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在高中数学中渗透“解题差异论”的实践研究

2017-01-05李晓波

中学数学杂志(初中版) 2016年6期
关键词:所求辨析内角

罗增儒教授在文[1]中提出了“解题差异论”,他认为解题的过程就是消除已知(条件)与未知(结论)之间差异的过程.消除的方向可以是化已知(条件)为未知(结论),也可以是化未知(结论)为已知(条件).消除的内容,宏观上包括:消除一般与特殊之间的差异,消除整体与局部之间的差异,消除数与形之间的差异,消除动与静之间的差异,消除曲与直之间的差异,消除高与低之间的差异,消除多与少之间的差异等等;微观上包括:消除题目中所出现元素的差异,消除元素间所存在的数量特征的差异,消除数学对象的关系特征、位置特征的差异等.[1]

在三角函数的实际教学中我们发现,虽然公式多,知识点也多,但课本里的知识点是不难的,很多学生听得懂,看得懂,就是不会做.曾有学生说,自己已经这么用功了,公式也记得很熟了,但在解题时,就是不会,不知公式该如何用.常常拿着题目一筹莫展,找不到解题的突破口,在考试中有些学生虽然最终做出了,但是在思考的时候走了弯路花费了大量时间,这显然不利于时间紧迫的数学考试.笔者认为主要原因是不会找种种差异,或见到差异不能作出反应.或是不善于把目标差异的逼近积累起来.

笔者结合理论在高三复习中进行实践,收到了比较好的效果,下面通过归类说明如何在三角函数中渗透“解题差异论”.

1辨析边角的差异

例1(2016年高考全国卷乙)△ABC内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,已知2cosC(acosB+bcosA)=c.(1)求C;

分析我们可以观察到已知的等式中有边有角,为了消除这种差异,我们可以尝试化边为角,当然也可以化角为边.

解法一:由已知及正弦定理得,

2cosC(sinAcosB+sinBcosA)=sinC,

2cosCsin(A+B)=sinC,故2sinCcosC=sinC.

可得cosC=12,所以C=π3.

法二:由余弦定理可得,2a2+b2-c22ab(aa2+c2-b22ac+bc2+b2-a22cb)=c,

化简整理得,a2+b2-c2=12ab,即C=π3.

评注按照“解题差异论”的观点是消除差异,具体到题目中我们可以把式子统一化为角或者边.

例2(2011年高考全国卷Ⅱ)△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,已知A-C=90°,a+c=2b.求C.

分析题目条件中有边a,b,c,和角A,B,C,而目标只有C,所以消除题设与目标的边角差异是解题关键,为此先化边为角再消去A,B.

解因为A-C=90°,所以sinA=sin(90°+C)=cosC,因为a+c=2b,由正弦定理得sinA+sinC=2sinB,sinA+sinC=2sin(A+C),cosC+sinC=2sin(90°+2C),即cosC-π4=cos2C.因为A,B,C是△ABC的内角,A-C=90°,所以0°0,所以C-π4=2C或C-π4=-2C,所以C=π12.

评注今年的高考题这种类型很多,如果考生脑海中有这种理论作为指导,则可以大大缩短思考时间,迅速解题.如:

(2016年四川理科)(本小题满分12分)

在△ABC中,角A,B,C所对的边分别是a,b,c,且cosAa+cosBb=sinCc.

(Ⅰ)证明:sinAsinB=sinC;

(Ⅱ)若b2+c2-a2=65bc,求tanB.

(2016年浙江)(本题满分14分)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别是a,b,c,已知b+c=2acosB.

(Ⅰ)证明:A=2B;

(Ⅱ)若△ABC的面积S=a24,求角A的大小.

2辨析函数名的差异

例3(2015年广东)已知tanα=2.

(1)求tan(α+π4)的值;

(2)求sin2αsin2α+sinαcosα-cos2α-1的值.

分析我们只研究第二问.

(2)已知的是正切,而要求的是正、余弦,按照“解题差异论”的观点是消除差异,具体到题目中我们可以把所求的式子统一化为正切,然后代入已知即可.或者把已知化为正余弦的关系式,然后代入所求即可.于是就马上得到了两种解法.

解法一:sin2αsin2α+sinαcosα-cos2α-1

可得

4cos2α4cos2α+2cos2α-2cos2α=44=1.

评注已知是正切,目标是关于正余弦的齐次式,就可以利用“弦化切”或者“切化弦”的消除差异的方法来求解.能识别这种差异,常常有助于找到问题的切入口,迅速解题.

例4(2016年江苏)在锐角三角形ABC中,若sinA=2sinBsinC,则tanAtanBtanC的最小值为

分析不少学生拿到这题,不知从哪里下手,完全没有思路.事实上,我们观察到已知与所求中函数名的差异,可以尝试消除这种差异.

解由sinA=sin(π-A)=sin(B+C)=sinBcosC+cosBsinC,sinA=2sinBsinC,可得sinBcosC+cosBsinC=2sinBsinC(1),由三角形ABC为锐角三角形,则cosB>0,cosC>0,在(1)式两侧同时除以cosBcosC可得

tanB+tanC=2tanBtanC,

又tanA=-tan(π-A)=-tan(B+C)=

-tanB+tanC1-tanBtanC(2),则tanAtanBtanC=-tanB+tanC1-tanBtanC×tanBtanC,由tanB+tanC=2tanBtanC可得

tanAtanBtanC=-2(tanBtanC)21-tanBtanC,

令tanBtanC=t,由A,B,C为锐角可得tanA>0,tanB>0,tanC>0,由(2)得1-tanBtanC<0,解得t>1.

tanAtanBtanC=-2t21-t=-21t2-1t,1t2-1t=1t-122-14,由t>1得0>1t2-1t≥-14,因此tanAtanBtanC的最小值为8,当且仅当t=2时取到等号,此时tanB+tanC=4,tanBtanC=2,解得tanB=2+2,tanC=2-2,tanA=4(或tanB,tanC互换),此时A,B,C均为锐角.

评注目前高考中此类题型很多,如:

(2016年高考全国卷丙)若tanα=34,则cos2α+2sin2α=()

A.6425B.4825C.1D.1625

(2016年山东理科)(16)(本小题满分12分)

在△ABC中,角A,B,C所对的边分别是a,b,c,已知2(tanA+tanB)=tanAcosB+tanBcosA,

(Ⅰ)证明:a+b=2c;

(Ⅱ)求cosC的最小值.

3辨析角的差异

例5(2012年江苏卷)设α为锐角,若cosα+π6=45,则sin2α+π12的值为.

分析不少学生拿到题目后,直接把sin2α+π12展开或者把cosα+π6展开,然后就发现没有办法做出来.事实上,我们分析已知与所求之间角的差异,可以尝试把α+π6看成一个整体,把sin2α+π12里的2倍角提取出来消除差异,

即sin2α+π12=sin2α+π3-π4=sin2α+π6-π4.

解由条件得sinα+π6=35,从而sin2α+π6-π4=2425,cos2α+π6-π4=2×1625-1=725,

从而sin2α+π12=sin2α+π3-π4=sin2α+π6-π4=2425×22-725×22=17250.

例6[2](2008年山东卷)已知cosα-π6+sinα=435,则sinα+7π6的值是().

A.-235B.235C.-45D.45

分析题目中有α-π6,α+7π6的三角形式,而要求的是α+7π6的正弦,这是差异.注意到π6,7π6都是特殊角,因此可以将α-π6,α+7π6的三角函数化成α的三角函数形式.

解cosα-π6+sinα=32cosα+32sinα=435,12cosα+32sinα=45,sinα+7π6=-sinα+π6=-32sinα+12cosα=-45.

评注通过观察差异,将α-π6,α+7π6的三角函数化成α的三角函数形式,这是求解本题的关键.

4辨析次数的差异

例7(2014年高考山东卷)函数y=32sin2x+cos2x的最小正周期为 .

解y=32sin2x+cos2x=32sin2x+12cos2x+12=sin2x+π6+12,所以T=2π2=π.

评注我们容易观察发现函数表达式前后存在次数的差异,因此可以把前面的升幂或者后面降幂,显然后面的降幂比较容易,从而消除差异.

例8(2014年高考重庆)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且a+b+c=8.

(Ⅰ)若a=2,b=52,求cosC的值;

(Ⅱ)若sinAcos2B2+sinBcos2A2=2sinC,且△ABC的面积S=92sinC,求a和b的值.

解析(Ⅰ)cosC=-15,我们只研究第(Ⅱ)问.

我们发现已知中sinAcos2B2+sinBcos2A2=2sinC次数的差异,可以考虑通过降幂来消除这种差异,由sinAcos2B2+sinBcos2A2=2sinC可得:

评注我们在分析差异时,也要考虑消除了这个差异,会不会引起新的差异?当然我们允许产生新的目标差异,但总趋势应是缩小目标差异的.

“解题差异论”可以说就从分析目标差异入手,向着减少目标差的方向前进.我们主要是从问题的条件和结论中出现的数量特征、关系特征、位置特征去寻找目标差异.一旦找出题目的目标差就主动做出减少目标差的反应,目标差随着解题的推进时刻发生着变化,因此减小目标差的调节要一次一次地发挥作用,这需要时刻去发现和寻找目标差,从而最终达到减少目标差的目的.以差异分析为钥匙,循序渐进地打开解题思路之门,真正做到让解法来的更自然些[3].

参考文献

[1]罗增儒.数学解题学引论[M].西安:陕西师范大学出版社,2008.

[2]耿道永.运用差异分析解决三角问题[J].高中生之友,2008(11):28-31.

[3]耿合众.差异分析:让解法来得自然些[J].中学数学教学参考,2015(29):33-34.

作者简介李晓波,数学专业硕士研究生,广东惠州学院校外指导老师,广东教育学会会员,

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