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構(gòu)造法在中學(xué)數(shù)學(xué)中的應(yīng)用

2018-08-25 17:21于兆海
西部論叢 2018年5期
關(guān)鍵詞:原料方程函數(shù)

用構(gòu)造法解題時,被構(gòu)造的對象是多種多樣的,按它的內(nèi)容可分為數(shù)、式、函數(shù)、方程、數(shù)列、復(fù)數(shù)、圖形、圖表、幾何變換、對應(yīng)、數(shù)學(xué)模型、反例等,從下面的例子可以看出這些想法的實現(xiàn)是非常靈活的,沒有固定的程序和模式,不可生搬硬套。但可以嘗試從中總結(jié)規(guī)律:在運用構(gòu)造法時,一要明確構(gòu)造的目的,即為什么目的而構(gòu)造;二要弄清楚問題的特點,以便依據(jù)特點確定方案,實現(xiàn)構(gòu)造。下面按構(gòu)造對象的不同將構(gòu)造方法分成六類分別予以舉例說明。

1.構(gòu)造輔助數(shù)與式

在求解某些數(shù)學(xué)問題時,利用矛盾的對立統(tǒng)一性,充分揭示條件與結(jié)論的內(nèi)在聯(lián)系,探索構(gòu)造適宜的數(shù)或式,來架設(shè)解題的通道。

例1. a,b正數(shù)滿足 a3+b3=2,求證:a+b≤2.

分析:條件式中次數(shù)是3次,而結(jié)論式中是1次,所以需要降冪。

又結(jié)論式是不等式,當(dāng)且僅當(dāng)時成立。于是考慮構(gòu)造均值不等式。

解 由均值不等式得:

(1) (2)

由(1)+(2)變形整理得:.

2.構(gòu)造函數(shù)

在求解某些數(shù)學(xué)問題時,根據(jù)問題的條件,構(gòu)想組合一種新的函數(shù)關(guān)系,使問題在新的觀念下轉(zhuǎn)化并利用函數(shù)的有關(guān)性質(zhì)解決原問題是一種行之有效的解題手段。構(gòu)造函數(shù)證(解)問題是一種創(chuàng)造性思維過程,具有較大的靈活性和技巧性。在運用過程中,應(yīng)有目的、有意識地進行構(gòu)造,始終“盯住”要證、要解的目標(biāo)。

例2 證明:如果,那么.

證明 構(gòu)造函數(shù)

易證在R上是奇函數(shù)且單調(diào)遞增

即:

又∵是增函數(shù)即.

3.構(gòu)造方程

方程,作為中學(xué)數(shù)學(xué)的重要內(nèi)容之一,與數(shù)、式、函數(shù)等諸多知識密切相關(guān)。根據(jù)問題條件中的數(shù)量關(guān)系和結(jié)構(gòu)特征,構(gòu)造出一個新的方程,然后依據(jù)方程的理論,往往能使問題在新的關(guān)系下得以轉(zhuǎn)化而獲解。構(gòu)造方程是初等代數(shù)的基本方法之一。如列方程解應(yīng)用題,求動點的軌跡方程等即屬此法。

對于較復(fù)雜的問題,就需根據(jù)條件進行框架的設(shè)計。為了運用判別式證明不等式,就需構(gòu)思一個“一元二次方程” 框架。

例3. 已知,求證:

分析:設(shè)法構(gòu)造一個一元二次方程,使以其系數(shù)或常數(shù)項的面目出現(xiàn),再由得到不等式.

設(shè), 易證,再求得

則就是方程的兩個實根,由.

4.構(gòu)造數(shù)列

在處理與自然數(shù)n有關(guān)的數(shù)學(xué)問題時,根據(jù)題目所提供的特征,通過替換、設(shè)想等構(gòu)造出一個與欲解(證)問題有關(guān)的數(shù)列(數(shù)組),并對該數(shù)列(數(shù)組)的特征進行分析,??色@得解題的途徑。如果從分析問題所提出的信息知道其本質(zhì)與數(shù)列有關(guān),那么該問題就可以考慮運用構(gòu)造數(shù)列的方法來解。

對于某些關(guān)于自然數(shù)的不等式問題,與數(shù)列有著密切的聯(lián)系,這時也可構(gòu)造有關(guān)的數(shù)列模型,利用其單調(diào)性解決.

例4. 求證: .

分析:構(gòu)造數(shù)列模型 ,

則有

=,所以數(shù)列為遞增數(shù)列.

又因,故 (其中n N+),即原不等式得證.

評注 欲證含有與自然數(shù)n有關(guān)的和的不等式,可以構(gòu)造數(shù)列模型,只需證明數(shù)列是單調(diào)遞增,且.另外,本題也可以用數(shù)學(xué)歸納法證明,但用構(gòu)造數(shù)列模型證明簡潔.

5.構(gòu)造幾何圖形(體)

如果問題條件中的數(shù)量關(guān)系有明顯的或隱含的幾何意義與背景,或能以某種方式與幾何圖形建立起聯(lián)系,則可考慮通過構(gòu)造幾何圖形將題設(shè)中的數(shù)量關(guān)系直接在圖形中得以實現(xiàn),然后,借助于圖形的性質(zhì)在所構(gòu)造的圖形中尋求問題的結(jié)論。構(gòu)造的圖形,最好是簡單而又熟悉其性質(zhì)的圖形。這些幾何圖形包括平面幾何圖形、立體幾何圖形及通過建立坐標(biāo)系得到的解析幾何圖形。

例5.求函數(shù)的值域

解析:

其幾何意義是平面內(nèi)動點到兩定點和的距離之和。為求其值域只要求其最值即可,易知當(dāng)三點共線(P即在線段MN上)時,f(x)取得最小值,,無最大值,故得函數(shù)的值域為.

6.構(gòu)造函數(shù)模型,解決數(shù)學(xué)實際問題

在解答數(shù)學(xué)實際問題時,引進數(shù)學(xué)符號,根據(jù)已知和未知之間的關(guān)系,將文字語言轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)符號語言,建立適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)關(guān)系式(考慮自變量的取值范圍)。再利用有關(guān)數(shù)學(xué)知識,解決函數(shù)問題。這樣既可深入函數(shù)內(nèi)容的學(xué)習(xí),也有利于增強學(xué)生的思維能力和解題實踐能力。

例6 [9]某工廠現(xiàn)有甲種原料360千克,乙種原料290千克,計劃利用這兩種原料生產(chǎn)A、B兩種產(chǎn)品,共50件。已知生產(chǎn)一件A種產(chǎn)品,需用甲種原料9千克、乙種原料3千克,可獲利潤700元;生產(chǎn)一件B種產(chǎn)品,需用甲種原料4千克、乙種原料10千克,可獲利潤1200元。按要求安排A,B兩種產(chǎn)品的生產(chǎn)件數(shù),有哪幾種方案?請你設(shè)計出來;

解;設(shè)需生產(chǎn)A種產(chǎn)品x件,那么需生產(chǎn)B種產(chǎn)品(50-x)件,由題意得:

解得:∵x是正整數(shù)

∴x=30或31或32

∴有三種生產(chǎn)方案:①生產(chǎn)A種產(chǎn)品30件,生產(chǎn)B種產(chǎn)品20件;②生產(chǎn)A種產(chǎn)品31件,生產(chǎn)A種產(chǎn)品19件;③生產(chǎn)種產(chǎn)品32件,生產(chǎn)B種產(chǎn)品18件。

從以上各例不難看出,構(gòu)造法是一種極富技巧性和創(chuàng)造性的解題方法,它體現(xiàn)了數(shù)學(xué)中發(fā)現(xiàn)、類比、化歸的思想,也滲透著猜想、探索、特殊化等重要的數(shù)學(xué)方法,構(gòu)造法解題重在“構(gòu)造”。它可以構(gòu)造圖形、方程、函數(shù)甚至其它構(gòu)造,就會促使學(xué)生要熟悉幾何、代數(shù)、三角等基本知識技能并多方設(shè)法加以綜合利用,這對學(xué)生的多元思維培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的提高以及鉆研獨創(chuàng)精神的發(fā)揮十分有利。

因此,在解題教學(xué)時,若能啟發(fā)學(xué)生從多角度,多渠道進行廣泛的聯(lián)想則能得到許多構(gòu)思巧妙,新穎獨特,簡捷有效的解題方法而且還能加強學(xué)生對知識的理解,培養(yǎng)思維的靈活性,提高學(xué)生分析問題的創(chuàng)新能力?!皹?gòu)造法”作為一種重要的化歸手段,在數(shù)學(xué)解題中有著重要的作用。運用構(gòu)造法解數(shù)學(xué)題可從中欣賞到數(shù)學(xué)之美,感受到解題之樂,更重要的是可開拓思維空間,啟迪智慧,并對培養(yǎng)多元化思維和創(chuàng)新精神大有裨益。

作者簡介:于兆海(1986—),男,漢族,山東臨朐人,菏澤學(xué)院學(xué)士,壽光市明珠小學(xué),數(shù)學(xué)教師。

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