數(shù)學(xué)問題千變?nèi)f化,要想既快又準(zhǔn)的解決,必須尋求簡捷的方法.有時所遇見的數(shù)學(xué)問題看似很難,但只要我們“腦筋急轉(zhuǎn)彎”,就能巧奪天工.所謂由特殊到一般的思維策略,就是說在解決數(shù)學(xué)問題時,選取一個或幾個特殊值或利用特殊圖形進行分析,發(fā)現(xiàn)問題的一般規(guī)律,從而獲得解題途徑的方法.由特殊到一般是歸納思想在解題中的具體體現(xiàn).本文談?wù)勅绾芜\用由特殊到一般來快速探求解決問題的思路.
一、通過條件特殊化,直接求得結(jié)論
在處理填空題時,我們常常會遇到一些已知條件在一般情形下,探討結(jié)論確定的問題.如果從一般情形出發(fā),運算量較大,有時候運算還較為繁瑣,對于這些問題我們可以將條件特殊化來求解.
例1在△ABC中,角A、B、C所對的邊分別為a、b、c.若a、b、c成等差數(shù)列,則cosA+cosC1+cosAcosC=.
分析:由2b=a+c,取a=3,b=4,c=5,則△ABC為直角三角形,cosA=45,cosC=0,代入求得45.或取a=b=c,則△ABC為等邊三角形,cosA=cosC=12,求得45.
例2已知等差數(shù)列{an}的公差d≠0,a1,a3,a9成等比數(shù)列,則a1+a3+a9a2+a4+a10的值為.
分析:依據(jù)a1,a3,a9成等比數(shù)列,將數(shù)列特殊化,取數(shù)列1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,則a1+a3+a9a2+a4+a10=1+3+92+4+10=1316.
小結(jié):題設(shè)中的條件,對于一般情況都能成立,而求解的結(jié)論是定值.我們可以對一般情形賦特殊值,通過特殊值,得到一般結(jié)論.當(dāng)已知條件中含有某些不確定的量,但填空題的結(jié)論唯一或題設(shè)條件中提供的信息暗示答案是一個定值時,可以將題中變化的不定量選取一些符合條件的恰當(dāng)特殊值(或特殊函數(shù),特殊角,特殊數(shù)列,圖形特殊位置,特殊點,特殊方程,特殊模型等)進行處理,從而得出結(jié)論.
二、通過特殊函數(shù)值,縮小字母參數(shù)的范圍
在求解含有字母參數(shù)的函數(shù)問題時,我們往往需要對字母變量進行分類討論,有時候分類討論的次數(shù)較多,在求解時很容易面臨多解或漏解的情形.若采取特殊化方法,可以縮小參數(shù)范圍,減少分類討論的次數(shù),增強學(xué)生的信心.
例3已知函數(shù)f(x)=ax3-3x+1(x∈R),若對任意x∈[-1,1],都有f(x)≥0成立,則實數(shù)a的值為.
分析:根據(jù)題意,即求函數(shù)f(x)的最小值大于等于0,而求函數(shù)的最小值需要對參數(shù)a進行分類討論.事實上,由f(x)min≥0,一般情況下求得參數(shù)a是在某個范圍上,而結(jié)果是a的值.所以依據(jù)任意x∈[-1,1],都有f(x)≥0成立,對x賦值,由f(-1)≥0,f(12)≥0,解得a≤4,a≥4,故a=4.
例4已知函數(shù)f(x)=(m-3)x3+9x在[1,2]上的最大值為4,求實數(shù)m的值.
分析:思路1:由f′(x)=3(m-3)x2+9,則當(dāng)m≥3時,f(x)在[1,2]上是增函數(shù),所以f(x)max=f(2)=8(m-3)+18=4,解得m=54<3,不合題意,舍去.
當(dāng)m<3時,f′(x)=3(m-3)x2+9=0,
得x=±33-m.
所以f(x)的單調(diào)區(qū)間為:(-∞,-33-m)單調(diào)減,(-33-m,33-m)單調(diào)增,(33-m,+∞)單調(diào)減.
①當(dāng)33-m≥2,即94≤m<3時,[1,2]∈(-33-m,33-m),所以f(x)在區(qū)間[1,2]上單調(diào)增,f(x)max=f(2)=8(m-3)+18=4,m=54,不滿足題設(shè)要求.
②當(dāng)1<33-m<2,即0 ③當(dāng)33-m≤1,即m≤0時,則[1,2][33-m,+∞),所以f(x)在區(qū)間[1,2]上單調(diào)減,f(x)max=f(1)=m+6=4,m=-2.綜上所述:m=-2. 思路2:由已知可得f(1)≤4,f(2)≤4,則m+6≤4,8(m-3)+18≤4,解得m≤-2. 又f′(x)=3(m-3)x2+9,當(dāng)m≤-2時,f′(x)≤0在[1,2]上恒成立,所以f(x)在區(qū)間[1,2]上單調(diào)減,f(x)max=f(1)=m+6=4,m=-2.綜上所述:m=-2. 小結(jié):在處理含有參數(shù)的相關(guān)問題時,要善于挖掘題設(shè)中的隱含條件,通過特殊化的方法縮小參數(shù)的范圍,從而減少分類討論的次數(shù)或者避免分類討論. 變題已知函數(shù)f(x)=lnx-mx(m∈R)在[1,e]上的最小值為4,則實數(shù)m的值為. 分析:根據(jù)題意知f(1)≥4,即m≤-4,又f′(x)=1x+mx2=m+xx2,則f′(x)<0在[1,e]上恒成立,函數(shù)f(x)在[1,e]上單調(diào)遞減,根據(jù)題意有f(e)=4,得m=-3e. 三、通過圖形位置特殊化,猜想運算結(jié)果 在立體幾何、解析幾何、向量等問題中,我們會經(jīng)常遇到與圖形有關(guān)的探究性問題,對于這些圖形類問題,我們要探求一般結(jié)論,要善于多途設(shè)計,尋求最優(yōu)的解題思路.在這個探求過程中,要確定解題的方向. 例5如果三棱柱ABCA1B1C1中,E、F分別是AB,AC的中點,平面EB1C1F將三棱柱分為體積為V1、V2的兩部分,那么V1∶V2=. 分析:本題是研究的任意三棱錐,二結(jié)論是一個確定的值,也即結(jié)論與三棱柱具體形狀無關(guān),構(gòu)造一個特殊的正三棱柱其底面積為4,高為1,則V=4,V1=13×1×(1+1×4+4)=73,V2=V-V1=4-73=53,∴V1∶V2=7∶5. 例6設(shè)三棱柱ABCA1B1C1的體積為V,P、Q分別是側(cè)棱AA1、CC1上的點,且PA=QC1,則四棱錐BAPQC的體積為.
分析:如果我們動態(tài)地思考這個問題,讓點P無限逼近點A,則點Q必?zé)o限逼近于點C1,此時四棱錐BAPQC質(zhì)變成了三棱錐BACC1,VBACC1=VC1ABC,所以四棱錐BAPQC的體積為13V.
例7如圖,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,橢圓x2a2+y2b2=1(a>b>0)的右焦點為F(1,0),離心率為22.分別過O,F(xiàn)的兩條弦AB,CD相交于點E(異于A,C,兩點),且OE=EF.
(1)求橢圓的方程;
(2)設(shè)直線AC,BD的斜率分別為k1,k2,求k1+k2.
分析:思路一:(1)由已知可得c=1,e=ca=22,則a=2,b=1,故橢圓方程為x22+y2=1.
(2)設(shè)直線OE:y=kx,則由OE=EF可知直線
CD與OE斜率一定存在且互為相反數(shù),設(shè)直線CD:y=-k(x-1),
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3),D(x4,y4),則x2=-x1,
聯(lián)立y=kxx22+y2=1,
得(1+2k2)x2=2,x21=21+2k2,
聯(lián)立y=-k(x-1)x22+y2=1,得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0,x3,4=2k2±2(k2+1)1+2k2,
故k1+k2=kx1+k(x3-1)x1-x3+kx2+k(x4-1)x2-x4
=kx1+k(x3-1)x1-x3+-kx1+k(x4-1)-x1-x4
=k[x1+(x3-1)](x1+x4)+k[x1-(x4-1)](x1-x3)(x1-x3)(x1+x4)
=k(2x21+2x3x4-x3-x4)(x1-x3)(x1+x4)
=k(42k2+1+4k2-42k2+1-4k22k2+1)(x1-x3)(x1+x4)
=0.
思路二:觀察圖形,可知A,B關(guān)于原點對稱,且直線AB和直線CD的傾斜角互補,將直線AB進行旋轉(zhuǎn)可發(fā)現(xiàn)AC和BD的傾斜角也互補.
思路三:取特殊位置.當(dāng)直線AB傾斜角為π4時,求得k1+k2=0,再進行一般的檢驗.
此題運算過程中同學(xué)們的難點一是刻畫兩條動弦AB,CD的時候選擇的量特別多,無法消元,做不下去;二是運算過程中忙中出亂,無法堅持.若養(yǎng)成求解中善于挖掘題中的隱含條件:一是OE=EF隱含了直線AB,CD斜率一定存在且互為相反數(shù);二是從圖形和表達式的結(jié)構(gòu)特征猜想隱含了k1,k2的和為定值,通過直覺或者特殊位置可以猜想該定值為0.這樣運算的目標(biāo)明確,也就不容易出錯了.
小結(jié):在處理圖形類問題時,我們可以通過點或圖形在特殊位置,先猜想一般結(jié)論,再對一般情形進行論證,尤其是針對定點、定值類問題,由特殊情況求得結(jié)論,再由特殊情況去猜想結(jié)論.
四、通過取特殊項,探求一般規(guī)律
對于一些數(shù)列類問題,我們要善于從特殊項入手,探求猜想一般規(guī)律,再進行檢驗論證.在探求中要善于觀察、歸納、猜想.由于共性寓于事物的個性之中,所以對于有些較復(fù)雜的問題只要把特殊情況討論清楚了,一般情況就容易化歸為特殊情況.
例8已知等差數(shù)列{an}中,公差d>0,前n項和為Sn,a2·a3=45,a1+a5=18.
(1)求數(shù)列{an}的通項公式;
(2)令bn=Snn+c(n∈N),是否存在一個非零常數(shù)c,使得數(shù)列{bn}也是等差數(shù)列?若存在,求出c的值,若不存在,說明理由.
分析:(1)知an=4n-3;(2)由(1)可得Sn=2n2-n,則bn=2n2-nn+c.
思路一:若存在一個非零常數(shù)c,使得數(shù)列{bn}也是等差數(shù)列,則可設(shè)bn=an+b,則an+b=2n2-nn+c對任意n∈N恒成立,展開后利用恒成立的條件求解.
思路二:特殊化.若存在一個非零常數(shù)c,使得數(shù)列{bn}也是等差數(shù)列,則b1,b2,b3成等差數(shù)列,故2b2=b1+b3,解得c=-12,再代入bn=2n2-nn+c,得bn=2n,所以數(shù)列{bn}是等差數(shù)列.
例9設(shè){an}是首項為a,公差為d的等差數(shù)列(d≠0),Sn是其前n項和.記bn=nSnn2+c,n∈N*,其中c為實數(shù).
(1)若c=0,且b1,b2,b4成等比數(shù)列,證明:Snk=n2Sk(k,n∈N*);
(2)若{bn}是等差數(shù)列,證明:c=0.
分析:(1)an=a+(n-1)d(d≠0),Sn=na+n2-n2d,當(dāng)c=0時,bn=Snn,
則b1=S11=a,b2=S22=a+d2,b4=S44=a+3d2,由b1,b2,b4成等比數(shù)列,則b1b4=b22,
代入得a·(a+3d2)=(a+d2)2,化簡得d2=2ad,又d≠0,故d=2a,Sn=n2a,Snk=n2k2a,n2Sk=n2k2a,則Snk=n2Sk.
(2)由已知bn=nSnn2+c=2n2a+n3d-n2d2n2+2c是等差數(shù)列,故可設(shè)bn=kn+b(k,b為常數(shù))則有(2k-d)n3+(2b+d-2a)n2+2ckn+2bc=0對任意n∈N+恒成立.在此式中分別取n=1,2,3,4,則由d≠0,k≠0,得c=0,此時k=d2,b=2a-d2.再代入原式知c=0時,原等式恒成立.
小結(jié):在解決數(shù)列類問題時,我們可以通過前面幾項發(fā)現(xiàn)規(guī)律,再針對一般情況進行驗證.
由特殊到一般的思維策略的多方面運用,不僅說明它在解決數(shù)學(xué)問題時的廣泛性和重要性,更主要的是說明它應(yīng)該是同學(xué)們必須掌握的一種數(shù)學(xué)思維方法.利用特值、特形解題,增強同學(xué)們的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,在眾多的信息面前,注重培養(yǎng)挖掘一批有用或關(guān)鍵信息的那種數(shù)學(xué)素養(yǎng).
(作者:王小青,江蘇省如皋中學(xué))