(吉林省松原市實驗高級中學(xué) 吉林 138000)
數(shù)學(xué)思想方法是科學(xué)思想、科學(xué)方法的一個重要組成部分?;瘹w思維,是一種重要的數(shù)學(xué)思想方法,化歸思想即把未知問題轉(zhuǎn)化為已知問題、把陌生問題轉(zhuǎn)化為熟悉問題、把繁雜問題轉(zhuǎn)化為簡單問題,化歸思想是解決數(shù)學(xué)問題的常用方法之一[1]。在數(shù)學(xué)解題中轉(zhuǎn)化思維的運用極其重要,數(shù)學(xué)的問題總離不開轉(zhuǎn)化, 化歸思想在早期解決數(shù)學(xué)問題中就有很廣泛的應(yīng)用,如納皮爾的對數(shù)法、笛卡爾的萬能方法、著名的哥尼斯堡七橋問題等等[2]?;瘹w的實質(zhì)就是以運動變化發(fā)展的觀點,以及事物之間相互聯(lián)系,互相制約的觀點看待問題,善于對所要解決的問題進行變換轉(zhuǎn)化,使問題得以解決。我將高中數(shù)學(xué)問題所應(yīng)用到的化歸方法進行歸納總結(jié),以便大家可以更直觀更具體的解決數(shù)學(xué)問題,這是我所要研究的重點。本文通過對化歸思想的研究和總結(jié),使大家更好的掌握這種解題方法。
化歸思想的實質(zhì)是揭示聯(lián)系、實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。以下將從二個方面來展示在代數(shù)問題中所應(yīng)用的轉(zhuǎn)化思想。
范例1.40顆棋子放在6×8=48個方格中(每格只能放一個棋子),要求各行各列的棋子數(shù)均為偶數(shù)。試問這樣的放法是否可能?[3]
解析:由于每行每列方格數(shù)均為偶數(shù),則問題等價于使每行每列空格數(shù)均為偶數(shù)是否可能,這顯然可以辦到。如令左上角2×4=8個方格空著即可。
范例2.兩人輪流在一張圓桌上擺放大小相同的硬幣,每次只能擺放一個,不能重疊,在桌上放下最后一枚硬幣者為游戲的勝利者。試問是先放者取勝,還是后放者取勝?[4]
解析:我們先考慮極端情況。假設(shè)硬幣恰與圓桌一樣大小,則先擺必勝。這是因為只要把硬幣擺在桌子中心即可。從極端情形中我們可以獲得啟示;擺的人可以把第一枚硬幣占據(jù)桌子中心,由于桌面為中心對稱,以后不論對方把硬幣放至何處,先擺的人總可以把硬幣擺在與其成中心對稱的位置,故必先擺者取勝。
該例題直接考慮顯得比較困難,但是通過把問題極端化,通過對極端位置或狀態(tài)下問題特性的考察,從而把問題化為比較容易的解決方法,從中引出一般位置或狀態(tài)下的性質(zhì),從而獲得解決問題的思路。
法國著名數(shù)學(xué)家笛卡兒在研究思維原則時曾提出過一個期望,即所謂的能用以解決各種問題的“萬能方法”:
第一,把一切問題化歸為數(shù)學(xué)問題;
第二,把一切數(shù)學(xué)問題化歸為代數(shù)問題;
第三,把一切代數(shù)問題化歸為方程式的求解[5]。
由于與方程式、1式、2式的定義域相同(均為不等于2kπ的所有實數(shù)),故此化歸為等價化歸,即是方程的解。
化歸由繁到簡目標(biāo)原則是指化歸應(yīng)朝著目標(biāo)簡單化的方向進行,即復(fù)雜的待解決的應(yīng)向簡單的較易解決的問題化歸。這里的簡單不僅是指問題結(jié)構(gòu)形式上的簡單,而且還指問題處理方式、方法上的簡單。
解析:如所知,求圓內(nèi)接三角形面積之最大值是很容易解決的。對于本例而言,我們就可運用壓縮變換的方法把橢圓轉(zhuǎn)化為圓。用過圓內(nèi)接三角形面積的最大值去研究橢圓內(nèi)接三角形面積的最大值,
(正三角形),由于在壓縮過程中橢圓各點的縱坐標(biāo)沒有變化,因而其內(nèi)接三角形面積的之高不會變動,只有三角形之底邊長變短了,如此,橢圓內(nèi)接三角形面積的最大值是。
博利亞曾經(jīng)強調(diào)指出:“中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的首要任務(wù)就是加強解題訓(xùn)練”。然而,他所大力提倡的“解題”完全不同于“題海戰(zhàn)術(shù)”。他主張,與其窮于應(yīng)付繁瑣的教學(xué)內(nèi)容和過量的題目,還不如選擇一道有意義但又不太復(fù)雜的題目,去幫助學(xué)生深入挖掘題目的各個側(cè)面,使學(xué)生通過這道題目,就如同通過一道大門而進入嶄新的天地。他認為解題應(yīng)作為培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)才能和教會他們思考的一種手段和途徑,由此可見,加強解題教學(xué),不是搞題型訓(xùn)練,更不是搞題海戰(zhàn)術(shù)。他的準(zhǔn)確含義是通過解題和反思活動,在解題基礎(chǔ)上總結(jié)和歸納解題的方法,并提煉上升到思想的高度。同時,通過解題活動,充分發(fā)揮數(shù)學(xué)思想方法對發(fā)現(xiàn)解題途徑的定向、聯(lián)想和轉(zhuǎn)化功能,突出數(shù)學(xué)思想方法對解題的指導(dǎo)作用。
通過解題研究,我們可以充分意識到化歸思維在解題中的意義。在解題過程中,我們總是將問題由未知向已知轉(zhuǎn)化、由難到易、由繁到簡轉(zhuǎn)化,使問題轉(zhuǎn)化為我們已經(jīng)解決了或者容易解決的問題。