第7講  化歸與轉(zhuǎn)化的思想在解題中的應(yīng)用

 

一、知識整合

1.解決數(shù)學(xué)問題時,常遇到一些問題直接求解較為困難,通過觀察、分析、類比、聯(lián)想等思維過程,選擇運用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法進行變換,將原問題轉(zhuǎn)化為一個新問題(相對來說,對自己較熟悉的問題),通過新問題的求解,達到解決原問題的目的,這一思想方法我們稱之為“化歸與轉(zhuǎn)化的思想方法”。

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2.化歸與轉(zhuǎn)化思想的實質(zhì)是揭示聯(lián)系,實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。除極簡單的數(shù)學(xué)問題外,每個數(shù)學(xué)問題的解決都是通過轉(zhuǎn)化為已知的問題實現(xiàn)的。從這個意義上講,解決數(shù)學(xué)問題就是從未知向已知轉(zhuǎn)化的過程。化歸與轉(zhuǎn)化的思想是解決數(shù)學(xué)問題的根本思想,解題的過程實際上就是一步步轉(zhuǎn)化的過程。數(shù)學(xué)中的轉(zhuǎn)化比比皆是,如未知向已知轉(zhuǎn)化,復(fù)雜問題向簡單問題轉(zhuǎn)化,新知識向舊知識的轉(zhuǎn)化,命題之間的轉(zhuǎn)化,數(shù)與形的轉(zhuǎn)化,空間向平面的轉(zhuǎn)化,高維向低維轉(zhuǎn)化,多元向一元轉(zhuǎn)化,高次向低次轉(zhuǎn)化,超越式向代數(shù)式的轉(zhuǎn)化,函數(shù)與方程的轉(zhuǎn)化等,都是轉(zhuǎn)化思想的體現(xiàn)。

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3.轉(zhuǎn)化有等價轉(zhuǎn)化和非等價轉(zhuǎn)化。等價轉(zhuǎn)化前后是充要條件,所以盡可能使轉(zhuǎn)化具有等價性;在不得已的情況下,進行不等價轉(zhuǎn)化,應(yīng)附加限制條件,以保持等價性,或?qū)λ媒Y(jié)論進行必要的驗證。

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4.化歸與轉(zhuǎn)化應(yīng)遵循的基本原則:

(1)熟悉化原則:將陌生的問題轉(zhuǎn)化為熟悉的問題,以利于我們運用熟知的知識、經(jīng)驗和問題來解決。

(2)簡單化原則:將復(fù)雜的問題化歸為簡單問題,通過對簡單問題的解決,達到解決復(fù)雜問題的目的,或獲得某種解題的啟示和依據(jù)。

(3)和諧化原則:化歸問題的條件或結(jié)論,使其表現(xiàn)形式更符合數(shù)與形內(nèi)部所表示的和諧的形式,或者轉(zhuǎn)化命題,使其推演有利于運用某種數(shù)學(xué)方法或其方法符合人們的思維規(guī)律。

(4)直觀化原則:將比較抽象的問題轉(zhuǎn)化為比較直觀的問題來解決。

(5)正難則反原則:當(dāng)問題正面討論遇到困難時,可考慮問題的反面,設(shè)法從問題的反面去探求,使問題獲解。

 

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二、例題分析

例1.某廠2001年生產(chǎn)利潤逐月增加,且每月增加的利潤相同,但由于廠方正在改造建設(shè),元月份投入資金建設(shè)恰好與元月的利潤相等,隨著投入資金的逐月增加,且每月增加投入的百分率相同,到12月投入建設(shè)資金又恰好與12月的生產(chǎn)利潤相同,問全年總利潤m與全年總投入N的大小關(guān)系是              (   )

A. m>N         B. m<N        C.m=N        D.無法確定

[分析]每月的利潤組成一個等差數(shù)列{an},且公差d>0,每月的投資額組成一個等比數(shù)列{bn},且公比q>1。,且,比較與的大小。

若直接求和,很難比較出其大小,但注意到等差數(shù)列的通項公式an=a1+(n-1)d是關(guān)于n的一次函數(shù),其圖象是一條直線上的一些點列。等比數(shù)列的通項公式bn=a1qn-1是關(guān)于n的指數(shù)函數(shù),其圖象是指數(shù)函數(shù)上的一些點列。

在同一坐標(biāo)系中畫出圖象,直觀地可以看出ai≥bi   則>,即m>N。

[點評]把一個原本是求和的問題,退化到各項的逐一比較大小,而一次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的圖象又是每個學(xué)生所熟悉的。在對問題的化歸過程中進一步挖掘了問題的內(nèi)涵,通過對問題的反思、再加工后,使問題直觀、形象,使解答更清新。

 

 


 

 

 

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例2.如果,三棱錐P―ABC中,已知PA⊥BC,PA=BC=l,PA,BC的公垂線ED=h.求證三棱錐P―ABC的體積

分析:如視P為頂點,△ABC為底面,則無論是S△ABC以及高h都不好求.如果觀察圖形,換個角度看問題,創(chuàng)造條件去應(yīng)用三棱錐體積公式,則可走出困境.

解:如圖,連結(jié)EB,EC,由PA⊥BC,PA⊥ED,ED∩BC=E,可得PA⊥面ECD.這樣,截面ECD將原三棱錐切割成兩個分別以ECD為底面,以PE、AE為高的小三棱錐,而它們的底面積相等,高相加等于PE+AE=PA=l,所以

VP-ABC=VP-ECD+VA-ECD=S△ECD•AE+S△ECD•PE=S△ECD •PA=•BC?ED?PA=.
   評注:輔助截面ECD的添設(shè)使問題轉(zhuǎn)化為已知問題迎刃而解.

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例3.在的展開式中x的系數(shù)為( ).

(A)160            (B)240              (C)360           (D)800

分析與解:本題要求展開式中x的系數(shù),而我們只學(xué)習(xí)過多項式乘法法則及二項展開式定理,因此,就要把對x系數(shù)的計算用上述兩種思路進行轉(zhuǎn)化:

思路1:直接運用多項式乘法法則和兩個基本原理求解,則展開式是一個關(guān)于x的10次多項式, =(x2+3x+2) (x2+3x+2) (x2+3x+2) (x2+3x+2) (x2+3x+2),它的展開式中的一次項只能從5個括號中的一個中選取一次項3x并在其余四個括號中均選 擇常數(shù)項2相乘得到,故為?(3x)??24=5×3×16x=240x,所以應(yīng)選(B).

思路2 利用二項式定理把三項式乘冪轉(zhuǎn)化為二項式定理再進行計算,∵x2+3x+2=x2+ (3x+2)=(x2+2)+3x=(x2+3x)+2=(x+1)(x+2)=(1+x)(2+x),∴這條思路下又有四種不同的化歸與轉(zhuǎn)化方法.①如利用x2+3x+2=x2+(3x+2)轉(zhuǎn)化,可以發(fā)現(xiàn)只有(3x+2)5中會有x項,即(3x)?24=240x,故選(B);②如利用x2+3x+2= (x2+2)+3x進行轉(zhuǎn)化,則只 (x2+2) 4?3x中含有x一次項,即?3x?C44?24=240x;③如利用x2+3x+2=(x2+3x)+2進行轉(zhuǎn)化,就只有?(x2+3x)?24中會有x項,即240x;④如選擇x2+3x+2=(1+x)(2+x)進行轉(zhuǎn)化,=×展開式中的一次項x只能由(1+x)5中的一次項乘以(2+x)5展開式中的常數(shù)項加上(2+x)5展開式中的一次項乘以(1+x)5展開式中的常數(shù)項后得到,即為x?25+•24•x••15=160x+80x=240x,故選(B). 

評注:化歸與轉(zhuǎn)化的意識幫我們把未知轉(zhuǎn)化為已知。

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例4.若不等式對一切均成立,試求實數(shù)的取值范圍。

解:     

令,則要使它對均有,只要有

         或。

點評:在有幾個變量的問題中,常常有一個變元處于主要地位,我們稱之為主元,由于思維定勢的影響,在解決這類問題時,我們總是緊緊抓住主元不放,這在很多情況下是正確的。但在某些特定條件下,此路往往不通,這時若能變更主元,轉(zhuǎn)移變元在問題中的地位,就能使問題迎刃而解。本題中,若視x為主元來處理,既繁且易出錯,實行主元的轉(zhuǎn)化,使問題變成關(guān)于p的一次不等式,使問題實現(xiàn)了從高維向低維轉(zhuǎn)化,解題簡單易行。

 

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三、總結(jié)提煉

1.熟練、扎實地掌握基礎(chǔ)知識、基本技能和基本方法是轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ);豐富的聯(lián)想、機敏細微的觀察、比較、類比是實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的橋梁;培養(yǎng)訓(xùn)練自己自覺的化歸與轉(zhuǎn)化意識需要對定理、公式、法則有本質(zhì)上的深刻理解和對典型習(xí)題的總結(jié)和提煉,要積極主動有意識地去發(fā)現(xiàn)事物之間的本質(zhì)聯(lián)系!白セA(chǔ),重轉(zhuǎn)化”是學(xué)好中學(xué)數(shù)學(xué)的金鑰匙。

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2.為了實施有效的化歸,既可以變更問題的條件,也可以變更問題的結(jié)論,既可以變換問題的內(nèi)部結(jié)構(gòu),又可以變換問題的外部形式,既可以從代數(shù)的角度去認識問題,又可以從幾何的角度去解決問題。

 

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