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从“基底”视角探求向量取值范围问题

2022-05-08江西省莲花中学337100周秋良

中学数学研究(江西) 2022年5期
关键词:通性换元基底

江西省莲花中学 (337100) 周秋良

1.课本习题再现

人民教育出版社《普通高中教科书数学必修第二册》(以下称文[1])第23页习题10如下:

当然,本题也可以由数形结合法获解,限于篇幅,不再展示,有兴趣的读者可以自己尝试做一下.

接下来,我们对问题进行变式,更进一步对问题解决思路背后所隐藏的本质进行剖析,获得通性通解.

2.变式问题训练

评析:在本变式中,虽然无法直接采用已知条件给定的向量作为基底,但是通过换元,引入新的向量,获得新的基底,使问题回到原来最初的模样,结果也就一目了然了.

有了变式1的解法,此处自然而然想到用换元的方法来寻找新的基底.

评析:在本变式中,一如既往地通过换元,引入新的向量,获得新的基底,以新基底构建新的向量大厦,使问题焕发出新的生机与活力.虽然问题形式上有所改变,但解题的思路本质没有变化,这也是解题过程中通性通法的魅力所在.

当然,用换元的方法来寻找新的基底,依然可以解决此问题.

此处如果沿用变式3的解法1,将无法顺畅地进行下去,此方法失效.因此还是想办法构建新的基底,在新的基底下让问题得以转化,变成我们熟知的问题.

评析:在本变式的解法中,再次体现出构造新的基底,构建新的向量大厦,使问题的本质依旧本色不改,具有新的生命力,给人一种万变不离其“基”的强烈感受.

3.通性通法提炼

步骤1:保留已知条件中的一个模长确定的向量作为新基底的一个基向量;

步骤2:通过换元、配方、求模来确定新基底的另一个基向量;

步骤3:将所求目标问题用新基底加以表示;

步骤4:利用已知向量不等式对问题进行求解.

4.拓展问题提升

评析:本拓展看似给定的条件无法直接作为基底,但是对其一换元,立刻呈现出我们所期待的样式.转化与划归思想,是我们思考问题的根本出发点,也是我们解决问题屡试不爽的法宝.立足“基底”这一核心,沿着构建新基底的基本思路走,是问题得以最终解决的基本方向.

5.小结反思升华

本文通过立足构建平面向量“基底”,使平面向量取值范围问题得以转化,并最终应用已知不等式让问题得以解决.通篇下来,我们通过一题多变,构造出多个看似不同的问题,实质上具有很大相似性的问题,反反复复通过构造新“基底”,让不同的问题转化为相似的问题,用相类似的方法解决问题,揭示了这些问题所蕴涵的共性解决思路背后所隐藏的奥秘.实现了多题一解的目的,让我们在解题教学过程中收获了一次思维上的体操训练.

在高中数学教学过程中,我们无法回避解题教学,如何解题?如何让解题快速有效?如何让问题的解决有助于学生对数学知识的理解与掌握?如何让数学问题焕发出新的生机与活力?……这诸多问题,不仅是高中学生孜孜不倦想要获得答案的问题,也是我们高中一线数学教师一直津津乐道的问题,更是数学研究工作者为之付出辛苦汗水兢兢业业想要解决的问题.

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