浅谈高中数学解题方法

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  【摘要】任何学问都包括知识和能力这两方面,对于数学,能力比起仅仅具有知识更加重要。
  【关键词】高中;数学;解题方法
  【中图分类号】G632.479【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)05-0202-01
  
  任何学问都包括知识和能力这两方面,对于数学,能力比起仅仅具有知识更加重要。而数学中的能力指的就是解决问题的能力。一个数学教师,如果把他的时间塞满了例行运算来训练他的学生,他就扼杀了学生的学习兴趣。因而中学数学的首要任务是培养学生具备解决问题的才智、独特见解及创造精神,把“解题”作为培养数学才能和教会他们思考的一种手段和途径。对于数学题,其求解过程可总结为以下四个阶段:①必须弄清问题,清楚地看到要求的是什么?②必须了解各个项之间有何联系?未知数与已知条件之间有什么关系?③实现所制定的计划,④回顾能完成的解答,对它进行检验和反思。上述每一个阶段都有其重要性,下面通过实例对每一个阶段进行具体的分析。
  第一阶段:弄清问题。回答一个你尚未弄清的问题是愚蠢的,首先必须了解问题的文字叙述,教师在某种程度上可检查学生这一点,同时不要错过这样的问题:未知数是什么?已知条件是什么?求什么?满足条件是否可能?
  例1、若x、y、z∈R,且x+y+z=1,求证:x2+y2+z2≥13
  要证明这一道题目,要求做题者必须掌握证明不等式的方法与技巧,明确要证的结论是什么?已知条件是什么?条件与结论之间有何关系?此题的已知条件是三个实数的和为1,根据此条件要证明它们的平方和不小于13。
  第二阶段:拟定计划。我们知道,求解一个问题的主要成绩是构想出一个解题计划的思路,看着未知数,试想起一个具有相同或相似未知数的熟悉问题来,你是否知道与此有关的问题?你是否知道一个可能用得上的定理?你能否利用它?为了解利用它,你是否应该引入某些辅助元素?你是否利用了所有的已知数据?你是否利用了整个条件?你是否考虑了包含在问题中的所有必要的概念?因而我们需要拟定一个计划。
  例2、继续考察例1
  例1中需证的不等式,左边是条件中三个实数的平方和,因此对此不等式的证明,一般地,我们的做法是先对条件等式两边平方。对x+y+z=1两边平方得:x2+y2+z2+2xy+2xz+2yz=1
  观察平方后的等式:此式中已经得到待证式左边的式子x2+y2+z2,而其余三个式子2xy,2xz,2yz可通重要不等式的变形2ab≤a2+b2进一步转化为含有x2、y2、z2的式子,于是平方后等式左边的式子全都可转化为x2、y2、z2之间的关系式,从而可使不等式得到证明,此时计划已拟定。
  第三阶段:实现计划。想出一个计划,产生一个求解念头是不容易的,要成功,需要有许多条件,比如:已有的知识,良好的思维习惯,目标集中,还要有好运气。但实现计划则容易得多,我们需要的主要是耐心地处理好计划中的每一个细节。
  例3、我们继续考察例2
  x2+y2+z2+2xy+2xz+2yz=1
  而2xy≤x2+y2,2xz≤x2+z2,2yz≤y2+z2,∵x2+y2+z2+2xy+2xz+2yz≤3(x2+y2+z2)即3(x2+y2+z2)≥1∴x2+y2+z2≥13
  这样就实现了我们的求解计划。
  第四阶段:回顾、反思。这一阶段是我们最缺乏的,即使是相当好的学生,当他得到问题的解答,并且干净利落的写下结论后,通常就会合上书本,找点别的事来干。对于这一阶段,很多做题者都容易忽略,其实通过回顾能完成的解答,可巩固基础知识和发展解题思维。
  例4、再考察例1
  仔细观察例1,易知本例所证不等式取等号的条件是x=y=z=13,此时x2=y2=z2=132。活用二元均值不等式的关键在于创设条件,进行检查的分拆和配凑,于是有如下证法:
  证明:∵13=132+132+132
  ∴ x2 + y2 + z2 =(x2+132)+ (y2+132)+(z2+132)-13≥2×13x+2 ×13y+2×13z-13= 23(x+y+z)-13= 23- 13= 13
  故x2+ y2+ z2≥ 13
  此外,还可采用增量换元法:∵x+ y+z = 1
  ∴可设x =13+t1,y =13+t2,z = 13+t3
  则有t1 +t2+t3= 0∴x2+y2+z2
  =(13+t1)2+(13+t2)2+(13+t3)2
  = 13+23(t1+t2+t3)+(t12+t22+t32)
  = 13+(t12+t22+t32)
  而t12+t22+t32≥0∴x2+y2+z 2= 13+(t12+t22+t32)≥ 13即x2+y2+z2 ≥13
  通过对例1的回顾,我们得出了几种不同的证明方法,并且还可进一步对例1从多个角度去探索、研究,对题目进行引申和发展。
  例如:1、从指数方向推广,题目可作如下变形: (1)若x>0,y>0,z>0,且x+y+z=1,求证:x3+y3+z3≥19(2)若x,y,z∈R且x+y+z=1,求证:x4+y4+z4≥122、从项数方向推广:(1)若a,b,c,d∈R,且a+b+c+d=1,求证:a2+b2+c2+d2 ≥ 14(2)若ai∈R(i=1,2,…,n),且a1+a2+…+an = 1,
  求证:a12+a22+…+an2≥ 1n,3、从指数和项数两方面进行推广:若a,b,c,d>0,且a+b+c+d=1,求证:a3+b3+c3+d3≥ 116
  由此可见,第四阶段的作用是很大的,通过对题目的回顾反思,让我们养成探究性学习的好习惯,注意发散思维和聚敛思维的训练,学以致用,脱离题海。
  下面我们再举例说明一下,上述四个阶段在解题中的应用。
  例5,中央电视台创办“城市之间”栏目以增进各国交流,本期有伦敦、上海等10个不同国家的城市报名参赛,需将10个城市分成两组,每组5个城市,且每组前两名晋级总决赛,求伦敦、上海分在同一组的概率.
  分析:
  第一阶段:弄清问题。1、已知条件:10个队平均分成2组进行比赛;2、待求结论:伦敦、上海分在同一组的概率;
  第二阶段:拟定计划。先用排列组合知识求出10支队伍平均分成两组的分法及伦敦、上海分在同一组的分法,再利用等可能性事件概率公式求解。
  第三阶段:实现计划。解:将10支队伍平均分成两组的分法有:C105•C552!=126种,伦敦、上海分在同一组的分法有C83= 56种,故伦敦、上海分在同一组的概率为P = 56126= 49
  第四阶段:回顾、反思。对于分组问题,不同理解,就有不同的分法,因而也就有不同解法。上面的解法是平均分组,因而这两个组是没有顺序的,下面我们来看有序分法所求出的结果。
  法二:若将两组看作有顺序,不妨设为A、B两组,则10个队分成A、B两组共有C105•C55=252种分法,而伦敦、上海分在A组的方法有C83=56种,分在B组的分法有C83= 56种于是伦敦、上海分在同一组的概率:
  P=2C83C105•C55=49
  可见,用有序分组和无序分组求出的结果完全相同,说明只要抓住实质,不论任何方法都能解决问题。下面我们还有其它方法。
  法三:设有编号为1, 2, 3, … ,10十根鉴,十支队各抽一根,抽到1—5号签的为A组,抽到6~10号签的为B组,显然抽签是等可能的,伦敦、上海两队在十支鉴中任意抽得两签有C102种方法,伦敦、上海两从1至5号签中抽得两签有C52种抽法,从6至10号签中抽得两签有C52种抽法,于是它们分在同一组的抽法共有2C52=20种,
  ∴所求概率P =2C52C102=49
  法四:10支队伍分成两组,每组5支,可视为5个空位,上海队先任选一组的一个位置,这组还剩4个空位,此时伦敦队可在余下9个位置中任选一个,但要与上海队同组就只能在上海队这一组剩余4个位置选一个,于是伦敦、上海队分在同一组的概率P =49
  上述几种解法各有千秋,由于对试验的具体解法不同,可取不同的等可能性事件集,解法四把分组问题巧妙转化为排座位问题,在观形象、简洁明快,抓住了问题的本质。
  解题主要有以上四个阶段,当然并不是解每一道题都必须恪守这四个阶段,但若能在解题中作好每一阶段的分析、探索,就必定能在解题方面有所作为,有所感悟!
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