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整體法在函數(shù)解題中的應用

2016-11-30 18:26張樹鵬姚祺鵬
都市家教·上半月 2016年11期
關鍵詞:換元約束條件最值

張樹鵬 姚祺鵬

M·克萊因說:“數(shù)學不僅是一種方法,一門藝術或一種語言,數(shù)學更重要的是一門有著豐富內容的知識體系?!睌?shù)學的思想方法則是數(shù)學的靈魂和精髓。整體思想是高中階段較為重要的數(shù)學思想。在解題時,我們往往習慣于從問題的局部出發(fā),將問題分解成若干個簡單的子問題,然后再各個擊破、分而治之,這是一種常見的有效的方法。但還有許多的數(shù)學問題需要我們從整體出發(fā),突出對問題整體結構的分析、判斷,發(fā)現(xiàn)問題的整體結構特征和邏輯關系從而找到最合理,最簡捷實用的解題方法,使問題化難為易,化繁為簡,提高解題效率。函數(shù)是整個中學數(shù)學教學的主線,是中學數(shù)學的核心內容,是整個中學數(shù)學的基礎,也一直是高考中的大熱點,應用整體方法是解決高中函數(shù)問題的重要途徑方法。

一、初等函數(shù)中“整體換元”的簡用

指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)等的復合函數(shù)的求解問題中,常將“內層函數(shù)”看做一個整體來處理,通過“整體換元”,簡化結構形式,便于試題分析,提高解答的速度與正確性。

案例1:求函數(shù)y=+ ?x∈[2,4]的最大值?

整體換元,令t=,所以原函數(shù)化為y=t+,因為x∈[2,4]所以t∈[1,2].根據(jù)y=t+“雙鉤”函數(shù)特征知函數(shù)在t∈[1,2]中是單調遞減,也可通過求導判斷函數(shù)y=t+的單調性可得原函數(shù)在x∈[2,4]的最大值為t=1時的值5。通過整體換元后,簡化了等式方程的結構,提高了答題效率。

二、目標函數(shù)中“整體代換”的變用

線性約束條件下,常將目標函數(shù)“整體代換”,或調配目標函數(shù)結構,充分利用約束條件做整體代換,令我們的解題思路豁然開朗,解題中產生耳目一新的感覺和收獲。

案例2:(2015全國卷)若,y滿足約束條件 ,則z=x+y的最大值為____________。

通解通法;做出可行域,變形目標函數(shù)y=-x+z.平移y=-x獲取直線圖形截距最大值,即x=1,y=時zmax=。解法雖得當,但解題繁瑣,用時過長,作為一道填空題,是否有更簡捷實用的解題方法?觀察線性約束條件特點,調配目標函數(shù),做整體代換。z=x+y=(x-2y)+(x+2y)≦×0+×2=

當x-2y=0,x+2y=2,即x=1,y=時zmax=。

比較兩法第二種解法簡便,給人全新的解題感收。同時啟發(fā)我們,能否變形線性條件,利用不等式性質得出目標函數(shù)最值?

三、二元函數(shù)中“整體代換”的巧用

二元函數(shù)最值問題在近幾年的高考中頻頻出現(xiàn),常見的方法有將二元轉變?yōu)橐辉ā⒉坏仁椒趴s法、基本不等式法、轉化為線性目標函數(shù)最值法等,而“常值整體代換”與重組后“整體代換”是求二元函數(shù)最值的主要方法。

案例3:(2015南通、揚州、等地高三調研試題)

已知正實數(shù)x、y滿足x++3y+=10,則xy的取值范圍為?

本題可用整體代換將二元函數(shù)式轉化為一元式,設k=xy,得y=代入x++3y+=10化簡整理成關于x的一元二次方程。然后根據(jù)方程在x取值范圍內存在兩個正實根的條件得出xy的取值范圍。我們也可對已知二元等式進行重組變形,做整體處理,利用基本不等式放縮法求得xy的范圍。10= x++3y+=(x+)+(+3y)≧2化簡可得;(3xy-8)(xy-1)≤0,解不等式得xy的取值范圍是。通過常值整體代換與重組后整體代換使二元函數(shù)最值的求解峰回路轉,迅速獲得了解題的途徑方法。

四、三角函數(shù)中“整體代換”的互用

三角函數(shù)中廣泛應用整體法求解,如:求函數(shù)對稱軸、對稱中心、單調區(qū)間與最值,均可將看做一個整體,進行整體代換,再利用y=sinx的性質進行處理,在解三角形中也可將正弦公式、余弦公式,整體互代,化簡已知,簡便求解。

五、導函數(shù)求解中“整體求導”的活用

函數(shù)中常有參數(shù)取值范圍的確定與不等式恒成立問題的證明等,常要通過分離參數(shù)構造新函數(shù)或移項變形構造新函數(shù),將新函數(shù)看做整體,通過整體求導確定新函數(shù)的單調性,利用不等式性質得出參數(shù)范圍,證的不等式恒成立。

綜上所述,數(shù)學的教與學不能僅滿足單純知識的積累與演練,在知識的學習和能力提高過程中注意數(shù)學思想的整理和深化,才會使學生在學習中清理思維障礙,巧妙解決問題。函數(shù)是高中數(shù)學的重要內容,函數(shù)滲透于整個高中數(shù)學中,學習和教學過程中有意識地滲透整體思想,可以使學生從全局著眼,整體把握,簡捷明快地解決問題,從而激發(fā)了學生的數(shù)學思維,提高了學生的數(shù)學思想。

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