數(shù)學思想是數(shù)學的靈魂,是數(shù)學思維的有力支撐,是把知識轉化為能力的重要橋梁,《普通高中數(shù)學課程標準(實驗)》指出:高中數(shù)學課程應注重提高學生的數(shù)學思維能力,這是數(shù)學教育的基本目標之一。數(shù)學教學要運用多種教學方法和手段,引導學生積極主動地學習,掌握數(shù)學的基礎知識和基本技能以及它們所體現(xiàn)的數(shù)學思想方法。
高中數(shù)學學習的常見形態(tài)是解題,其目的不僅在于鞏固與掌握知識,更重要的是通過鍛煉思維,提高學生的數(shù)學能力,在解題中滲透數(shù)學思想,把數(shù)學思想有機地運用到解題中,是數(shù)學教師立足學科特點、踐行新課程理念的有效途徑。為此,筆者選擇了高中階段常見的三大數(shù)學思想,結合實例探討其在解題中的運用和體現(xiàn)。
一、轉化思想和運用原則
轉化思想是一種研究對象在一定條件下轉化為另一種研究對象的數(shù)學思想方法,轉化通??梢栽凇暗取迸c“不等”、“正”與“反”、“特殊”與“一般”、“整體”與“局部”、“高維”與“低維”等之間進行,運用轉化思想的原則是:(1)從“未知”向“已知”轉化,把陌生的問題轉化為熟悉的問題;(2)“復雜”向“簡單”轉化,借助邏輯推演形成明晰的條理關系;(3)“一般”與“特殊”或“由此及彼”的轉化,這鮮明地體現(xiàn)在新課程教科書的《推理與證明》一章中;(4)盡量是等價轉化。
例1 如圖,在正三棱柱ABC—A1B1C1中,AB=3,AA1=4,M為AA1的中點,P是BC上一點,且由P沿棱柱側面經過棱CC1到M的最短路線長為,設這條最短路線與CC1的交點為N,求PC和NC的長。
【解析】 要求P沿棱柱側面經過棱CC1到M的最短路線,應該把側面A1C和側面B1C放到同一個平面中解決。如圖,將側面BB1C1C繞棱CC1旋轉120°使其與側面AA1C1C在同一平面上,點P運動到點P1的位置,連接MP1,則MP1就是由點P沿棱柱側面經過棱CC1到點M的最短路線。設PC=x,則P1C=x,在Rt△MAP1中,由勾股定理得(3+x)2+22=29,求得x=2,故PC=2,NC=。這樣通過把空間問題轉化為平面問題,使問題的難度大大降低。
二、數(shù)形結合思想和體現(xiàn)方式
通過數(shù)形結合,一方面可使圖形性質通過數(shù)量計算準確地表示出來,這就是“以數(shù)助形”;另一方面可使抽象的數(shù)量關系,通過圖形形象直觀地表現(xiàn)出來,這就是“以形助數(shù)”。解題的通常表現(xiàn)為:(1)“形”中覓“數(shù)”:根據(jù)形的直觀性來尋找數(shù)量關系,將幾何問題代數(shù)化;(2)“數(shù)”中構“形”:根據(jù)代數(shù)問題具有的幾何特征,進而發(fā)現(xiàn)數(shù)與形之間的關系,從而使代數(shù)問題幾何化。
例2 若方程=x-m有兩個不等的根,則實數(shù)m的取值范圍是。
【解析】 由題意知直線y=x-m與曲線y=有兩個不同的交點(如左圖),y=x-m表示傾斜角為45°、縱截距為-m的直線,而y則表示以(0,0)為圓心,以1為半徑的圓在x軸上方的部分(包括圓與x軸的交點),顯然,欲使直線與半圓有兩個不同交點,只需直線的縱截距-m∈[1,),即m∈(-,-1]。
三、分類討論思想和實施策略
分類思想經常出現(xiàn)在歷年高考的壓軸題中,新課程高考卷也不例外。它是根據(jù)數(shù)學本質屬性的相同點和不同點,將數(shù)學對象區(qū)分為不同種類的一種數(shù)學思想,實施分類討論的主要策略是:(1)對所討論的全域分類要“既不重復,也不遺漏”;(2)在同一次討論中只能按所確定的一個標準進行;(3)對多級討論,應逐級進行,不能越級,解題時若能注意分類討論的思想,則可以使問題的分析和處理顯得思想清晰、靈活簡便,通過化整為零,將之逐個擊破,從而順利解決問題。
例3 解關于x的不等式:ax2-(a+1)x+1<0。
【解析】首先要對二次項系數(shù)a是否為0分類;對于a≠0的情形,又需再次分a>0或a<0討論,因為這兩種情形下,不等式解集形式是不同的,之后將會遇到1與誰大誰小的問題,因而又需做一次分類討論。故此題需作三級分類。
1. 當a=0時,原不等式化為-x+1<0,所以x>1。
2. 當a≠0時,原不等式化為a(x-1)(x-)<0。
(1)若a<0時,原不等式化為(x-1)(x-)>0,因為<0,所以<1,所以不等式的解為x<或x>1。
(2)若a>0時,原不等式化為(x-1)(x-)<0。
①當a>1時,1,不等式解為x<1;
②當a=1時,=1,不等式解為x∈?椎;
③01,不等式解為1 綜上所述,得原不等式的解集為: 當a<1時,解集為{x|x<或x>1}; 當a=0時,解集為{x|x>1};