局部换元法解决函数问题的常见题型:初中换元法的题型

  摘 要:局部换元是换元法中的一种最常用的方法,是在已知或者未知中,某个代数式多次出现,而用一个变量来代替它从而简化问题,有时候要通过变形才能发现. 在高中数学关于求解某些函数的解析式、最值、值域等问题时,也经常用到局部换元法.
  关键词:函数;换元法;转化;局部换元法
  
  局部换元法又称整体换元法,是换元法中的一种最常用方法,解题时把已知或者未知中某个多次出现的式子看做一个整体,用一个变量去代替它,当然有时候要通过变形才能发现.
  既然局部换元是一种换元方法,那么它的实质是转化,关键是构造元和设元,理论依据是等量代换,目的是变换研究对象,使得复杂问题简单化. 比如,当朋友弄不明白你的说话意思时,你会来一个“换句话说”,就是保留原意而改变表述形式的意思.在处理数学问题时,往往需要若干次的“换句话说”才能把原来的问题化难为易、化繁为简或化生为熟.
  那么在高中数学的函数问题中,有哪些题型可以用局部换元法呢?笔者简单归纳如下:
  1. 函数F(f(x))=g(x)
  形如F(f(x))=g(x),我们通常是令t=f(x),再用t来表示x,得到x=h(t),最后将t=f(x)和x=h(t)代入F(f(x))=g(x)中就达到了换元的目的,得到F(x)的解析式.
  例1 已知函数f(x3)=lgx(x>0),求f(x).
  解:令t=x3(t>0),则x=,则f(t)=lg=lgt=lgt,故f(x)=lgx(x>0).
  再如已知f(3x+1)=4x+3,求f(4)的值. 我们只需令t=3x+1(t∈R),则x=,则f(t)=4+3=+,故f(4)=+=7.
  2. 三角函数f(sinx±cosx,sinxcosx)
  形如f(sinx±cosx,sinxcosx)的三角函数,求三角式的最大值和最小值时,我们往往是令题中的sinx+cosx=t,然后两边平方,找出sinx•cosx与t的关系,最后将题中的sinx和cosx转化为关于t的二次函数或一次函数来研究.其中最常用的公式是平方关系式sin2x+cos2x=1.
  例2 设a>0,求f(x)=2a(sinx+cosx)-sinxcosx-2a2的最大值和最小值.
  分析:抓住sinx+cosx与sinxcosx的内在联系,将三角函数的值域问题转化为二次函数在闭区间上的值域问题,换元过程中一定要注意新的参数的取值范围(t∈[-,])与sinx+cosx的对应关系.
  解:设sinx+cosx=t,则t∈[-,].
  由(sinx+cosx)2=1+2sinxcosx,得sinxcosx=,所以f(x)=g(t)=-(t-2a)2+(a>0),t∈[-,].
  当t=-时,g(t)min=-2a2-2a-;当2a≥时,t=,g(t)max= -2a2+2a-;当00、例2中t∈[-,]、例3中t∈(2,+∞)、例4中t≥0和例5中0≤t≤1.
  

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