数形结合思想的数学题_例说转化与化归思想解数学题

  解决数学问题时,常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”。
  化归与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。化归与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。试想,在问题的解决过程中如果我们不能将生疏的背景转化到熟知的地步,不能将陌生的问题化归为熟悉的问题,不能将复杂的问题转化成简单的问题,不能将抽象的问题化归为直观而具体的问题,不能将含糊不清的问题转化为明朗的问题,解决它的可能性是不大的。下面通过举例说明这种思想的应用:
  
  一、复杂到简单的转化
  
  这是化归思想的“基本精神”。
  例1:若不等式x +px>4x+p-3对一切0≤p≤4均成立,试求实数x的取值范围。
  解:∵x +px>4x+p-3,
  ∴(x-1)p+x -4x+3>0。
  令g(p)=(x-1)p+x -4x+3,则要使它对0≤p≤4均有g(p)>0,只要有g(0)>0g(4)>0,
  ∴x>3或x<-1。
  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,既繁琐且易出错,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。
  
  二、已知与未知间的相互转化
  
  例2:在(x +3x+2) 的展开式中x的系数为(    )。
  (A)160    (B)240    (C)360    (D)800
  分析与解:本题要求(x +3x+2) 展开式中x的系数,而我们只学习过多项式乘法法则及二项展开式定理,因此,就要把对x系数的计算用上述两种思路进行转化:
  直接运用多项式乘法法则和两个基本原理求解,则(x +3x+2) 展开式是一个关于x的10次多项式,(x +3x+2) =(x +3x+2)(x +3x+2)(x +3x+2)(x +3x+2)(x +3x+2),它的展开式中的一次项只能从5个括号中的一个中选取一次项3x并在其余四个括号中均选择常数项2相乘得到,故为C•(3x)•C•2 =5×3×16x=240x,所以应选(B)。
  化归与转化的意识可帮我们把未知转化为已知。
  
  三、抽象到具体的转化
  
  有些问题的解决表象比较抽象、费解、含糊、难懂,应充分利用已知条件朝着具体、明朗的地步转化。
  例3:将一个骰子连续抛掷三次,它落地时向上的点数依次成等差数列的概率为(    )。
  (A)    (B)    (C)    (D)
  分析与解:本题表面较抽象,实质是从1,2,3,4,5,6这六个数中,依次取出3个(可重复)数构成多少个等差数列的问题。(1)公差为0共有6种情况;(2)公差为±1共有8种情况;(3)公差为±2共有4种情况,故所求= = 。
  
  四、不可知到可知的转化
  
  有些问题的解决表面看不可知,需要进一步挖掘条件,充分利用已知信息或变形或转化,转化到可知的地步。
  例4:设F为抛物线y =4x的焦点,A,B,C为该抛物线上三点。若 + + =,则| |+| |+| |(    )。
  (A)9  (B)6  (C)4  (D)3
  分析与解:本题若只从未知看条件似乎不充分,因为显然点A,B,C的坐标无法确定,但抛物线的定义告诉我们| |即点A到准线x=-1的距离,这样所求| |+| |+| |=x +x +x +3,而由 + + =不难得到x -1+x -1+x -1=0,即x +x +x =3,故| |+| |+| |=6,选(B)。
  解题时当一个思路本应可以解决问题,但不成功时,应充分挖掘已知潜力,另辟蹊径,实现由不可知到可知的转化。
  
  五、一些常规的定式转化
  
  数学解题中有些现成的定式转化,如“顺逆序相加”,“错位相减”,“累加相消”,“相乘相约”,“裂项求和”,“已知S 求a ”,“化无限循环小数为分数”,“对正态总体N(μ,σ )有P(ξ<x)=F(x)=Φ( )”等等。
  例5:解关于的不等式|x|>ax(a∈R)。
  分析与解:这是一道在“市面”上流行了好多年的老题,一般人都不屑一顾。去年安徽命题人看中了该题,改为理3“若|x|≥ax对任意x∈R恒成立,则a的取值范围为(    )。(A)a<-1(B)|a|≤1(C)|a|<1(D)a≥1”,这一改造虽大大降低了原题的难度,却提升了原题档次。在解答本题时容易犯的错误就是分类线索不清,时而考虑a,时而考虑x。事实上,|x|>ax?圳x>ax或x<-ax?圳(a-1)x<0…①或(a+1)x<0…②,兼顾①②两式分类线索顺理成章。(1)a<-1;(2)a>1;(3)-1<a<1;(4)a=1;(5)a=-1。最后归纳总结即可。
  这是一道非常常规的问题,转化的核心是消去绝对值符号,只需利用绝对值不等式的等价变形即可,但这点却往往容易被人们忽视而误入歧途。
  总结
  1.熟练、扎实地掌握基础知识、基本技能和基本方法是转化的基础;丰富的联想、机敏细微的观察、比较、类比是实现转化的桥梁;培养训练自己自觉的化归与转化意识需要对定理、公式、法则有本质上的深刻理解和对典型习题的总结和提炼,要积极主动有意识地去发现事物之间的本质联系。“抓基础,重转化”是学好中学数学的金钥匙。
  2.为了实施有效的化归,既可以变更问题的条件,又可以变更问题的结论;既可以变换问题的内部结构,又可以变换问题的外部形式;既可以从代数的角度去认识问题,又可以从几何的角度去解决问题。
  
  注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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