高中数学解题中的“设而不求”综述

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  设而不求是数学解题中的一种很有用的手段,采用设而不求的策略,往往能避免盲目推演而造成的无益的循环运算,从而达到准确、快速、简捷的解题效果。本文将对设而不求的常见类型加以归纳,以供借鉴与参考。
  1 整体代入,设而不求
  在解决某些涉及若干个量的求值问题时,要有目标意识,通过虚设的策略,整体转化的思想,绕开复杂的运算过程,可使问题迅速得到解决。
  例1:已知等比数列 {an}中,Sm=16 ,S2m=64,求S3m。
  解:设公比为q,由于S2m≠2Sm,故q≠1。
  于是 ■=16 ① ■=64 ②
  ②÷①得1+qm=4,则qm=3
  所以S3m=■=■(1+qm+q2m)
  =16×(1+3+32)
  =208
  2 转化图形,设而不求
  有些代数问题,通过挖掘题目中隐含的几何背景,设而不求,可转化成几何问题求解。
  例2:设a、b均为正数,且a+b=1,求证■+■≤2■。
  证明:设u=■,v=■(u>1、v>1),u+v=m
  则u、v同时满足u+v=m u2+v2=4
  其中u+v=m表示直线,m为此直线在v轴上的截距,u2+v2=4是以原点为圆心,2为半径的圆在第一象限内的一部分圆弧(如图1),显然直线与圆弧相切时,所对应的截距m的值最大。 图1
  由图易得 mmax=2■,即■+■≤2■。
  3 适当引参,设而不求
  恰当合理地引入参数,可使解题目标更加明确,已知和欲求之间的联系得以明朗化,使问题能够得到解决。
  例3:已知对任何满足(x—1)2+y2=1()的实数x、y,如果 x+y+k≥0恒成立,求实数k的取值范围。
  解:设x=1+cosθ y=sinθ (θ∈R)
  则g(θ)=x+y+k=sinθ+cosθ+1+k≥—■+1+k
  令—■+1+k≥,得k≥■—1。
  4 巧设坐标,设而不求
  在解析几何问题中,对于有关点的坐标采用设而不求的策略,能促使问题定向,简便化归,起到以简驭繁的解题效果。
  例4:设抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,经过点F的直线交抛物线于A、B两点,点C在抛物线的准线上,且BC//x轴,求证:直线AC经过原点O。
  证明:设点A(2pt12,2pt1 )、B(2pt22,2pt2),则点C(—■,2pt2),因为AB过焦点F,所以2pt1·2pt2=—p2,得t1t2=—■,又直线OC的斜率Koc =—■=—4t2=■,直线OA的斜率KOA=■=■,则Koc =KOA,故A、O、C三点共线,即直线AC经过原点O。 图2
  5 活用性质,设而不求
  解题过程中,不断变换观察角度,类比方法、联想内容,明确最终目标,经过巧妙构造,活用性质,可直达目标。
  例5:求证■+■+…+■>■(n≥2,n∈N*)
  证明:设xn=■+■+…+■—■
  则xn+1=■+■+…+■+■+■—■
  由xn+1—xn=■+■—■=■—■>0可知:数列{xn}为单调递增数列。
  又x2=■+■—■>0,则xn>0(n≥2,n∈N*)
  即■+■+…+■>■(n≥2,n∈N*)
  6 中介过渡,设而不求
  根据解题需要,可引入一个中间量作为中介,起到过渡作用,使问题得以解决。
  例6:如图3,OA是圆锥底面中心O到母线的垂线,OA绕轴旋转一周所得曲面将圆锥体积分成相等的两部分,求圆锥母线与轴(下转第19页)
  (上接第20页)
  的夹角α。
  解:过点A作SO的垂线,垂足为M,可知∠MAO=∠AOB=∠OSB=α。
  设MA=x,OB=r,SO=h则有■πr2h化简可得(■)2=■,又因为cosα=■=■即cosα=■=■,所以cos2α=■·■=■,于是cos4α=■,从而α=arccos■。
  7 恒等变形,设而不求
  某些看似十分复杂的运算,经过巧妙转换,恒等变形,使运算对象发生转移,起到意想不到的效果。
  例7:求cos■cos■cos■…cos■的值。
  解:设M=cos■cos■cos■…cos■
  N=sin■sin■sin■…sin■
  则MN=sin■cos■·sin■cos■·sin■cos■…sin■cos■=■sin■sin■…sin■=■sin■sin■…sin■=■·N
  而N≠0,故M=■=■。
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