在解題中有時我們會覺得似乎條件不足,從而使解題陷入困境,其實此時恰恰是同學們研究學習的開始.若在學習過程中能把握這一特殊的現(xiàn)象,適時地開展研究性學習,在問題中尋找方法感悟新知,定能擺脫困境提高思維能力.筆者從下面幾個方面淺談研究性學習的展開.
一、特殊性研究
有些問題的提出,按常規(guī)思路來解決似乎不太可能,而此時正是包含了問題的特殊性.若我們能從問題的特殊角度加以研究,消除一些思維定勢,定能開辟出新的解題思路.
例1 已知數(shù)列{an}是等差數(shù)列,a7=5,求S13.
分析:(1)此題的一般解法是:設(shè)等差數(shù)列{an}的首項為a1,公差為d,因為a7=5,所以有a1+6d=5,此時要先求出a1和d的值,再求S13,顯然這里只有一個方程,要求兩個未知量的值是不可能的,似乎條件不足.
(2)要求S13,是否可以不求出a1和d?可仔細分析一下,a1+6d與S13是否存在某種特殊的聯(lián)系?此時:S13=13a1+13(13-1)2d=13a1+13×6d=13(a1+6d),因此有S13=65.
例2 若對一切實數(shù)x,y都有f(x+y)=f(x)+f(y),則f(x)的奇偶性是 .
分析:(1)判斷函數(shù)的奇偶性的一般步驟:判斷定義域是否關(guān)于原點對稱→求f(-x)的解析式→比較f(-x)與f(x)的關(guān)系.對于本題,由于沒有給出函數(shù)具體的解析式,故無從下手去求f(-x)的解析式,似乎條件不足.
(2)要判斷函數(shù)的奇偶性,在定義域關(guān)于原點對稱的前提條件下,關(guān)鍵是判斷f(-x)與f(x)的關(guān)系,由題意對一切實數(shù)都滿足f(x+y)=f(x)+f(y),令x=y=0,則有
f(0)=f(0)+f(0),得f(0)=0.令y=-x,則有f(0)=f(x)+f(-x)=0,即f(-x)=-f(x),所以f(x)是R上的奇函數(shù).
(3)由對一切實數(shù)x,y都有f(x+y)=f(x)+f(y),我們可以聯(lián)想我們熟悉的函數(shù)模型中是否有符合的,不難發(fā)現(xiàn)f(x)=kx(k≠0)滿足f(x+y)=f(x)+f(y),于是不難得出函數(shù)f(x)是R上的奇函數(shù).
二、深刻性研究
有些問題覺得條件不足是因為我們忽略了一些隱含的條件,對問題沒有進行深入的研究.若我們能對問題進行全面的分析和仔細的研究,挖掘出隱含的條件,一定能使問題得以解決.
例3 設(shè)3sin2α-cos2β=3,α,β∈[0,π2],求α,β的值.
分析:已知一個條件等式,求兩個未知量,通常情況下是不容易求出來的,因而在條件等式中肯定隱含著某個不易察覺的限制關(guān)系,因此對等式進行變形得cos2β=3sin2α-3,由有界性cos2β≥0,可知3sin2α-3≥0,故sin2α≥1,再由正弦函數(shù)的有界性sin2α≤1,得sin2α=1,∴cosβ=0,∵α,β∈[0,π2],∴α=π4,β=π2.
例4 在復平面的單位圓上,有把圓三等分的三點,它們分別對應復數(shù)Z1,Z2,Z3,試求
(Z1+Z2)(Z2+Z3)(Z3+Z1)Z1Z2Z3的值.
分析:此題因為缺少有效的等量關(guān)系的條件,故很難解決.而對于Z1,Z2,Z3這三個復數(shù),它們所具備的條件是:它們的模等于1,它們對應的三點構(gòu)成正三角形,且三角形的中心在坐標原點,從而有:Z1+Z2+Z3=0,若抓住了這一條件,解題變得很自然了.
原式=(-Z1)(-Z2)(-Z3)Z1Z2Z3=-1
三、輔助性研究
有些問題我們可以根據(jù)題目的特點,附加一些條件,使它們起到中間變量的過渡作用,從而使問題得以解決.
例5 已知自然數(shù)x1,x2,x3,x4,x5,滿足x1+x2+x3+x4+x5=x1x2x3x4x5,求x5的最大值.
分析:此題粗看一下,似乎很難,仔細觀察一下發(fā)現(xiàn),x1,x2,x3,x4,x5都是自然數(shù),總有一個大小關(guān)系,所以可附加條件:x1≤x2≤x3≤x4≤x5,且不影響整個解題的過程.于是有:x1+x2+x3+x4+x5≤5x5,即x1x2x3x4x5≤5x5,那么x1x2x3x4≤5,因此有下列幾種可能:
(1)x1=x2=x3=x4=1,則x5+4=x5,顯然不成立;
(2)x1=x2=x3=1,x4=2,3,4,5,則相應地有5+x5=2x5,6+x5=3x5,
7+x5=4x5,8+x5=5x5,顯然有x5=5,3,2
(3)x1=x2=1,x4=x3=2,則6+x5=4x5,x5=2
因此有x5的最大值為5.
四、討論性研究
有些問題本身具有不確定性,不可能直接加以解決.這時需要我們對問題進行分類,在不同的條件下加以解決.
例6 數(shù)列{an}的前n項和為Sn,且滿足:a1=a(a≠0),an+1=rSn(n∈N*,r∈R,r≠-1)
(Ⅰ)求數(shù)列{an}的通項公式;
(Ⅱ)若存在k∈N*,使得Sk+1,Sk,Sk+2成等差數(shù)列,試判斷對于任意的m∈N*,且m≥2,am+1,am,am+2是否成等差數(shù)列,并證明你的結(jié)論.
分析:本小題主要考查等差數(shù)列、等比數(shù)列的基礎(chǔ)知識,同時考查推理論證能力,以及特殊與一般的思想.仔細推敲不難發(fā)現(xiàn)數(shù)列{an}的通項公式與r有關(guān),因此在解題的過程中要對實數(shù)r進行分類討論,往往學生因考慮問題不夠全面而導致漏解.
解:(Ⅰ)由已知an+1=rSn可得an+2=rSn+1,兩式相減可得
an+2-an+1=r(Sn+1-Sn)=ran+1
即an+2=(r+1)an+1
又a2=ra1=ra,所以r=0時,
數(shù)列{an}為:a,0,…,0,…
當r≠0,r≠-1時,由已知a≠0,所以an≠0
于是由an+2=(r+1)an+1可得an+2an+1=r+1(n∈N*),
∴a2,a3,…,an,…成等比數(shù)列,
∴當n≥2時,an=r(r+1)n-2a
綜上,數(shù)列{an}的通項公式為
an=a,n=1r(r+1)n-2a,n≥2
(Ⅱ)對于任意的m∈N*,且m≥2,am+1,am,am+2成等差數(shù)列,證明如下:
當r=0時,由(Ⅰ)知,an=a,n=10,n≥2
∴對于任意的m∈N*,且m≥2,am+1,am,am+2成等差數(shù)列,
當r≠0,r≠-1時,
∵Sk+2=Sk+ak+1+ak+2,Sk+1=Sk+ak+1.
若存在k∈N*,使得Sk+1,Sk,Sk+2成等差數(shù)列,
則Sk+1+Sk+2=2Sk,
ak+2+2ak+1=0
對于任意的m∈N*,且m≥2,am+1=-2am,從而am+2=4am
∴am+1+am+2=2am,即am+1,am,am+2成等差數(shù)列,
綜上,對于任意的m∈N*,且m≥2,am+1,am,am+2成等差數(shù)列.
從上述的幾種情況我們可以看出,若在解題中感覺條件不足,使解題陷入困境,我們應該從問題的本身進行分析和思考,從特殊性、深刻性、輔助性三方面加以研究,然后再注意思維的開闊性,從討論和開放這兩方面進行研究.所以在解題中只要我們對發(fā)現(xiàn)的問題加以研究,一定能擺脫困境,走向成功.
(作者:丁稱興,江蘇省溧水高級中學)