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如何运用化归思想解高中数学题

2020-09-10张文娟

语数外学习·高中版上旬 2020年3期
关键词:关系式数学题变量

张文娟

化归思想是转化和归结的简称.在解题中灵活运用化归思想,可以使问题由难化易,由繁化简.化归思想不仅是一种基本的思维策略,也是一种常用的解题方法,其关键是把问题等价转化成另一种形式来进行解答.常见化归思想的应用有数与形之间的转化、常量与变量之间的转化、相等与不相等之间的转化等.本文结合实例,来探讨一下化归思想在解高中数学题中的应用.

一、数与形之间的转化

数与形是数学中最常见的两种形式.利用图形可以使问题变得更加直观,结合数量关系式可以把问题中的内在关系呈现出来,两者之间相辅相成、不可分割.因此,在解题时,我们要利用化归思想,灵活进行数量关系式与图形之间的转化,提升解题的效率.

例1.已知a[>]0,b[>]0,且a≠b.试比较[a2+b22]和[2aba+b]的大小.

解析:如图,设[BC、AC]的长度分别为[a]、[b].因为[a≠b],不妨设[a>b],以[a],[b]为直角边,作直角三角形[ΔABC],则斜边[AB=a2+b2],设[CM]、[CD]分别是[ΔABC]的[BC]边上的中线和角平分线,则[CM=a2+b22],

由三角形的面积公式可得

[12a⋅CDsin45°+12b⋅CDsin45°=12ab],

解得[CD=2aba+b].

显然,当 [a≠b]时,[CM>CD],

所以[a2+b22>2aba+b].

该解法主要是利用化归思想,通过数与形之间的转化,将代数问题转化为几何问题来求解,该方法直观、便捷.本题也可以采用代数方法来求解.

二、常量与变量之间的转化

有些问题较为复杂,含有很多与常量、变量相关的问题,此时,我们若能将常量、变量进行适当的转化,有利于转换解题的思路,优化解题的方案.由于变量是一个不确定的量,所以在解题时,为了便于解题,我们可以利用化归思想,将变量视为常量,或者将变量转化为常量来求解.

例2.已知两点A(-1,0),B(0,2),点P是圆(x-1)2+y2=1上任意一点,则△PAB面积的最大值与最小值分别是( ).

解析:由于P是一个动点,我们无法确定它的位置,需要利用化归思想,将这个变量转化为常量,利用半径以及圆心到直线AB的距离来求解.

解:由题知,圆的半径为1,直线AB的方程为[x-1+y2=1],即2x-y+2=0,

圆心(1,0)到直线AB的距离[d=2+25=455],则点P到直线AB的距离最大值为[455+1],最小值为[455-1],

又[|AB|=5],则[(S△PAB)max=12×5×455+1=12(4+5)],

[(S△PAB)min][=][12][×][5][×]([455-1)][=][12(4-5)].

三、相等与不相等之间的转化

相等与不相等之间的转化,常用于解答与不等式或者与等式有关的最值问题.在解题时,我们运用化归思想,将相等关系轉化为不相等关系,然后利用基本不等式、柯西不等式等来解答,或将不相等关系转化相等关系,利用方程思想来解答.

例3.已知a,b都是正实数,且a+b=2,求证:[a2a+1+b2b+1≥1].

证明:∵[a>0],[b>0],[a+b=2],

∴[a2a+1+b2b+1-1=a2(b+1)+b2(a+1)-(a+1)(b+1)(a+1)(b+1)]

[=a2b+a2+b2a+b2-ab-a-b-1(a+1)(b+1)=1-ab(a+1)(b+1)].

∵[a+b=2≥2ab],∴[ab≤1].

∴[1-ab(a+1)(b+1)≥0],∴[a2a+1+b2b+1≥1].

在解答本题的过程中,我们利用化归思想,根据相等关系式a+b=2,以及完全平方公式,通过通分将[a2a+1+b2b+1]化简,然后利用基本不等式来证明不等式[a2a+1+b2b+1≥1]成立.

总之,化归思想在解答数学题中应用广泛,是一种灵活、简便的解题方式.在运用化归思想时,同学们要注意展开联想,根据题目的已知条件或结论灵活进行等价变换,从而找准解题的方向.

(作者单位:江苏省高邮市临泽中学  )

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