解決某些數(shù)學問題時,往往不是以問題的某個組成部分為著眼點,而是有意識放大考查問題的角度,將要解決的問題看做一個整體,通過研究問題的整體形式、整體結(jié)構(gòu)或做整體處理以后,達到順利而又簡單地解決問題的目的,這就是整體思想.整體思想的主要表現(xiàn)形式有:觀察全局、整體代入、整體加減、整體聯(lián)想、整體補形,等等.它是一種重要的數(shù)學觀念,一些數(shù)學問題,若拘泥常規(guī),從局部入手,則舉止維艱;若整體考慮,則暢通無阻.同時它又能培養(yǎng)學生思維的靈活性、敏捷性.整體思想作為重要的數(shù)學思想之一,我們在解題過程中經(jīng)常使用,那么在數(shù)學解題中如何巧妙運用呢?下面我結(jié)合教學實踐來談一談.
一、觀察全局
觀察全局,就是從全局上對已知條件進行觀察分析,綜合考慮,從而得出解決問題的途徑.
例1.若實數(shù)x滿足y=2003+2004+2,則xy=?搖 ?搖.
分析:僅從局部來看,覺得這是一個二元方程,x、y不能解得.從全局來看,式子要有意義,實數(shù)x需滿足2x-3≥0,3-2x≥0,進一步得到x=,y=2,xy=3.
例2.已知x+2y=4k+12x+y=k+2,且0<x+y<3,則k的取值范圍是?搖 ?搖.
分析:本題如果直接解方程求出 x、y,再帶入0<x+y<3肯定比較麻煩,注意到條件中x+y是一個整體,因而我們只需求得x+y,通過整體的加減即可達到目的.
解:將方程組的兩邊分別相加,得:3(x+y)=5k+3,所以x+y=k+1,從而得0<k+1<3,解得-<k<.
二、整體代入
有些習題,如果孤立地利用條件,問題雖可以得到解決,但解題過程比較復雜;但如果把所有已知條件看做一個整體,直接或變形以后代入所求,問題就容易解決多了.
例3.已知+=3,求的值.
分析:根據(jù)條件顯然無法計算出x、y的值,只能考慮在所求的代數(shù)式中構(gòu)造出+的形式,再代入求解.
解:===
本題亦可將條件+=3變形得:x+y=3xy,而===.
例4.若a-2a=b-2b=1,且a≠b,則+=?搖 ?搖.
分析:本題若按常規(guī)解法,從已知條件中解出a、b的值,代入計算就太繁了.運用整體思想,則可考慮a、b是方程x-2x=1的兩個解.
由韋達定理可得:a+b=2,ab=-1,∴+===-6.
例5.關于x的一元二次方程x+(a-1)x+a-2=0有一根大于1,一根小于-1,求a的取值范圍.
分析:此題如果運用根的判別式和韋達定理,解答此題比較困難.整體考慮,把一元二次方程x+(a-1)x+a-2=0與二次函數(shù)y=x+(a-1)x+a-2聯(lián)系起來,利用二次函數(shù)的圖像來解題,則顯得很直觀,也較為容易.
解:由題意知,拋物線與x軸的交點坐標,一個交點在(-1,0)的左邊,另一個交點在(1,0)的右邊,拋物線開口向上,則可得:
當x=1時,y<0;當x=-1時,y<0,即
a+a-2<0a-a<0,∴-2<a<0.
說明:(1)因為當x=1,x=-1時,y<0,所以解題過程中不必再考慮△>0了.
(2)利用函數(shù)與圖像整體考查是解決涉及方程(不等式)有關根的問題有效方法之一,在數(shù)學教學中應當引起足夠的重視.
三、整體換元
整體換元就是通過研究新元性質(zhì)來解決問題,此法常用于分解因式及解方程.運用整體換元,可以把一個龐雜的式子轉(zhuǎn)化為一個條干清晰簡單易解的新式子.
例6.分解因式(x-3x+2)(x-3x-4)-72
分析:注意題目的形式特征,把某一部分(可設x-3x=y)看做一個整體,運用整體換元,把原方程化為形如x+px+q的二次三項式,進一步用十字相乘法,最后注意分解要徹底.如果把(x-3x+2)和(x-3x-4)相乘,就會得到一個四次多項式,這時再分解就困難了.
例7.解方程()-5()+6=0
分析:此題若將看成一個整體,對方程左邊分解因式,可較簡便地解出.
解:設=y,則原方程可化為y-5y+6=0,∴y=2,y=3,∴x=2,x=經(jīng)檢驗,∴x=2,x=是原方程的根.
說明(1)對于某些方程,如果項中含有相同部分(或部分相同)可把它看做一個整體,用整體換元進行代換,從而簡化方程及解題過程.
(2)利用整體換元,我們還可以解決形如+=這樣的方程,只要設=y,從而將方程變形為3y+=,再轉(zhuǎn)化為一元二次方程來求解.
四、局部補全
有些題設條件故意提供一個局部圖形,來混淆解題者的思維,但如果把局部圖形補全,通過對整體圖形的研究,正確的解題思路就能浮出水面.
例8.如圖,正方形ABCD的邊長為4,以BC為直徑的半圓O與以D為圓心、DA為半徑的圓弧相交于E,則CE的長為( )
A. B.5 C. D.
分析:把局部圖形補全,這實際上是一個兩圓相交求公共弦長的問題,連接連心線OD交CE于F,OD垂直平分CE,在Rt△OCD中,OC=2,CD=4,OD=2;則利用面積相等可得CF=,CE=.所以選C.
例9.已知:AO是△ABC的∠A的平分線,BD⊥AO的延長線于D,E是BC的中點,求證:DE=(AB-AC).
分析:觀察圖形,AO是∠A的平分線,BD⊥AO,易想到凹五邊形ABDOC是等腰△ABF的一部分,補形后,中點D顯露無遺,問題順利得到解決.
證明:延長BD、AC相交于F,∵AD平分∠BAF,AD⊥BF,∴△ABF是等腰三角形,且AB=AF,BD=DF.∵BE=EC,DE是△BCF的中位線.∴DE=CF=(AF-AC)=(AB-AC).
五、化整為零
化整為零,就是化部分為整體,避免分散計算處理,在很多幾何習題中,如果把所求部分進行單個計算,問題就無法獲解.只有把所求部分看做一個整體,進行合理轉(zhuǎn)化,才能得出答案.
例10.如圖,矩形ABCD中,AB=6,AD=8,P是BC上的一點,PE⊥BD于E,PF⊥AC于F,求PE+PF的長.
分析:由已知條件并不能求得PE、PF的長,我們把PE+PF的值看成一個整體.由題設條件可知:Rt△BPE∽Rt△BDC,∴=,Rt△CPF∽Rt△CAB,∴=,∴==,∴PE+PF=4.8.
例11.已知五個半徑為1的圓的位置如圖所示,各圓心的連線構(gòu)成一個五邊形,求陰影部分的面積.
分析:由于五邊形不具備特殊性,因此各個扇形的圓心角的度數(shù)均未知,從而不能分別求出各個扇形的面積,為此,要求陰影部分的面積就要將幾個陰影部分(五個扇形)整體考慮.注意到五邊形內(nèi)角和為720°,又因為各個扇形的半徑相等,所以陰影部分的面積為兩個半徑為1的圓的面積.
整體思想在數(shù)學解題中的應用,不僅僅局限于上述的幾種類型,還涉及其他的各種題型,只有通過不斷地挖掘、歸納、提煉,才能更好地把握整體思想的本質(zhì)和規(guī)律,從而使問題迎刃而解.用整體思想解題不僅解題過程簡潔明快,而且富有創(chuàng)造性.有了整體思想的意識,在思考問題時,能使復雜問題簡單化,提高解題速度,優(yōu)化解題過程.同時,強化整體思想觀念,靈活選擇恰當?shù)恼w思想方法,常常能幫助我們走出困境,走向成功.