基于化归思想的高中数学应用研究

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  摘 要:在学习高中数学知识的过程中,我们会遭遇各式各样的问题,能否解决这些问题才是我们学好数学的关键,而解决问题的数学方法很多,但其核心都在于解题思路,这种清晰而又正确的解题思路被称为化归思想。基于此,该文简单分析了化归思想的内涵、明确内容、模式以及原则,并通过一些实际应用阐述了化归思想在高中数学应用中的重要性。
  关键词:高中数学 化归思想 解题思路
  中图分类号:G633.6 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)11(b)-0128-02
  化归思想是一种常见而又特殊的解题思想,同时,也是一种最基本的思维策略,更是一种切实可行的数学思维方法。简单地说,化归思想就是指我们在解决某一数学问题时,采用某种手段将问题通过变换的形式,转化成简单的、易求解的、具体的、直观的问题,从而解决问题的一种方法。在高中数学例题中,化归思想无处不在,它能有效地减少学生解题的时间,而且还能增强学生解题后获得的成就感,同时,还能锻炼学生解题思维能力。正因如此,化归思想受到了广泛的关注。
  1 化归思想分析
  1.1 内涵
  根据笔者对化归思想的认识,其内涵可以表达为用真命题证明新命题,用现有概念来定义新概念,并以此来处理各种新问题,也正是这种特殊的内涵,使得数学可以通过一定的改造与手段来构建一些新的体系,让数学内容与形式变得丰富多彩。而在高中数学中,化归思想的影子随处可见,如方程求解化归为一元或二元方程求解,立体几何问题通过空间向量转化为代数问题,数列求和问题转化为等差或者等比数列问题,函数问题转化为导数问题等。
  1.2 明确内容及模式
  在应用化归思想时,应注意明确三项内容:化归的对象、化归的目标以及化归的途径。其中,化归的对象为转化变更部分;化归的目标是将化归的对象转化为能处理的问题;化归的途径是为实现化归的目标所采取的方法。这种途径在我们高中数学里常见的形式有:换元、配方、割补、向量表达等,我们可以将此分为三大类:数量特征的转化、数学形式特征的转化、位置关系的转化。而化归思想的一般模式如图1所示。
  1.3 原则
  化归思想所要遵循的一般原则有:简单化原则、具体性原则、标准化原则、和谐统一性原则以及低层次化原则。
  2 化归思想在高中数学中的实际应用
  2.1 不等式直接转化问题
  转化问题可谓是化归思想里的核心问题,是将待解决问题转化为易解决的问题,在这个过程中,需要利用一些基本的定义、定理以及熟悉公式或者图形描述,使得问题一目了然,得到快速解决。
  例1,(2008年江苏数学试卷)设,,均为正实数,证明:≥。
  解题思路:利用高中数学里熟悉的不等式公式,将例一的证明直接转化,即注意到,,均为正实数,可以得到≥,于是≥,倘若能证明≥,那么问题得证,现有不等式≥成立,故,当且仅当时,等号成立,即原问题得证。
  当然,也有些数学题是直接利用表1的关系来命题的,例如,已知0≤≤6,为实数,不等式恒成立,试求的取值范围。
  2.2 换元法问题
  换元法也是化归思想里的一种常见的方法,它是将一些过于复杂的不等式或者方程、函数等化归为比较直观而又简单的问题。在我们高中数学中,基本都是局部换元,即将一些式子视为一个整体,并用某个变量去替换,从本质上来讲,这是一种等量化归思想,即构造元或者设置元使得我们求解的复杂问题逐步简化。
  例2,(2008年浙江数学试卷)若,求()。
  (A) (B)2 (C) (D)-2
  解题思路:现令,,由可得,而由知,故,联立两个等式得,求得,所以,,因此,答案选(B)。
  2.3 数与形的转化问题
  在高中数学里,数与形密不可分,两者相互转化,相互渗透,数缺少了图形辅助则便少了主观性,形缺少了数则难以描述,由此可见,作为高中数学里最基本的研究对象,数与形体现了两者在高中数学里最重要的一面,即几何与代数的结合,而从思想方法来看,数与形的转化也更加直接地体现了化归思想。当然,只要我们善于观察数与形之间的关系,并将其具体应用到数学解题中去,那么,我们相信在今后的高中数学学习中,准确而快速的解题方式将大受欢迎。
  例3,已知恒等式,试求的最小值。
  解题思路:将关于数的问题直接转化为形的问题,即把原问题看作是在求点到点之间的最短距离,也就是求点到直线距离中最短的距离,由我们熟悉的点到直线距离公式便可求得。
  值得说明的是,在问题处理上,巧妙地进行了转化,使得代数问题更加直观地化归为平面几何问题,这样做的好处在于它能避开求最值時所要考虑的条件满足问题。
  2.4 多维向低维转化的问题
  多维向低维的转化,在高中数学里最为常见的就是空间几何问题,如物体的运动轨迹、空间截图等,可以说是将三维空间问题转化为平面几何问题,并在二维平面基础上,应用现有的公式、定义、定理等,最终把待求解问题逐一简化,使我们解题更容易。
  例4,如图2所示,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,已知,且,现有一物体从点出发,沿着长方体ABCD-A1B1C1D1的表面运动至点,试求物体在这个运动过程中的最短路程?
  解题思路:将上述长方体ABCD-A1B1C1D1视为一个正六面体的盒子,并将其最右边平面与最后边平面展开,分别得到如图3和图4的俯视图,由高中数学知识里的平面几何中两点之间直线段最短原理,即可求出该物体运动的最短路程必是、、这三者之一。
  通常,求解最值问题基本都是转化为函数形式,但是,该题是空间几何运动问题,且题中并没有告诉已知的函数,故转化为函数形式行不通。然而,平面几何求最值的方法很多,如两点距离最短原理等,因此,通过化归思想将问题化归为二维平面问题,可使求解问题变得更加简单。
  3 结语
  综上所述,化归思想在高中数学中非常重要,它能帮助我们快速地、准确地将一些复杂的、抽象的问题化归为简单易懂的问题。我们在学习数学知识的过程中,要善于运用化归思想,这样我们的数学思维能力才会得到锻炼和拓展,同时,数学问题也能得到解决。
  参考文献
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