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數學解題方法

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解題之同一法

數學解題方法

互逆的兩個命題未必等效.但是,當一個命題條件和結論都唯一存在,它們所指的概念是同一概念時,這個命題和它的逆命題等效.這個道理通常稱為同一原理.

對於符合同一原理的命題,當直接證明有困難時,可以改證和它等效的逆命題,只要它的逆命題正確,這個命題就成立.這種證明方法叫做同一法.

同一法常用於證明符合同一原理的幾何命題.應用同一法解題,一般包括下面幾個步驟:

第一步:作出符合命題結論的圖形.

第二步:證明所作圖形符合已知條件.

第三步:根據唯一性,確定所作的圖形與已知圖形重合.

第四步:斷定原命題的真實性.

解題之數學模型法

例(哥尼斯堡七橋問題)18世紀東普魯士哥尼斯堡有條普萊格河,這條河有兩個支流,在城中心匯合後流入波羅的海.市內辦有七座各具特色的大橋,連線島區和兩岸.每到傍晚或節假日,許多居民來這裡散步,觀賞美麗的風光.年長日久,有人提出這樣的問題:能否從某地出發,經過每一座橋一次且僅一次,然後返回出發地?

數學模型法,是指把所考察的實際問題,進行數學抽象,構造相應的數學模型,通過對數學模型的研究,使實際問題得以解決的一種數學方法.

利用數學模型法解答實際問題(包括數學應用題),一般要做好三方面的工作:

(1)建模.

根據實際問題的特點,建立恰當的數學模型.從總體上說,建模的基本手段,是數學抽象方法.建模的具體過程,大體包括以下幾個步驟:

1、考察實際問題的基本情形.分析問題所及的量的關係,弄清哪些是常量,哪些是變數,哪些是已知量,哪些是未知量;瞭解其物件與關係結構的本質屬性,確定問題所及的具體系統.

2、分析系統的矛盾關係.從實際問題的特定關係和具體要求出發,根據有關學科理論,抓住主要矛盾,考察主要因素和量的關係.

3、進行數學抽象.對事物物件及諸物件間的關係進行抽象,並用有關的數學概念、符號和表示式去刻畫事物物件及其關係.如果現有的數學工具不夠用,可以根據實際情況,建立新的數學概念和數學方法去表現數學模型.

(2)推理、演算.

在所得到的數學模型上,進行邏輯推理或數學演算,求出相應的數學結果.

(3)評價、解釋.

對求得的數學結果進行深入討論,作出評價和解釋,返回到原來的實際問題中去,形成最終的解答.

例1:把一根直徑為的圓木,加工成橫截面為矩形的柱子,問何鋸法可使廢棄的木料最少?

例2:有一隧道處於交通擁擠、事故易發地段,為了保證安全,交通部門規定,隧道內的車距d正比於車速v(千米/時)的平方與車身長(米)的積,且車距不得小於半個車身長.假定車身長為l(米),當車速為60(千米/時)時,車距為1.44個車身長,在交通繁忙時,應規定臬的車速成,可使隧道的車流量最大?

例3、(1998年保送生綜合試題)漁場中魚群的最大養殖為m噸.為保證魚群生長空間,實際養殖量不能達到最大養殖量,必須留出適當的空閒量.已知魚群的年增長量y噸和實際養殖量x噸與空閒的乘積成正比,比例係數為K(K>0),寫出y關於x的函式關係式,並指出這個函式的定義域.求魚群年增長量的最大值.

解題之數形結合法

數形結合,是研究數學的一個基本觀點,對於溝通代數、三角與幾何的內在聯絡,具有重要的指導意義.理解並掌握數形結合法,有助於增強人們的`數學素養,提高分析問題和解決問題的能力.

數和形這兩個基本概念,是數學的兩塊基石.數學就是圍繞這兩個概念發展起來的.在數學發展的程序中,數和形常常結合在一起,在內容上互相聯絡,在方法上互相滲透,在一定條件下可以互相轉化.

數形結合的基本思想,是在研究問題的過程中,注意把數和形結合起來考察,斟酌問題的具體情形,把圖形性質的問題轉化為數量關係的問題,或者把數量關係的問題轉化為圖形性質的問題,使複雜問題簡單化,抽象問題具體化,化難為易,獲得簡便易行的成功方案.

中學數學中,數形結合法包含兩個方面的內容:一是運用代數、三角知識,通過對數量關係的討論,去處理幾何圖形問題;二是運用幾何知識,通過對圖形性質的研究,去解決數量關係的問題.就具體方法而論,前者常用的方法有解析法、三角法、複數法、向量法等;後者常用的方法主要是圖解法.

解題之判別式法

實係數一元二次方程

ax2+bx+c=0 (a≠0) ①

的判別式△=b2-4ac具有以下性質:

>0,當且僅當方程①有兩個不相等的實數根;

△ =0,當且僅當方程①有兩個相等的實數根;

<0,當且僅當方程②沒有實數根.

對於二次函式

y=ax2+bx+c (a≠0)②

它的判別式△=b2-4ac具有以下性質:

>0,當且僅當拋物線②與x軸有兩個公共點;

△ =0,當且僅當拋物線②與x軸有一個公共點;

<0,當且僅當拋物線②與x軸沒有公共點.

利用判別式是中學數學的一種重要方法,在探求某些實變數之間的關係,研究方程的根和函式的性質,證明不等式,以及研究圓錐曲線與直線的關係等方面,都有著廣泛的應用.

在具體運用判別式時,①②中的係數都可以是含有引數的代數式.

解題之換元法

“換元”的思想和方法,在數學中有著廣泛的應用,靈活運用換元法解題,有助於數量關係明朗化,變繁為簡,化難為易,給出簡便、巧妙的解答.

在解題過程中,把題中某一式子如f(x),作為新的變數y或者把題中某一變數如x,用新變數t的式子如g(t)替換,即通過令f(x)=y或x=g(t)進行變數代換,得到結構簡單便於求解的新解題方法,通常稱為換元法或變數代換法.

用換元法解題,關鍵在於根據問題的結構特徵,選擇能以簡馭繁,化難為易的代換f(x)=y或x=g(t).就換元的具體形式而論,是多種多樣的,常用的有有理式代換,根式代換,指數式代換,對數式代換,三角式代換,反三角式代換,復變數代換等,宜在解題實踐中不斷總結經驗,掌握有關的技巧.

例如,用於求解代數問題的三角代換,在具體設計時,宜遵循以下原則:(1)全面考慮三角函式的定義域、值域和有關的公式、性質;(2)力求減少變數的個數,使問題結構簡單化;(3)便於藉助已知三角公式,建立變數間的內在聯絡.只有全面考慮以上原則,才能謀取恰當的三角代換.

換元法是一種重要的數學方法,在多項式的因式分解,代數式的化簡計算,恆等式、條件等式或不等式的證明,方程、方程組、不等式、不等式組或混合組的求解,函式表示式、定義域、值域或最值的推求,以及解析幾何中的座標替換,普通方程與引數方程、極座標方程的互化等問題中,都有著廣泛的應用.

解題之分析法與綜合法

分析法和綜合法源於分析和綜合,是思維方向相反的兩種思考方法,在解題過程中具有十分重要的作用.

在數學中,又把分析看作從結果追溯到產生這一結果的原因的一種思維方法,而綜合被看成是從原因推導到由原因產生的結果的另一種思維方法.通常把前者稱為分析法,後者稱為綜合法.

具體的說,分析法是從題目的等證結論或需求問題出發,一步一步的探索下去,最後達到題設的已知條件;綜合法則是從題目的已知條件出發,經過逐步的邏輯推理,最後達到待證的結論或需求問題.

解題之分類法

分類法是數學中的一種基本方法,對於提高解題能力,發展思維的縝密性,具有十分重要的意義.

不少數學問題,在解題過程中,常常需要藉助邏輯中的分類規則,把題設條件所確定的集合,分成若干個便於討論的非空真子集,然後在各個非空真子集內進行求解,直到獲得完滿的結果.這種把邏輯分類思想移植到數學中來,用以指導解題的方法,通常稱為分類或分域法.

用分類法解題,大體包含以下幾個步驟:

第一步:根據題設條件,明確分類的物件,確定需要分類的集合A;

第二步:尋求恰當的分類根據,按照分類的規則,把集合A分為若干個便於求解的非空真子集A1,A2,…An;

第三步:在子集A1,A2,…An內逐類討論;

第四步:綜合子集內的解答,歸納結論.

以上四個步驟是相互聯絡的,尋求分類的根據,是其中的一項關鍵性的工作.從總體上說,分類的主要依據有:分類敘述的定義、定理、公式、法則,具有分類討論位置關係的幾何圖形,題目中含有某些特殊的或隱含的分類討論條件等.在實際解題時,僅憑這些還不夠,還需要有較強的分類意識,需要思維的靈活性和縝密性,特別要善於發掘題中隱含的分類條件. 例1:求方程 的實數解,其中a為實引數.