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解决数学问题时,我们常会遇到一些问题直接求解较为困难,通过观察、分析、类比、联想等思维过程选择运用恰当的数学方法进行变换,将原问题转化为一个新问题(相对来说,对自己较熟悉的问题),通过对新问题的求解,达到解决原问题的目的,这一思想方法我们称之为“化归与转化的思想方法”.转化思想的实质是揭示联系,实现转化.除极简单的数学问题外,每个数学问题的解决都是通过转化为已知的问题实现的.从这个意义上讲,解决数学问题就是从未知向已知转化的过程. 转化的思想是解决数学问题的根本思想,解题的过程实际上就是一步步转化的过程.数学中的转化比比皆是,如函数与方程的转化,未知向已知转化,数与形的转化,空间向平面的转化,正面与反面的转化等,都是转化思想的体现.我就平时遇到的一些题目进行归类、剖析.
题型一 函数与方程的转化
例1、已知函数
在定义域内是增函数,则实数 m的取值范围为_______.
解析:f(x)在定义域内为增函数即等价于
,对
恒成立.
解题回顾:
(1)f(x)在区间(a,b)上为增函数(减函数)常转化为
对
恒成立(注意验证
) .
(2)“恒成立”问题常可转化为最值问题,本题中采用分离参数法,问题就明朗化了.
解析:建立如图所示的平面直角坐标系
解题回顾:
(1)解决向量的问题我们有三种方法:一线性运算、二向量数量积的定义 、三向量的坐标运算.本题采用第三种方法将向量的问题转化为函数的最值问题.(2)本题也体现了数与形的转化.
例3、
中,角A的对边长等于2,向量
向量
(1)求
取得最大值时的角A的大小;
(2)在(1)的条件下求
面积的最大值.
解析:
故
取得最大值时的角
. .
(2)设角A、B、C所对的边长分别为a、b、c,
由余弦定理,得
即
,当且仅当b=c=2时取等号 ,
又
,当且仅当a=b=c=2时,
的面积最大为
.
解题回顾:
(1)本题中求
的最大值转化为求关于
的二次函数的最大值.在解题时应注意
的取值范围即角A的范围.
(2)为了求bc的取值范围只要将由余弦定理得到的等式转化为不等式即可 .即运用不等式
.
例4、若关于x的方程cos2x+4asinx+a-2=0在区间[0,π]上有两个不同的解,求实数a的取值范围.
可知:
解得:
解题回顾:本题涉及多种转化,
一是三角函数的异名化同名,三角函数转化为代数问题,
二是方程的问题转化为函数的问题.
题型二 未知与已知的转化
例1、已知
则
解析:由已知可得
所以把
变形成
点评:在三角求值中,我们一定要注意已知角与未知角的关系,实现未知与已知的转化.当然本题中也涉及三角函数名的转化.
例2、在R上定义运算
:
若不等
对任意实数x都成立,则实数a的取值范围
解析:由定义可知
即
恒成立
点评:定义信息型创新题是近年高考出现频率较高的试题之一 ,对定义信息的提取和转化是求解的关键,也是一个难点.
例3、已知
是定义
在上的函数,且对任意实数
,恒有
且
的最大值为1,则满足
的解集为_______.
解析:解决本题的关键是对
的理解.
从代数的角度看:当
时,
,当
时,
所以此函数在定义域内为增函数,
从几何的角度看:此函数上任意两点连线的斜率均大于0,所以此函数为增函数.
解题回顾:未知与已知的转化,方法二也体现了数与形的转化.
例4、已知o为原点,向量
(2) 求
的最大值及相应x的值.
(2) ,
所以
的最大值为相应的
解题回顾:本题涉及三角函数名的转化、未知角向已知角的转化、数与形的结合、利用不等式求函数的最值等问题.
题型三 变量与常量的转化
例、若不等式
对一切
均成立,则实数 x的取值范围____.
解析∵
∴
,
令g(p)=
,则要使它对0≤p≤4均有g(p)>0,
只要有
∴x>3或x<-1
点评:在有几个变量的问题中,常常有一个变元处于主要地位,我们称之为主元,由于思维定势的影响,在解决这类问题时,我们总是紧紧抓住主元不放,这在很多情况下是正确的.但在某些特定条件下,此路往往不通,这时若能变更主元,转移变元在问题中的地位,就能使问题迎刃而解.本题中,若视x为主元来处理,既繁且易出错,实行主元的转化,使问题变成关于p的一次不等式,使问题实现了从高维向低维转化,解题简单易行.
题型四 正面与反面的转化
例、已知命题:
使
为真命题,则a的取值范围是_____.
解析:原命题等价于
若从反面考虑:原命题的否定为
使
解题回顾:
正难则反原则:当问题正面讨论遇到困难时,可转化考虑问题的反面,设法从问题的反面去探求,使问题获解.
题型五 空间与平面的转化
例、如图所示,在单位正方体
的面对角线
上存在一点P使得
最短,则
的最小值_______.
解析:将面A1AB绕轴A1A旋转到与面A1BCD1共面,如右图所示,D1A为所求最小值,最小值为.
解题回顾:立体图形中最短路径的问题常通过图形的翻折转化到平面来解决.
等价转化思想方法的特点具有灵活性和多样性,在应用等价转化的思想方法去解决数学问题时,没有一个固定统一的模式去进行,它可以在数与数、形与形、数与形之间进行转换;也可以在宏观上进行等价转化,如在分析和解决实际问题的过程中,普通语言向数学语言的翻译;也可以在符号系统内部实施转换,即所说的恒等变形。其中消去法、换元法、数形结合法、求值求范围等等,都体现了等价转化思想,我们更是经常在函数、方程、不等式之间进行等价转化。由于其多样性和灵活性,就需要我们合理地设计好转化的途径和方法,避免死搬硬套题型。 我有如下几点想法:1.逐步树立转化意识,遇到难题试着转换.
2.转化应遵循五条原则:
(1)熟悉化原则:将陌生的问题化为熟悉的问题来解决;
(2)简单化原则:将复杂问题化为简单问题,通过对简单问题的解决,达到解决复杂问题的目的;
(3)和谐化原则:化归问题的条件或结论,使其表现形更符合数与形的内部所表示的和谐统一的形式,或者转化命题,使其推理有利于运用某种数学方法或符合人们的思维规律;
(4)直观化原则:将比较抽象的问题转化为比较直观的问题来解决;
(5)正难则反原则:当问题正面讨论遇到困难时,可考虑问题的反面,设法从问题的反面去探求,使问题获解.
3.化归的基本方法与途径:
(1)等价转化——将原题转化为与之等价的命题;
(2)数形结合——将问题中的数量关系(解析式)与空间形式(图形)关系互相转化,获得化归途径;
(3)构造法——“构造”一个合适的数学模型,使问题易于解决.
作者单位:江苏省如东马塘中学数学组
题型一 函数与方程的转化
例1、已知函数
在定义域内是增函数,则实数 m的取值范围为_______.
解析:f(x)在定义域内为增函数即等价于
,对
恒成立.
解题回顾:
(1)f(x)在区间(a,b)上为增函数(减函数)常转化为
对
恒成立(注意验证
) .
(2)“恒成立”问题常可转化为最值问题,本题中采用分离参数法,问题就明朗化了.
解析:建立如图所示的平面直角坐标系
解题回顾:
(1)解决向量的问题我们有三种方法:一线性运算、二向量数量积的定义 、三向量的坐标运算.本题采用第三种方法将向量的问题转化为函数的最值问题.(2)本题也体现了数与形的转化.
例3、
中,角A的对边长等于2,向量
向量
(1)求
取得最大值时的角A的大小;
(2)在(1)的条件下求
面积的最大值.
解析:
故
取得最大值时的角
. .
(2)设角A、B、C所对的边长分别为a、b、c,
由余弦定理,得
即
,当且仅当b=c=2时取等号 ,
又
,当且仅当a=b=c=2时,
的面积最大为
.
解题回顾:
(1)本题中求
的最大值转化为求关于
的二次函数的最大值.在解题时应注意
的取值范围即角A的范围.
(2)为了求bc的取值范围只要将由余弦定理得到的等式转化为不等式即可 .即运用不等式
.
例4、若关于x的方程cos2x+4asinx+a-2=0在区间[0,π]上有两个不同的解,求实数a的取值范围.
可知:
解得:
解题回顾:本题涉及多种转化,
一是三角函数的异名化同名,三角函数转化为代数问题,
二是方程的问题转化为函数的问题.
题型二 未知与已知的转化
例1、已知
则
解析:由已知可得
所以把
变形成
点评:在三角求值中,我们一定要注意已知角与未知角的关系,实现未知与已知的转化.当然本题中也涉及三角函数名的转化.
例2、在R上定义运算
:
若不等
对任意实数x都成立,则实数a的取值范围
解析:由定义可知
即
恒成立
点评:定义信息型创新题是近年高考出现频率较高的试题之一 ,对定义信息的提取和转化是求解的关键,也是一个难点.
例3、已知
是定义
在上的函数,且对任意实数
,恒有
且
的最大值为1,则满足
的解集为_______.
解析:解决本题的关键是对
的理解.
从代数的角度看:当
时,
,当
时,
所以此函数在定义域内为增函数,
从几何的角度看:此函数上任意两点连线的斜率均大于0,所以此函数为增函数.
解题回顾:未知与已知的转化,方法二也体现了数与形的转化.
例4、已知o为原点,向量
(2) 求
的最大值及相应x的值.
(2) ,
所以
的最大值为相应的
解题回顾:本题涉及三角函数名的转化、未知角向已知角的转化、数与形的结合、利用不等式求函数的最值等问题.
题型三 变量与常量的转化
例、若不等式
对一切
均成立,则实数 x的取值范围____.
解析∵
∴
,
令g(p)=
,则要使它对0≤p≤4均有g(p)>0,
只要有
∴x>3或x<-1
点评:在有几个变量的问题中,常常有一个变元处于主要地位,我们称之为主元,由于思维定势的影响,在解决这类问题时,我们总是紧紧抓住主元不放,这在很多情况下是正确的.但在某些特定条件下,此路往往不通,这时若能变更主元,转移变元在问题中的地位,就能使问题迎刃而解.本题中,若视x为主元来处理,既繁且易出错,实行主元的转化,使问题变成关于p的一次不等式,使问题实现了从高维向低维转化,解题简单易行.
题型四 正面与反面的转化
例、已知命题:
使
为真命题,则a的取值范围是_____.
解析:原命题等价于
若从反面考虑:原命题的否定为
使
解题回顾:
正难则反原则:当问题正面讨论遇到困难时,可转化考虑问题的反面,设法从问题的反面去探求,使问题获解.
题型五 空间与平面的转化
例、如图所示,在单位正方体
的面对角线
上存在一点P使得
最短,则
的最小值_______.
解析:将面A1AB绕轴A1A旋转到与面A1BCD1共面,如右图所示,D1A为所求最小值,最小值为.
解题回顾:立体图形中最短路径的问题常通过图形的翻折转化到平面来解决.
等价转化思想方法的特点具有灵活性和多样性,在应用等价转化的思想方法去解决数学问题时,没有一个固定统一的模式去进行,它可以在数与数、形与形、数与形之间进行转换;也可以在宏观上进行等价转化,如在分析和解决实际问题的过程中,普通语言向数学语言的翻译;也可以在符号系统内部实施转换,即所说的恒等变形。其中消去法、换元法、数形结合法、求值求范围等等,都体现了等价转化思想,我们更是经常在函数、方程、不等式之间进行等价转化。由于其多样性和灵活性,就需要我们合理地设计好转化的途径和方法,避免死搬硬套题型。 我有如下几点想法:1.逐步树立转化意识,遇到难题试着转换.
2.转化应遵循五条原则:
(1)熟悉化原则:将陌生的问题化为熟悉的问题来解决;
(2)简单化原则:将复杂问题化为简单问题,通过对简单问题的解决,达到解决复杂问题的目的;
(3)和谐化原则:化归问题的条件或结论,使其表现形更符合数与形的内部所表示的和谐统一的形式,或者转化命题,使其推理有利于运用某种数学方法或符合人们的思维规律;
(4)直观化原则:将比较抽象的问题转化为比较直观的问题来解决;
(5)正难则反原则:当问题正面讨论遇到困难时,可考虑问题的反面,设法从问题的反面去探求,使问题获解.
3.化归的基本方法与途径:
(1)等价转化——将原题转化为与之等价的命题;
(2)数形结合——将问题中的数量关系(解析式)与空间形式(图形)关系互相转化,获得化归途径;
(3)构造法——“构造”一个合适的数学模型,使问题易于解决.
作者单位:江苏省如东马塘中学数学组