[代换中的一朵奇葩] 万花中一朵奇葩下句

  代换是一种重要的数学思想方法,它是绚丽多彩的换元法中的一朵奇葩. 数学问题在形式上呈现多样性和复杂性,在思维方式和解题方法上又表现出灵活性,在直接解决问题受阻时,常需要采用转化策略. 本文就常数1,0的整体代换技巧予以介绍和总结,希望能给同学们学习数学带来帮助.
  一、1的代换用于三角函数的求值与等式证明
  三角函数求值与证明中的妙用主要是指利用sin2+cos2=1,tan=1,tan �cot=1,sec �cos=1,csc �sin=1,sec2tan2=1,csc2cot2=1等恒等式对“1”进行代换,使问题解决.
  例1已知sin=2cos,求及sin2+2sincos的值.
  解法1由题意, == = . 因为sin=2cos,又sin2+cos2=1,解得sin= ,cos= 或sin= ,cos=,代入得sin2+2sincos= .
  点评利用同角三角函数关系列出二元二次方程组,解得sin,cos的值,带入求值.
  解法2因为sin=2cos,所以tan=2,所以 ===,sin2+2sincos=== = .
  点评①解法2所用到的技巧如下所示:分子、分母是正、余弦的一次(或二次)齐次式;②“1”的妙用,将1换为sin2+cos2;③应用化弦为切,整体带入求值.
  例2求证: = .
  证明可知左式== = tan+sec= 右式.
  点评本题的解法有作差法、作商法、“1”的代换及等比定理的运用,基本解题思路为切割化弦.
  例3求值:.
  解原式==tan(45�75��tan120�.
  点评由分子分母的结构形式,联想到两角和的正切公式,由1=tan,将结构变形为,从而求解.
  二、1的代换用于多元函数的求最值和不等式证明
  除了“天然”恒为1的式子,题目有时会给出恒为1的式子作为条件,对此要善加利用.
  例4若x>0,y>0,z>0,且x+y+z=1,求函数=的最小值.
  解因为x>0,y>0,z>0,x+y+z=1,所以=・==≥=8,当且仅当x=y=z= 时,取到最小值8.
  点评本题中的目标函数结构很有对称性,每一部分的处理方式都是相同的,利用x+y+z=1,换掉目标函数中的1,在尝试的过程中解题并总结经验.
  例5已知a>0,b>0,且a+b=1,则的最小值为 ________.
  解由于ab≤= ,所以= == ===1+≥1+8=9,当且仅当a=b=时等号成立,所以的最小值为9.
  三、1的代换用于数列求和
  例6求和:Sn=1��+2��+3��+…+n(n+1)・(n+2).
  解目标是裂项,使可相消,可对通项ak=k(k+1) (k+2)添上后一项k+3,减去前一项k1,但只有乘上“1”才不会使式子值发生变化,而1= [(k+3)(k1)],于是ak=k(k+1)(k+2)= k(k+1)(k+2)[(k+3)(k1)]= k(k+1)(k+2)(k+3)(k1)k (k+1)(k+2),所以Sn= ��������+��������+…+n(n+1)(n+2)(n+3)(n1)n(n+1)(n+2)= n(n+1)(n+2)(n+3).
  四、1的代换用于向量式处理
  例7设空间任意一点O和不共线三点A,B,C,若点P满足向量关系=x+y+z(其中x+y+z=1),试问:P,A,B,C四点共面吗?
  解由x+y+z=1(不妨设x≠0),可得x=1yz,则 =(1yz)++,所以 =y()+z(),即=y+z.
  由A,B,C三点不共线,可知和不共线,所以,,共面且具有公共起点A. 从而P,A,B,C四点共面.
  思考如果将x+y+z=1整体代入,由(x+y+z)=x+y+z出发,你能得到什么结论?这一结论在客观题的处理上很方便.
  五、1的代换用于直线方程确定
  例8过点P(0,1)的直线与抛物线y2=2x交于M,N两点,O为坐标原点,若kOM+kON=1,求直线l的方程.
  解由于直线l过点P(0,1),可设其方程为x=ty+1,则1=xty,所以y2=2x1=2x(xty),则y2+2txy2x2=0.
  又x≠0,故方程两边可以同时除以x2,得2+ 2t2=0,故kOM,kON是关于k的方程k2+2tk2=0的两根,所以2t=1,t=.
  故直线l的方程为x=y+1,即2x+y2=0.
  六、两个0的代换问题
  例9在锐角△ABC中,求证:cosA+cosB+cosC ≤.
  证明因为 =++ ,可以想到cosA+cosB +cosC=cosA+cosB+cosC+cos60�(添上一�项),和差化积,得cosA+cosB+cosC=2coscos+ 2coscos,于是有cosA+cosB+cosC ≤2=4cos60�cos,于是cosA+cosB+cosC≤2 = ,所以原不等式成立.
  例10已知a,b,c,d是满足ab+bc+cd+da=1的正实数,求证:+++≥.
  证明待证式左边各项具有轮换对称性,可以先看其中一项. 目标是放缩时去掉分母上的字母,由尝试可发现 = +≥a2= ≥.
  同理,≥,≥,≥.
  以上不等式两边相加,整理可得+++≥(a2+b2+c2+d2).
  又因为(a2+b2+c2+d2)≥(ab+bc+cd+da)= ,所以+++≥成立.
  七、一个1和0一起的代换问题
  例11已知a,b,c均为正实数,且满足abc=1,求证:++≥.
  证明将1用a2b2c2代换,即有原不等式等价于++≥.
  目标是放缩时去掉分母上的字母,可想到= +≥bc = . 同理,≥,≥.
  以上不等式两边相加,整理可得++≥≥ = ,所以原不等式成立.
  总之,常数代换并不神奇,它本质上是以退为进,常数是一个化简后的形式,而它化简前的形式,不清楚,有多种可能. 先想到去代换常数,变简为繁,再想用什么样的式子去代换常数,目标只有一个:解决问题.
  
  1. 已知tan=2,求的值.
  2. 已知tan=3,求sincos的值.
  3. 化简:.
  4. 设x,y,z均为正实数,且x+y+z=1,求++的最小值.
  5. 已知x>0,y>0,且x+2y=1,求+的最小值.
  6. 已知,,均为锐角,且满足cos2+cos2+cos2 =1,求证:++≥.
  7. 已知a,b,c均为正实数,求证:++≥a+b+c.
  8. 已知a,b,c均为正实数,求证:++≥.
  
  1. .2. .3. 1.4. 36.5. 9.
  6.= +≥3,同理相加即可.
  7.= +bb≥2ab,同理相加即可.
  8.= +≥a2,同理相加即可.

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