摘 要:分別從函數(shù)、不等式、幾何、方程、排列組合、概率的方面說明了轉(zhuǎn)化思想在高中數(shù)學(xué)中廣泛存在,并闡述了轉(zhuǎn)換的類別與方法,以及轉(zhuǎn)化的多樣性、靈活性、重要性,以引導(dǎo)學(xué)生在解題中逐步應(yīng)用轉(zhuǎn)化思想。
關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)化思想;高中數(shù)學(xué);類別;靈活;有效
所謂轉(zhuǎn)化,就是把待解決或未解決的一些數(shù)學(xué)問題,通過某種轉(zhuǎn)化過程歸結(jié)到一類已經(jīng)能解決或者比較容易解決的問題中去,這在高中數(shù)學(xué)中屢屢可見。以下就從幾個不同的類型分別去說明:
一、在立體幾何中
證明線面垂直,可轉(zhuǎn)化為證線線垂直,證明線線垂直可轉(zhuǎn)化為證線面垂直,證明面面垂直可轉(zhuǎn)化為證線面垂直,求點到平面的距離,線到平面的距離可轉(zhuǎn)化為求線面距離。
例1.已知:正方體ABCD—A1B1C1D1中,E、F、G分別是棱AB,BC,BB1上的點,且BE=BF=BG求證:BD1⊥平面EFG。
分析:在正方體中易得EF∥AC,而AC⊥BD1,則BD1⊥EF,同理BD1⊥EG,要證BD1⊥EF,BD1⊥EG,可轉(zhuǎn)化為證BD1⊥AC,BD1⊥AB1。
例2.已知:棱長為1的正方體ABCD—A1B1C1D1求:棱B1C1與對角線BD1間的距離。
分析:欲求B1C1與BD1間的距離,要求公垂線段不易,可轉(zhuǎn)化為B1C1與BD1所在平面平行,然后利用線面之間的距離的求法,可求出B1C1與BD1間的距離。
例3.如圖:已知:正方形ABCD的邊長為4,CG⊥平面ABCD,CG=2,EF分別點AB,AD中點,求點B到平面GEF的距離。
分析:如果直接找點B到平面GEF的距離不好找,連結(jié)BD,∵BD∥EF∴可轉(zhuǎn)化為求BD到平面GEF的距離,問題就簡單化了。
二、在解析幾何中
例1.已知:a+b=3,求■的最小值
分析:∵■=■
∴可轉(zhuǎn)化為(-5,2)與x+y=3直線上各點連線的最值問題,顯而易見,垂線段最短。
例2.若實數(shù)x,y滿足x2+y2=1,求■的最小值。
分析:如果直接找最小值,不容易,可聯(lián)想k=■可轉(zhuǎn)化為(1,2)與圓上的各點連線的斜率的最值問題:顯然,kPA=■。
三、在不等式中
當(dāng)然,幾何證明題和不等式證明可以利用等價轉(zhuǎn)化去證明,這樣的例子不勝枚舉。
例1.求證:■+■>■(a>b>0)
分析:當(dāng)然可以利用分析法,但是可轉(zhuǎn)化為幾何問題,利用兩邊之和大于第三邊。
例2.a,b,c∈[0,1],求證:a+b+c-ab-bc-ca-1≤0
分析:可轉(zhuǎn)化為函數(shù)f(a)=(1-b-c)a+b+c-bc-1
∵f(0)=b+c-bc-1=(1-c)(b-1)≤0
f(1)=1-b-c+b+c-bc-1=-bc≤0
又∵a∈[0,1]∴可利用一次函數(shù)圖像的關(guān)系,命題得證。
四、在函數(shù)中
例1.求函數(shù)y=■+■(a>0,b≥0)在(0,1)上的極小值。
分析:當(dāng)然,可以求導(dǎo),但抓住x+1-x=1,可化歸為sin2α+cos2α,令x=sin2α,1-x=cos2α,問題就解決了。
即:y=a2csc2α+b2sec2α=a2+b2+a2cot2α+b2tan2α≥(a+b)2
例2.方程:3x+x-3=0與方程:log3x=3-x所有根之和為多少?
分析:此題可把方程轉(zhuǎn)化為y1=3x,y2=yx3,y3=3-x值相等的問題:
∴3-x2=x1,∴所有根之和為3.
例3.試判斷函數(shù)f(x)=ln(■+x)的單調(diào)性.
分析:由題設(shè)知:函數(shù)的定義域為R,可知f(x)為奇函數(shù),此題可轉(zhuǎn)化為證f(x)在[0,+∞)上單調(diào)性的問題。
五、在排列組合中
例.4個不同的紅球和6個不同的白球放入袋中,現(xiàn)從袋中取出4個球:
1.若取出的紅球的個數(shù)不少于白球的個數(shù),則有多少種不同的取法?
2.取出一個紅球記2分,取出一個白球記1分,若取出4個球的總分不低于5分,則有多種不同的取法?
分析:抓住取出4個球,可轉(zhuǎn)化為(1+x)4(1+x)6=(1+x)10中兩邊x4的系數(shù)相等:
C04C46+C14C36+C24C26+C34C16+C44=C410
運用此值等式解決1和2就容易了。
1當(dāng)然是C24C26+C34C16+C44或C410-C46-C14C36
2當(dāng)然是C410-C46或C14C36+C24C26+C34C16+C44
六、在概率中
例1.十層樓中的電梯從底層到頂層停不少于三次的概率是多少?停幾次的概率最大?
分析:電梯在每一層的結(jié)果只有兩種,“?!被蛘摺安煌!?,且各層之間相互獨立,所以屬于貝努利型概率。停幾次概率最大問題可以轉(zhuǎn)化成二項式■+1-■■的展開式中求最大項的問題來解決。
解:二項式■+1-■■的同項為:C r9■■■■=C r9■■,即為停r次的概率,顯然,當(dāng)r=4或者5時,C r9■■最大,所以停4次或停5次的概率最大。
例2.某地對空導(dǎo)彈的擊中目標(biāo)的概率是90%,至少以多少枚這樣的導(dǎo)彈同時發(fā)射才能擊中目標(biāo)的概率超過99%?
解:設(shè)同時發(fā)射n(n∈N*)枚導(dǎo)彈,由題意知:有1枚擊中、有2枚擊中、有3枚擊中、……有n枚擊中都符合要求。正面考慮較困難,因此采用“正難則反”的轉(zhuǎn)化思想。
由于n枚都擊不中的概率為0.1n,所以至少有一枚擊中的概率為1-0.1n,若使1-0.1n 99%,即0.1n<0.01■n>2,所以至少需3枚導(dǎo)彈同時發(fā)射才能使擊中目標(biāo)的概率超過99%。
從以上可以看出:轉(zhuǎn)化的思想方法是把未知問題轉(zhuǎn)化為已知問題,把復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為簡單問題,把非常規(guī)問題轉(zhuǎn)化為常規(guī)問題,從而使很多問題獲得解決的思想,那么掌握了轉(zhuǎn)化的思想和以上的種類,轉(zhuǎn)化思想是否學(xué)好了?不!因為轉(zhuǎn)化具有靈活性、多樣性,對于一個數(shù)學(xué)問題來說,我們可以說是一個數(shù)學(xué)系統(tǒng)或數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),組成其元素之間的相互依存和相互聯(lián)系的形式是可變的,但其形式并非唯一,而是多種多樣,所以用轉(zhuǎn)化的方法去解決有關(guān)數(shù)學(xué)問題時,就沒有一個統(tǒng)一模式去遵循,在此正需要我們依據(jù)問題本身提供的信息,利用所謂的動態(tài)思維,去尋求有利于解決此問題的轉(zhuǎn)化方法。
因此轉(zhuǎn)化思想是一種重要的數(shù)學(xué)思想方法,在近幾年高考試題中都出現(xiàn),我們在教學(xué)中必須重視,逐步讓學(xué)生掌握這一思想方法。
參考文獻(xiàn):
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(作者單位 廣西壯族自治區(qū)岑溪市歸義中學(xué))
編輯 趙飛飛