数学问题转化过程中的构造与联想

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  有些数学问题,我们可以从其形式着手,通过充分的联想与适当的构造使其得以转化,从而用熟悉的知识与方法来解决新问题。如果在平时的教学中,我们能恰当、适时地进行这方面的训练,不仅可以培养学生思维的自由性、创新性,还可以提供多渠道的解题途径,更能提高学生学习数学的兴趣,激发学生探索、创新的欲望。下面笔者通过一些例题来谈谈在这方面的认识。
  例1.已知a、b、c∈R ,且a b c=1,求证abc ■≥27■。
  分析:把所证的等式构造成abc ■≥27 ■,从而联想到函数f(x)=x ■(x∈(0,1)),由于f’(x)=1-■=■<0,故f(x)在(0:1)上递减。又因为abc≤(■)3=■,所以f(abc)≥f(■),即abc ■≥27 ■,问题得证。
  例2.已知x2 y2=9,a2 b2=16:(x,y,a,b∈R),求ax by的最值。
  分析:此类问题通常可用圆的参数方程来解,但由ax by联想到向量的数量积,构造m=(x,y),n=(a,b):则mn=ax by,由ax by=mn≤mn=■ ■=12,可知-12≤ax by≤12,故ax by的最小值是-12,最大值是12。
  例3.解方程:■-■=3x 2。
  分析:把方程构造成:■ (-■)=2■,从而联想等差数列,设公差为d,则有:
  ■=■-d(1)-■2=■ d(2)
  由(1)2-(2)2得:-2(3x 2)=-2(3x 2)d,得d=1或x=-■。把d=1代入(1)式得x=■(2±2■),是增根,舍去。而x=-■符合要求,所以原方程的根为x=-■。
  例4.已知x∈R,求
  ■ ■的最小值。
  分析:
  方法一:构造■=■:
  ■=■,从而联想到两点之间的距离,原问题可理解为求点p(x,o)到点A(2,3)与点B(6,1)之间的距离之和的最小值,很明显作点A(2,3)关于x轴的对称点A’(2:-3),则A’B=■=4■,由PA PB=PA’ PB≥A’B=4■,可知
  ■ ■≥4■,因此,原式的最小值为4■。
  方法二:构造■=■,■=■,从而联想到向量的模,可设a=(x-2,3):b=(6-x,1),由a b≥a b=4■,可知■ ■≥4■。
  例5.已知x,y,z∈R ,且■ ■ ■=2,求■ ■ ■的最大值。
  分析:由■ ■ ■=2易得■ ■ ■=1,根据欲求式子的形式,可联想到随机变量的方差,设随机变量的分布列为
   x■y■ z■ ■ ■则Ex=■ ■ ■,Ex2=■ ■ ■=2,根据Dx=Ex2-(Ex)2≥0,得2-(Ex)2≥0,即Ex≤■,故■ ■ ■≤■,因此,原式的最大值为■。
  例6.已知x,y满足(x-2)2 (y-3)2=1。
  (1)求■的取值范围。
  (2)求3x-4y-14的最大值与最小值。
  分析:(1)构造■=■,联想到两点所在的直线斜率公式,它表示点P(x,y)与点Q(-3,-1)所在的直线斜率,而点P在圆(x-2)2 (y-3)2=1上任意移动,很明显,当直线PQ与圆相切时,两直线的斜率分别取最大值与最小值。设直线PQ的方程为y 1=k(x 3),即kx-y 3k-1=0,圆心(2,3)到直线PQ的距离为1,即■=1,求得k=±■,于是■的取值范围是
  ■,■■。
  (2)构造3x-4y-14=5■,从而联想到点到直线的距离,原问题转化为求圆(x-2)2 (y-3)2=1的点到直线3x-4y-14=0的距离的最大值与最小值,而圆心(2,3)到直线3x-4y-14=0的距离d=■=■=4,所以圆上的点到直线的最大距离为d r=4 1=5,最小距离为d-r=4-1=3,因此3x-4y-14的最大值为25,最小值为15。
  从上述诸例可见,根据问题的形式,联想所学过的知识与方法,灵活巧妙地进行构造,是从形似转化为神似的关键。
  (作者单位:江西省萍乡市莲花中学)
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