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“退步思考”法在数学解题中的应用

2018-05-21江苏省苏州工业园区娄葑学校彭聪聪

中学数学杂志 2018年10期
关键词:小圆平方和作图

☉江苏省苏州工业园区娄葑学校 彭聪聪

引例是否存在平方和等于1600的两个自然数?

设满足条件的两个自然数分别为x,y,则x2+y2=1600.

或许你会想到从简单自然数的平方和入手:12+22=5,22+32=13,32+42=25等.可1600这个数字有点大了,想把它拆成两个自然数的平方和并不是一件容易的事.能否把1600变小些?比如变成5或13或25等这些比较小的数,

变换称为二元代换.若将x=u+v,y=u-v代入x2+y2=1600,得(u+v)2+(u-v)2=1600.整理得u2+v2=800.

我们发现,虽然仍是平方和形式,但常数减小了一半,这可是个可喜的兆头!我们不妨如法炮制下去.

上面在求x2+y2=1600的自然数解的过程中,通过二元代换这个数学手段,不断地将原方程的常数项减半,使原方程变得越来越简单,变得一眼就可以看出它的自然数解,这实际是一种退步思考问题的方法.

遇到一道较难的数学问题,我们应该怎么办?我国著名数学家华罗庚告诫我们:一个好的办法是“退”,从一般退到特殊,从复杂退到简单,退到你会做、能下手的问题上.我们把这种思考数学问题的方法叫做“退步思考”法.华罗庚的“帽子问题”是就是一道利用“退步思考法”解决数学问题的典范.正如我们在跳远的时候,为了跳得更远,我们在跳远时总要从沙坑边后退一段,然后再起跳.表面上看往后退离目标更远了,这样做正是为了跳得更远,是“以退为进”.下面我们通过实例说明“退步思考”法在数学解题中的应用.

一、从图形一般位置退到特殊位置

许多几何问题给出的图形都具有一般性,蕴含在其中的数量关系和位置关系并不明显.我们不妨先退一步,用一些几何变换手段,使某些基本图形到达某一特殊位置,以便寻求其中的数量关系和位置关系,并由此获得启发,进而找到解决问题的思路和方法.

例1 如图1,△ABC与△DEF均为等边三角形,O为BC、EF的中点,则AD∶BE的值为( ).

本题的常规解法是从“O为BC、EF的中点”这个条件入手.连接AO、DO,如图2所示.

图1

图2

因为△ABC与△DEF均为等边三角形,O为BC、EF的中点,

这种解法显然比较麻烦.不妨取BC⊥EF的情形.

因为△DEF为等边三角形,O为EF的中点,

所以DO⊥EF.

所以点D必然在BC上.再取点D与C重合,如图3.

在Rt△BOE中,∠BOE=

图3

设OE=1,则BE=2,BO=,所以AD=BC=.所以AD∶BE=

这样求解显然简捷,这得益于我们将一般图形变为特殊图形,以便利用特殊的边、角关系求解,同时也便于我们找到本题的一般解题思路和方法,体现了以退为进的解题策略.

二、从抽象字母退到具体数字

我们经常会遇到一类“用代数式描述图形规律”问题.此类问题的本质是求出以图形序号为自变量的函数解析式问题.解决此类问题如果仅仅通过观察很难求出函数解析式,不妨先退一步,从特殊情况(n=1,2,3等)入手,从部分图形中求出某一量的个数,分析其中蕴含的规律,然后归纳出函数解析式.

例2将一些半径相同的小圆按如图4所示的规律摆放,请仔细观察,第n个图形有____________个小圆(用含n的代数式表示).

直接求解比较困难,不妨选退一步,即先求出n=1,2,3,…时小圆的个数.观察图形不难写出n=1时,小圆个数S1=6;n=2时,小圆个数S2=10;n=3时,小圆个数S3=16……再观察图形我们发现,每个图形中的小圆由两部分组成:最外面的4个小圆和里面的小圆,为了发现规律,可以将小圆个数写成:S1=2+4=1×2+4;S2=6+4=2×3+4;S3=12+4=3×4+4……的形式,其中的规律已经非常明显,从而第n个图形小圆个数为Sn=n(n+1)=n2+n+4.需要说明的是,在探求小圆个数规律时,如果直接根据每个图形中小圆的个数发掘规律比较困难,借助每个图形中小圆的组成规律,再发现小圆的个数规律就变得容易多了.

图4

三、从较强条件退到较弱条件

尺规作图是我们学习几何知识必须掌握的一项基本技能.在进行尺规作图时,往往会给出一些限制条件.比较复杂的尺规作图问题,限制条件还比较多.这时我们不容易一下子作出满足全部限制条件的图形,可以选退一步,放弃某些限制条件,先作出条件符合部分限制条件的图形,然后在已作的图形中利用放弃的某些限制条件继续作图,最后再作出条件全部限制条件的图形.

例3用已知△ABC(如图5),求作△ABC的内接短形DEMN,使DE在BC边上,点M、N分别在AC、AB边上,且DE=2ME.

该题要求作的矩形满足的条件比较多:①DE在BC边上;②点M在AC边上;③点N在AB边上;④DE=2ME.若要同时作出满足这么多条件的图形确实非常困难.我们不妨先退一步,先放弃一个限制条件,假如放弃“点M在AC边上”这个条件,这个矩形就比较好作了,然后再进行位似变换,把点M固定在AC上即可(图形作法略).

以上我们从三个方面谈了“退步思考法”在数学解题中的应用.当然应用“退步思考法”解决数学问题包括的远不止这些.我们还可以从整体退到局部,从未知退到已知,从复杂退到简单,从不熟悉的情况退到熟悉的情况等等.退的目的是为了更好地前进,更有利于我们找到解决问题的途径和方法,更有利于我们解决问题.只要我们认真总结,勤于思考,用心感悟,一定会将这种思考问题的方法变成我们解决数学问题的有力武器.H

图5

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