摘要:從圍棋術(shù)語的“本手、妙手、俗手”展開并切入,合理應(yīng)用到數(shù)學(xué)教學(xué)與解題研究過程中去,結(jié)合一道模擬題的實例解析,闡述數(shù)學(xué)解題“本手”與“妙手”的基本策略技巧,從數(shù)學(xué)本質(zhì)、數(shù)學(xué)思維等不同層面進行拓展與深化,指導(dǎo)解題研究與復(fù)習(xí)備考.
關(guān)鍵詞:本手;妙手;最小值;基本不等式
2022年全國高考語文新高考I卷的作文題圍繞“本手、妙手、俗手”這三個圍棋術(shù)語來切入與展開,極具創(chuàng)新性與應(yīng)用性.其中,本手是指合乎棋理的正規(guī)下法;妙手是指出人意料的精妙下法;俗手是指貌似合理,而從全局看通常會受損的下法[1.
在數(shù)學(xué)教學(xué)與解題研究過程中,“本手、妙手、俗手”這三個圍棋術(shù)語也有其很深的數(shù)學(xué)內(nèi)涵與創(chuàng)新應(yīng)用.數(shù)學(xué)學(xué)科中,特別關(guān)注“本手”,“本手”就是筑基,倡導(dǎo)筑牢數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識,構(gòu)建數(shù)學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)體系,綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識與思想方法等;建議優(yōu)化“妙手”,“妙手”就是生花,推進優(yōu)化數(shù)學(xué)解題過程,提升數(shù)學(xué)思維與解題效益,探究拓展問題的巧技妙法等.
1 問題呈現(xiàn)
問題(江西省五市九校協(xié)作體2023屆高三第一次聯(lián)考數(shù)學(xué)試卷·16)已知a,b,c是正實數(shù),且b+c=6,則ac2+2abc+8a+1的最小值為.
2 問題剖析
此題以三個正實數(shù)中的兩個變元定和為背景來創(chuàng)設(shè),合理構(gòu)建三個變元所對應(yīng)的代數(shù)式的最值,問題的突破技巧就是利用題設(shè)中“兩個變元定和”,并結(jié)合代數(shù)式的結(jié)構(gòu)特征加以合理的消元處理,綜合不等式的基本性質(zhì)及其應(yīng)用,實現(xiàn)代數(shù)式的最值的求解.
問題的實質(zhì)并不復(fù)雜,其實就是兩個基本不等式拼湊復(fù)合而成的,其中一個不等式是“c2+2bc≥2”,另一個不等式是“2a+8a+1≥6”,通過這兩個不等式的確定與判斷來達(dá)到目的.破解問題的關(guān)鍵在于利用條件“b+c=6”確定“c2+2bc≥2”這一不等式,也是創(chuàng)新與應(yīng)用的重要一環(huán).
我們嘗試從“本手”與“妙手”這兩個不同的層面、視角等來分析與處理該問題,抓住數(shù)學(xué)問題的關(guān)鍵,合理闡述問題的內(nèi)涵與實質(zhì)、數(shù)學(xué)解題的本質(zhì)與應(yīng)用,以及解題技巧與應(yīng)試策略等.
3 “本手”筑基
對于數(shù)學(xué)教學(xué)與解題研究,“本手”是基礎(chǔ),筑牢基礎(chǔ),理解并掌握對應(yīng)數(shù)學(xué)解題的“通技通法”是根本.要好好從“本手”切入,落實“本手”,掌握數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識與基本思想方法等.
解法1:兩次基本不等式法1.
根據(jù)題意,得ac2+2abc+8a+1=acb+2abc+8a+1=acb+2bc+8a+1.
結(jié)合b+c=6,利用基本不等式,可得cb+2bc=cb+2b+c62bc=cb+(b+c)23bc=4c3b+b3c+23≥24c3b×b3c+23=2×23+23=2,當(dāng)且僅當(dāng)4c3b=b3c,即b=2[KF(6[KF)3,c=[KF(6[KF)3時,等號成立.
再次利用基本不等式,可以得到acb+2bc+8a+1≥2a+8a+1=2(a+1)+8a+1-2≥22(a+1)×8a+1-2=2×4-2=6,當(dāng)且僅當(dāng)2(a+1)=8a+1,即a=1時,等號成立.
所以ac2+2abc+8a+1的最小值為6,此時a=1,b=263,c=[KF(6[KF)3.
故填答案:6.
解后反思:根據(jù)題設(shè)中“兩個變元定和”,通過代數(shù)式的恒等變形與轉(zhuǎn)化,先利用基本不等式進行合理消元處理,再進一步結(jié)合代數(shù)式的配湊并第二次利用基本不等式來放縮,最終確定對應(yīng)代數(shù)式的最值.這里最關(guān)鍵的是“常值代換”處理,也是解決此類問題中最常用的“通技通法”.
4 “妙手”生花
對于數(shù)學(xué)教學(xué)與解題研究,“妙手”是創(chuàng)新,發(fā)散思維,落實并提升對應(yīng)數(shù)學(xué)解題的“巧技妙法”是應(yīng)用.要合理從“妙手”著力,推進“妙手”,優(yōu)化與提升解題能力,培養(yǎng)創(chuàng)新思維等.
以上問題中,破解的關(guān)鍵就是結(jié)合題設(shè)條件,通過所求代數(shù)式的恒等變形與轉(zhuǎn)化進行合理的消元處理.而其中消元是問題破解的關(guān)鍵,也是數(shù)學(xué)思維方法的著力點,可以從不同思維方式來切入與應(yīng)用.
解法2:兩次基本不等式法2.
結(jié)合b+c=6,可得2=13×(6)2=13(b+c)2.
利用基本不等式,可得ac2+2abc=a(c2+2)bc=a[JB([c2+13(b+c)2[JB)]bc=a3bc(4c2+b2+2bc)≥a(4bc+2bc)3bc=2a,當(dāng)且僅當(dāng)4c2=b2,即b=2c,亦即b=2[KF(6[KF)3,c=[KF(6[KF)3時,等號成立.
再次利用基本不等式,可得ac2+2abc+8a+1≥2a+8a+1=2(a+1)+8a+1-2≥22(a+1)×8a+1-2=2×4-2=6,當(dāng)且僅當(dāng)2(a+1)=8a+1,即a=1時,等號成立.
所以ac2+2abc+8a+1的最小值為6,此時a=1,b=263,c=[KF(6[KF)3.
故填答案:6.
解后反思:利用基本不等式中的“常值代換”處理時,不同的配湊法對應(yīng)不同的不等式應(yīng)用,只要保證利用基本不等式時所對應(yīng)的等號成立,均可以達(dá)到放縮與求解的目的.不同的視角與思維的切入,可以利用不同的不等式來合理放縮與應(yīng)用,關(guān)鍵就是思維的發(fā)散性,以及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識的理解與掌握等.
解法3:兩次基本不等式法3.
結(jié)合b+c=6,可得b=6-c.
利用基本不等式,可得3c2+2≥26c,當(dāng)且僅當(dāng)3c2=2,即c=63時,等號成立.
所以c2+2≥26c-2c2=2c(6-c)=2bc,于是可得
ac2+2abc=a(c2+2)bc≥2a,以下過程同解法2.
所以ac2+2abc+8a+1的最小值為6,此時a=1,b=263,c=[KF(6[KF)3.
故填答案:6.
解后反思:根據(jù)題設(shè)中“兩個變元定和”,合理轉(zhuǎn)化,結(jié)合基本不等式的應(yīng)用以及代數(shù)式的恒等變形,同樣達(dá)到消元的目的,也為進一步的放縮處理提供條件.合理的配湊并借助基本不等式的應(yīng)用,是解決問題的關(guān)鍵所在,同時代數(shù)式取得最值時等號成立的條件不能忽視.
解法4:判別式+基本不等式法.
結(jié)合b+c=6,可得b=6-cgt;0.
令c2+2bc=c2+2(6-c)c=tgt;0,整理可得
(1+t)c2-6tc+2=0.
由于cgt;0,則以上關(guān)于c的二次方程必有正實數(shù)根,因此
判別式Δ=(-6t)2-8(1+t)=6t2-8t-8≥0,解得t≥2或t≤-23(舍去).
所以ac2+2abc=a(c2+2)bc≥2a,以下過程同解法2.
所以ac2+2abc+8a+1的最小值為6,此時a=1,b=263,c=[KF(6[KF)3.
故填答案:6.
解后反思:根據(jù)題設(shè)中“兩個變元定和”,合理進行整體換元處理,結(jié)合參數(shù)的引入以及二次方程的構(gòu)建,利用對應(yīng)的二次方程有實根構(gòu)建相應(yīng)的不等式,借助不等式的求解來達(dá)到消元的目的.條條道路通羅馬,其主要目的就是合理消元,為進一步利用基本不等式確定最值奠定基礎(chǔ).
其實,在確定c2+2bc≥2時,除以上相關(guān)的“巧技妙法”外,也可以通過函數(shù)的構(gòu)建并利用導(dǎo)數(shù)法進行處理,還可以通過等差中項的引入并利用判別式法進行處理等,都可以達(dá)到解決問題的目的,這里不再加以展開與應(yīng)用.
5 教學(xué)啟示
在新教材(人民教育出版社2019年國家教材委員會專家委員會審核通過)、新課程(《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂》)、新高考的“三新”背景下,高考試題更加注重思維品質(zhì)、關(guān)鍵能力以及核心素養(yǎng)等方面的考查,更加關(guān)注數(shù)學(xué)中的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新應(yīng)用,數(shù)學(xué)的魅力不僅僅在于不斷的“變化”,有“變”才能“活”,有“活”才能創(chuàng)新,凸顯教師與學(xué)生對新高考考試方向與命題思路的適應(yīng)程度,反映教考銜接環(huán)節(jié)之間的匹配度[2.
數(shù)學(xué)教學(xué)不僅要解決數(shù)學(xué)問題,還要注重數(shù)學(xué)問題的探究、變式與拓展等,引導(dǎo)學(xué)生積極探索“一題多解”“一題多變”“一題多用”等,真正合理下穩(wěn)“本手”,科學(xué)實施“妙手”.這樣既能鞏固數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識,開拓數(shù)學(xué)解題思路,又提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題等方面的能力,同時達(dá)到了舉一反三、觸類旁通的目的.
參考文獻(xiàn):
[1]孔令磊.以2022年高考Ⅰ卷第21題的探究為例談數(shù)學(xué)解題的本手、妙手與俗手[J.數(shù)學(xué)通訊,2022(15):5457.
[2]中華人民共和國教育部.普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[S.北京:人民教育出版社,2017.