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解决问题的两柄利剑:“特殊化”与“一般化”

2018-11-20朱静

新高考·高二数学 2018年3期
关键词:特殊化连线斜率

朱静

每个同学都可能遇到过这样的两种情形:其一,面对一道数学问题无从下手,反复在脑海中百度,也搜索不到能够借用、类比或转化的信息,只能望题兴叹,匆匆跳过;其二,每天练了一道义一道的数学试题,可拿到数学试卷时,总感觉多数题是新的,心中不无感慨:是命题老师太厉害了,还是数学问题无穷无尽?

其实,这两种情形是正常的.究其原因,不是我们学习态度、学习能力的问题,而是我们解决数学问题时的策略有缺陷.当你无从下手时,有没有考虑从简单、特殊的情形(状态)之中,解读问题信息、探寻数学规律,进而破解难题?当你解完一道数学问题时,你是否匆匆忙忙急于完成下一题,而遗忘问题解决的关键步骤——题后反思?

本文拟结合具体的数学问题,与同学们谈谈这两柄利剑:特殊化和一般化,

一、特殊化:退一步海阔天空

所谓“特殊化”,可以简单地理解为:“从一般问题中抽取特殊情形,充分利用特殊情形的简单性去认识复杂事物,”学会“特殊化”能将抽象的数学命题变得具体而简单,能从复杂的问题表征中删去干扰的、冗余的信息.由简单情形作为起点,犹如一面镜子,可为一般情形提供对比,在对比中解决问题,在变化中把握趋势,在特殊中窥见一般,从而破解难题,甚至获得惊喜的发现.

题后反思(1)回顾本题的求解过程,用到了两个知识:对数式和指数式的互化、分数指数幂的比较大小,显然,先“特殊”后“一般”,我们思维通道的密度增加,这些知识回想起来自然些,运用起来简单些.

(2)本题本质上是比较三个数的大小:x∈(0,1)上不具备单调性,我们比较这类数的大小时,“构造函数,利用单调性比较大小”的方法不是很适合.

例2 在数列{an}中,已知a1=p>0,且an+1'an=n2+3n+2,n∈Nx,求数列{an}的通项,

分析由数列{an}相邻项的关系式求通项,我们常用的方法是“变形一换元一转化为等差数列或等比数列”,但面对“an+1an=n2+3n+2,n∈Nx”,我们一筹莫展,怎么办呢?“特殊化”!数列中运用“特殊化”是一种基本策略,通过“归纳”前几项的规律,探求一般的解题路径.

仔细观察不难发现:似乎数列的奇数项按原来的顺序构成的数列{a2n-1)成等差数列;偶数项按照原来的顺序构成的数列{a2n}也成等差数列.如果猜想成立,我们只需研究相隔一项的两项之间的关系.

题后反思数列中的“特殊化”策略可以通俗地表达为“写出来,看一看”.这是因为一个数列的定义不是直接给出“通项公式”,就是给出“相邻项的关系式”.无论是“通项公式”,还是“相邻项的关系式”,它们都是“全称命题”,即对于任意的满足要求的“n”均成立.我们将之“特殊化”——从初始的值开始,代入等式,一个个地“写出来”.所谓“看一看”,就是“观察”、“归纳”.一般地,如果遭遇令人一筹莫展的数列题时,“写出来,看一看”不失一条“简”道,同学们可以尝试尝试,大多能够“柳暗花明义一村”.

二、一般化:举三归一、举一返类

数学问题的解决固然重要,但题目的变化千千万万,我们肯定无法穷尽,也无须穷尽.因为数学问题是数学知识的一种表征,隐在数学问题后的数学知识是有限的,将有关联的问题根据所用知识、方法等“联系”起来,进行“一般化”,我们称之为“举三归一”;如果能将这些知识归类、整合、打包,形成一类完整的“知识块”,我们称之为“举一返类”,这样学习起来就更简单了,

为了说明问题,我们做个类比:数学问题好比电脑里的一个个“文件”,“举三归一”就是将那些“特殊的”、“关联的”文件放人同一个“文件夹”;如果将这些“文件夹”进一步“一般化”,归类放人更大的“文件夹”中,就是“举一返类”.这种“一般化”的优势在于“我们需要时,能够快捷检索”.类比到学习,做到“举三归一”、“举一返类”,数学问题解决时,我们能将相关知识快速迁移到问题情境之中.如此坚持训练,自然而然,我们能够坦然面对一切考题,不再“惧新、畏难”.当然,有些同学难以做到“举一返类”,可以先尝试“举三归一”.

例3 求平面内与两定点A1(-4,0),A2(4,0)连线的斜率之积等于常数-1/4的点的轨迹.

分析本题是一道常规的求轨迹题,答案为:椭圆(去除A1,A2两点).

第一次“一般化”

变式1 求平面内与两定点A1(-a,0),A2(a,O)(a>O)连线的斜率之积等于非零常数m的点的轨迹.

分析将例3中的定点和定值用字母替代,进行“一般化”.虽然问题解决时采用的方法完全一样,但难度增加了,而且得到的结论需要讨论:加上A1,A2点所成的曲线C可以是圆、椭圆或双曲线.

第二次“一般化”

变式2 求平面内与两定点A1(-a,0),A2(a,O)(a>0)连线的斜率之积等于非零常数-b2/a2的点的轨迹.

分析反思变式1的解答,m的取值不同,轨迹也不同,怎样才能是椭网呢?通过探求,我们不难发现取“m=-b2/a2”时,所得轨迹方程为:x2/a2+y2/b2=1(x≠±a).

变式3 A1(-a,0),A2(a,O)是椭圆x2/a2+y2/b2=1的左、右顶点,动点P是椭圆除A1,A2的任意一点,求证:P与A1,A2连线的斜率之积为定值.

分析 变式3是变式2的“逆命题”,在变式2中我们发现“Al (-a,O),A2(a,0)”正好是所得椭圓的左、右顶点,自然要想,椭网上的点是否具有这样的性质?证明方法很简单:只要设出动点P的坐标,代入验证即可.

第三次“一般化”

变式4 已知过椭圆x2/a2+y2/b2=1中心的定直线交椭圆于A1,A2两定点,动点P是椭圆除A1,A2的任意一点,求证:P与A1,A2连线的斜率之积为定值.

分析 变式4将变式3中的A1,A2进行“一般化”.变式3中的“A1(-a,o),A2(a,0)”是关于原点对称的两个椭圆上的点,如果“一般化”为“椭圆上任意两个关于原点对称的点”义会怎样?“一般化”验证结果,让人热血沸腾——也成立.

当然问题还能进一步“一般化”,上述问题是椭圆的性质,是圆的性质吗?是所有圆锥曲线共同的性质吗?进一步地探索,巩固方法的同时,自然地形成了一类圆锥曲线知识块.

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