法新颖。本文举例谈谈构造向量在解题中的应用,旨在抛砖引玉。
一、证明
例1、设[x,y,z>0,xyz=1],求证:[x2y+z+y2z+x+z2x+y≥32]
证明:构造空间向量:[p=(xy+z,yz+x,zx+z)][q=(y+z,z+x,x+y)]
则 [pq=x2y+z+y2z+x+z2z+y?2(x+y+x)]
则,有 [2x2y+z+y2z+x+z2z+y≥x+y+z≥3xyz3=3]
故 [x2y+z+y2z+x+z2x+y≥32]
例2、已知[f(x)=1+x2],若[a≠b],求证:[f(a)-f(b)<a-b]
证明:构造向量:[p=(1,a)] [q=(1,b)] 则
[f(a)=a] [f(b)=b] [p-q=(0,a-b)]
[f(a)-f(b)=p-q≤p-q=a-b](当且仅当[p],[q]同向时,取等号)
又[∵][a≠b] [∴] [p],[q]不同向,即不能取等号
故 [f(a)-f(b)<a-b]
二、求值
例3、已知 [cosα-cosβ-cos(α+β)=32],求锐角[α],[β]。
解:由已知得 [(1-cosα)cosβ+sinαsinβ=32-cosα] (1)
构造向量:[a=(1-cosα,sinα)] [b=(cosβ,sinβ)],则
[ab=(1-cosα)2+sin2α?cos2β+sin2β=2-2cosα]
[∵ab≥a?b]
故 [2-2cosα≥32-cosα] 即 [2-2cosα≥(32-cosα)2]
[(cosα-12)2≤0][∴] [cosα=12] 即 [α=π3]
将[α=π3]代入(1)式,得[β=π3]
例4、求函数[y=x4-3x2-6x+13-x4-x2+1(x∈R)]的最大值。
解:函数变形为[y=(x-3)2+(x2-2)2-(x-0)2+(x2-1)2]
构造向量:[a=(x-3,x2-2)] [b=(x,x2-1)] 则
[a-b=(x-3)2+(x2-2)2-(x-0)2+(x2-1)2]
[a-b=(-3,-1)]
又 [a-b≤a-b]
[(x-3)2+(x2-2)2-(x-0)2+(x2-1)2≤(-3)2+(-1)2=10]
故函数的最大值为[10]
三、解方程(不等式)
例5、解方程[x4-3x2+3x4-x2=4]
解:构造向量:[a=(x,4-x2)] [b=(4-3x2,3x)]
[ab=x2+(4-x2)2?(4-3x2)2+(3x)2=4]
又 [a?b=x4-3x2+3x4-x2=4]
[∴ab=a?b]因此[a,b]方向相同 设[a=λb(λ>0)]即
[x=λ4-3x24-x2=λ3x]代入原方程有
[λ(4-3x2)+λ(3x)2=4] 解得 [λ=1]
[x=4-3x24-x2=3x]
由此,原方程的根为[x=1]
例6.解不等式:[12<x3+2x+32x3+x+1<3]
解:设数轴上的三点M、P、N的坐标分别为
[xM=12] [xP=x3+2x+32x3+x+1] [xN=3]
由不等式可知 [MN=λMP(λ>1)],即
[52=λ(x3+2x+32x3+x+1-12)]即 [λ=5(2x3+x+1)3x+5>1]
即 [2x(5x2+1)3x+5>0] 解得
[x<-53或x>0]
参考文献:
[1]常瑞连.中学数学教学参考.应用向量不等式解题的构造策略,2005.11
[2]李真.河北理科教学研究.构造向量解题例谈 ,2003.1
作者简介:
代艳(1977.8~ )女,湖北 武汉市蔡甸区第二中学,职称:中学一级,研究方面:数学教学,大学本科。
一、证明
例1、设[x,y,z>0,xyz=1],求证:[x2y+z+y2z+x+z2x+y≥32]
证明:构造空间向量:[p=(xy+z,yz+x,zx+z)][q=(y+z,z+x,x+y)]
则 [pq=x2y+z+y2z+x+z2z+y?2(x+y+x)]
则,有 [2x2y+z+y2z+x+z2z+y≥x+y+z≥3xyz3=3]
故 [x2y+z+y2z+x+z2x+y≥32]
例2、已知[f(x)=1+x2],若[a≠b],求证:[f(a)-f(b)<a-b]
证明:构造向量:[p=(1,a)] [q=(1,b)] 则
[f(a)=a] [f(b)=b] [p-q=(0,a-b)]
[f(a)-f(b)=p-q≤p-q=a-b](当且仅当[p],[q]同向时,取等号)
又[∵][a≠b] [∴] [p],[q]不同向,即不能取等号
故 [f(a)-f(b)<a-b]
二、求值
例3、已知 [cosα-cosβ-cos(α+β)=32],求锐角[α],[β]。
解:由已知得 [(1-cosα)cosβ+sinαsinβ=32-cosα] (1)
构造向量:[a=(1-cosα,sinα)] [b=(cosβ,sinβ)],则
[ab=(1-cosα)2+sin2α?cos2β+sin2β=2-2cosα]
[∵ab≥a?b]
故 [2-2cosα≥32-cosα] 即 [2-2cosα≥(32-cosα)2]
[(cosα-12)2≤0][∴] [cosα=12] 即 [α=π3]
将[α=π3]代入(1)式,得[β=π3]
例4、求函数[y=x4-3x2-6x+13-x4-x2+1(x∈R)]的最大值。
解:函数变形为[y=(x-3)2+(x2-2)2-(x-0)2+(x2-1)2]
构造向量:[a=(x-3,x2-2)] [b=(x,x2-1)] 则
[a-b=(x-3)2+(x2-2)2-(x-0)2+(x2-1)2]
[a-b=(-3,-1)]
又 [a-b≤a-b]
[(x-3)2+(x2-2)2-(x-0)2+(x2-1)2≤(-3)2+(-1)2=10]
故函数的最大值为[10]
三、解方程(不等式)
例5、解方程[x4-3x2+3x4-x2=4]
解:构造向量:[a=(x,4-x2)] [b=(4-3x2,3x)]
[ab=x2+(4-x2)2?(4-3x2)2+(3x)2=4]
又 [a?b=x4-3x2+3x4-x2=4]
[∴ab=a?b]因此[a,b]方向相同 设[a=λb(λ>0)]即
[x=λ4-3x24-x2=λ3x]代入原方程有
[λ(4-3x2)+λ(3x)2=4] 解得 [λ=1]
[x=4-3x24-x2=3x]
由此,原方程的根为[x=1]
例6.解不等式:[12<x3+2x+32x3+x+1<3]
解:设数轴上的三点M、P、N的坐标分别为
[xM=12] [xP=x3+2x+32x3+x+1] [xN=3]
由不等式可知 [MN=λMP(λ>1)],即
[52=λ(x3+2x+32x3+x+1-12)]即 [λ=5(2x3+x+1)3x+5>1]
即 [2x(5x2+1)3x+5>0] 解得
[x<-53或x>0]
参考文献:
[1]常瑞连.中学数学教学参考.应用向量不等式解题的构造策略,2005.11
[2]李真.河北理科教学研究.构造向量解题例谈 ,2003.1
作者简介:
代艳(1977.8~ )女,湖北 武汉市蔡甸区第二中学,职称:中学一级,研究方面:数学教学,大学本科。