摘要:基于G·波利亞在《怎樣解題》中對“條件分析”有過論述,筆者結(jié)合中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué),進(jìn)一步分析了條件解讀的三種邏輯形態(tài),總結(jié)出幾個有效性原則和一些實用的方法,對解題教學(xué)有一定的理論價值.
關(guān)鍵詞:問題條件;條件解讀;數(shù)學(xué)問題;怎樣解題
數(shù)學(xué)問題的解決往往需要對問題的條件進(jìn)行識讀、分析、加工,我們把這些工作稱為條件的解讀,G?波利亞在《怎樣解題》中對“條件分析”有過論述,筆者在此基礎(chǔ)上,結(jié)合中學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué),對條件的解讀做進(jìn)一步的分析.
條件解讀的三種邏輯形態(tài)
僅充分性解讀:原條件記為A,解讀出的條件記為B,當(dāng)A?圯B,AB時,稱該解讀為僅充分性解讀.
例1 若數(shù)列{an}為等差數(shù)列,a4=5,a8=7,求a6.
分析:數(shù)列{an}為等差數(shù)列,記為A;a4+a8=2a6,記為B. 可知a6=6,顯然此處作了僅充分性解讀.
不少習(xí)題,從問題的條件到問題的結(jié)果是一種充分的邏輯關(guān)系,所以往往我們只需對條件作充分性解讀就能得到結(jié)果.
僅必要性解讀:原條件記為A,解讀出的條件記為B,當(dāng)A?坩B時,稱該解讀為僅必要性解讀.
例2 已知奇函數(shù)f(x)在R上遞增,且a+b>0,b+c>0,c+a>0,則f(a)+f(b)+f(c)的值一定()
A. 大于零?搖?搖?搖?搖B. 等于零
C. 小于零?搖?搖 D. 小于等于零
分析:f(x)在R上遞增,且為奇函數(shù),記為原條件A;根據(jù)解題需要我們找到一個符合題意的函數(shù)f(x)=x,記為B. 此時f(a)+f(b)+f(c)=a+b+c=[(a+b)+(b+c)+(c+a)]>0,可以否定B、C、D,從而選A. A?坩B,AB,這里對A進(jìn)行了僅必要性解讀.從概念的外延與內(nèi)涵分析,A的外延大,B的外延小,不妨借用集合表示即B?奐A,現(xiàn)通過B已否定了某個結(jié)論,則要讓A再去滿足這個結(jié)論則更不可能,從而作出正確判斷.
這種解讀對解題的作用顯得有點投機取巧,平時多在選擇題中使用,在解答題中我們也可以通過這樣的解讀去“湊”答案.
充要性解讀:原條件記為A,解讀出的條件記為B,當(dāng)A?圳B時,稱該解讀為充要性解讀.
例3 若一元二次方程x2+ax+1=0有兩個相異的正根,求實數(shù)a的取值范圍.
分析:記“一元二次方程x2+ax+1=0有兩個相異的正根”為原條件A,設(shè)方程的兩根為x1,x2,記Δ>0,x1+x2>0x1?x2>0,為解讀出的條件B,顯然這里A?圳B,此為充要性解讀,易知答案為a<-2.
平時我們在求解參數(shù)范圍類問題時,得到的參數(shù)范圍應(yīng)該是“恰好”的,即該范圍內(nèi)的每一個值必須保證條件滿足,反之能使條件滿足的所有參數(shù)必須在得到的范圍內(nèi). 解方程、解不等式時也同樣要求解集是“恰好”的,所以我們在解決這些問題時都需要進(jìn)行充要性解讀.
條件解讀的幾個有效性原則
對問題的條件解讀,我們需要關(guān)注解讀的有效性,不能“亂讀”,為此,我們應(yīng)遵循下列原則.
服務(wù)性原則:條件的解讀應(yīng)圍繞結(jié)論開展,為結(jié)論服務(wù)!
例4 已知α,β≠kπ+(k∈Z),且sinθ+cosθ=2sinα①,sinθ?cosθ=sin2β②.求證:=.
分析:對于①②,我們可以有許多形式的解讀,但觀察結(jié)論可以發(fā)現(xiàn),等式只是一個關(guān)于α,β角的關(guān)系式,不涉及條件中的角θ,所以我們的第一個念頭是消去角θ,建立角α,β的關(guān)系式,為此對條件可以作這樣的解讀,①2-2×②.
聯(lián)系性原則:多條件情況下,一個條件的解讀應(yīng)關(guān)注與其他條件的聯(lián)系.
例5 已知函數(shù)f(x)為奇函數(shù),并且關(guān)于x=1對稱,求證:該函數(shù)為周期函數(shù).
分析:該函數(shù)為周期函數(shù)是因為兩個條件合力作用的緣故,奇函數(shù)有許多的性質(zhì)可以解讀,但考慮條件“關(guān)于x=1對稱”是一個幾何特征,為此,自然聯(lián)想到奇函數(shù)關(guān)于原點對稱的幾何特征,利用這兩個對稱性,然后我們畫一張草圖,通過畫出能反映問題的足夠長的區(qū)間上的圖象,不難發(fā)現(xiàn)函數(shù)周期為4,再證明就顯得容易了.
簡約性原則:條件的解讀要做到越讀越簡約.
例6 求證:=.
分析:證明此題的難度在于給出的三個數(shù)晦澀難懂,不夠簡約,為此我們得解讀它.
方法1=102n-1+102n-2+…+10+1==(102n-1);
方法2=?=?(102n-1).
在解題中,對條件式子的化簡、變形一般要遵循簡約性原則.
形象性原則:條件的解讀要保證越讀越通俗,讓人越來越易理解,越來越形象化.
例7 已知在△ABC中,2=2?,試判斷△ABC的形狀.
圖1
分析:解讀條件2=2?必須要結(jié)合具體的三角形圖形,得到c2=2bccosA,化簡得c=2bcosA,從圖形中可形象地發(fā)現(xiàn)c邊的高即中線,所以三角形為等腰三角形.
數(shù)形結(jié)合就是形象性原則的很好體現(xiàn).
條件解讀的幾種方法
定義(概念)解讀:
例8已知定點A(0,3),B(0,-1),C(3,3),動橢圓G過點A,B,且以C為它的一個焦點,求另一個焦點D的軌跡方程.
分析:試著畫一下圖形,發(fā)現(xiàn)這個橢圓是斜的,與平時接觸的橢圓不同,所以也就無法直接建立動橢圓的方程,無法將點A,B的坐標(biāo)代入方程,條件“動橢圓G過點A,B”的解讀受阻. 因為題中條件涉及橢圓的焦點,所以聯(lián)想到橢圓定義“橢圓上的點滿足到兩焦點的距離之和為常數(shù)”,因此AC+AD=BC+BD. 又AC=3,BC=5,于是DA-DB=2. 再由雙曲線的定義知點D在以A,B為焦點的雙曲線的一支上,所以軌跡方程為(y-1)2-=1(y<1).
條件的定義解讀,是一種充要性解讀,它不多不少地解讀了定義,是一種最原始、最貼近條件的解讀,所以也是最直接、最可靠的.很多時候,我們要提醒自己:回到定義中去.
公式、定理、性質(zhì)解讀:
例9 已知等比數(shù)列{an}中,an>0,a1+a2=3,a3+a4=27,求S10.
分析:一般我們會將條件做公式解讀,a1+a2=a1+a1q=a1(1+q)=3,a3+a4=a1q2+a1q3=a1q2(1+q)=27,兩式相除得q2=9,所以q=3(q=-3舍去),a1=,再由求和公式得到答案.當(dāng)然我們也可以作整體性關(guān)注,通過對等比數(shù)列做性質(zhì)解讀,a1+a2,a3+a4,a5+a6,…,a9+a10成等比數(shù)列,則新的數(shù)列第一項為3,第二項為27,所以公比為9,則S10=.
對公式、性質(zhì)、定理的正確解讀,可以有效地提高解題的速度.
幾何意義解讀:
例10 在△ABC中,已知?=?=?,試判斷△ABC的形狀.
分析1 若對條件做定義性解讀,則可知-cacosB=-abcosC=-bccosA,化簡得ccosB=bcosC,acosC=ccosA,作幾何解釋,可知c邊在a邊上的射影與b邊在a邊上的射影相等,所以a的高線平分a邊,則b=c,同理a=c,所以三角形為正三角形.
分析2 ?搖對條件作簡單的變換,可知?(-)=?(+)=0,根據(jù)向量的加法規(guī)則,以AB,AC為鄰邊畫平行四邊形ABCD,可知(即+)垂直,所以BC邊的中線為高線,即三角形為等腰三角形,AB=AC,同理AB=BC.
幾何意義的解讀能使條件更形象化,圖象特征更清晰,解題方向更明確.
結(jié)構(gòu)解讀:
有時,條件就是一個式子,對式子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析解讀,試著改變式子的結(jié)構(gòu),可以引發(fā)解題新聯(lián)想,激發(fā)解題新思路.
例11求函數(shù)y=(x>1)的最小值.
分析:所求的函數(shù)解析式是一個分式,分母沒法動彈!按照簡約性原則,作整體處理,對分子作變換,即可獲解.
y===x-1+2+≥4.
例12 若定義在R上的函數(shù)f(x)滿足:f(x+y)=f(x)+f(y),當(dāng)x>0時,f(x)>0,試判斷函數(shù)的單調(diào)性.
分析:設(shè)x1
方程、不等式、函數(shù)式的化簡、變形,都是基于對條件式的結(jié)構(gòu)解讀的一種反應(yīng).
語言轉(zhuǎn)化解讀:
在解題過程中,經(jīng)常會將符號語言和自然語言相互轉(zhuǎn)化.
例13已知函數(shù)f(x)對于任意實數(shù)x滿足條件f(x+2)=-,又f(-1)=,求f[f(5)].
分析:嚴(yán)格遵循條件f(x+2)=-的形式求解,將是一個相對繁雜且富有技巧的工作,要求很高. 現(xiàn)在我們嘗試將代數(shù)式f(x+2)=-轉(zhuǎn)換成自然語言,我們可以說“任何比自變量x大2的函數(shù)值f(x+2)是自變量x的函數(shù)值f(x)的負(fù)倒數(shù)”,作解讀“任何比自變量x大4的函數(shù)值f(x+4)是自變量x的函數(shù)值f(x)的負(fù)倒數(shù)的負(fù)倒數(shù)即本身,所以任意兩個差為4的自變量的函數(shù)值相等.” 到此,已經(jīng)揭示了該函數(shù)的周期性質(zhì),對問題的解答是大大有利的.
數(shù)學(xué)問題中許多條件的闡述往往是經(jīng)過加工的,它很嚴(yán)密、很簡練,但往往很難讀,為此,在解讀時,可以試著按照事物本身產(chǎn)生的先后,添加一些使問題更易理解的詞,對條件語句作再加工.
例14 已知函數(shù)f(x)=,x∈[0,1].
?。?)求f(x)的單調(diào)區(qū)間和值域;
?。?)設(shè)a≥1,函數(shù)g(x)=x3-3a2x-2a,x∈[0,1],若對于任意x1∈[0,1],總存在x0∈[0,1],使得g(x0)=f(x1)成立,求a的取值范圍.
分析:問題(2)中的條件很長,解讀起來比較費勁,可以加一些詞使語句更通俗,若對于任意給定的一個x1∈[0,1],總對應(yīng)著一個x0∈[0,1],使g(x0)=f(x1),根據(jù)這些值產(chǎn)生的先后,我們試著改變一下敘述的順序,對于任意給定的一個x1∈[0,1],得到f(x1)的值,然后解方程g(x)=f(x1),發(fā)現(xiàn)方程一定有解x0,x0∈[0,1](即f(x1)是g(x)的函數(shù)值),于是我們知道任意的函數(shù)值f(x),x∈[0,1],一定是函數(shù)y=g(x),x∈[0,1]的函數(shù)值,反之不一定,所以{yy=f(x),x∈[0,1]}?哿{yy=g(x),x∈[0,1]},即在區(qū)間[0,1]上,函數(shù)f(x)的值域是函數(shù)g(x)值域的子集,問題得到了很好的轉(zhuǎn)化.