二、基于知识理解与思维方法的数学解题

通过对波利亚如何解题的分析,我们发现,成功解决数学问题的关键环节在于“拟定计划”环节上,这一环节充分体现了数学思维的灵活性,对一般的解题者而言,有时很难做到,为此,我们从“解题目,为什么”的角度,把解题的重心放在“审题”和通过一般思维方法寻找解题思路两个关键环节上,把重点放在对知识的理解和思维方法两个方面,从而最大限度克服通过题海战术提升解题能力的弊端,使数学解题回归到促进概念理解和发展思维能力的本源上.

例1-4 已知关于x的三个方程

至少有一个方程有实数根,求实数的取值范围.

(一)审题

1.审题审什么

弄清楚题目的已知条件是什么,共几个,其数学含义是什么?

弄清楚题目的结论是什么,共几个,其数学含义是什么?

本题所给的三个方程都是关于未知数x的二次方程,且一次项和常数项含有参数m,三个方程“至少有一个方程有实数根”等价于“恰有一个方程有实根”,“恰有两个方程有实根”,“恰有三个方程有实根”,在此条件下,求参数m的范围.

2.审题怎么审

读题---弄清楚字面意思;

理解----弄清数学含义;

表征----用图形语言与符号语言加以表达.

解决此题的关键是对“三个方程中至少有一个方程有实数根”数学含义的理解,我们可以将其直接转化、也可以间接去考虑,但我们往往没有从“至少有一个”的数学本源去寻找思路,从而与简洁的做法擦肩而过.

(二)寻找已知与所求之间的联系

由于所求的m是已知二次方程的系数,所以,利用三个关于的二次方程有实根就可以获得m的不等关系,从而通过解不等式组求出的范围.

(三)运算求解

解法1 直接法

“恰有一个方程有实根”等价于,或,或

“恰有两个方程有实根”等价于,或,或

“三个方程都有实根”等价于

然后,求并集即可获得m的范围.

解法2 间接法

“三个方程至少有一个方程有实数根”的否定等价于“三个方程都没有实根”,即,得到m的范围后,在实数范围内求补集即可.

解法3 直接法(基于对“至少有一个”的本质理解)

“三个方程至少有一个方程有实数根”等价于,或,或,即三种情况求并集即可.

解法4 分离参数

由题意,,通过变形,利用基本不等式分别求出三个关于x的函数的值域,求并集即可.

(四)检验作答

特殊性检验、漏点检验、充要性检验

对于解法4,在时要进行检验.

例1-5 已知点A是抛物线上一定点,B、C是其上的动点,且满足AB⊥BC.当B点运动时,求点C横坐标的取值范围.

第一步:审题

“已知点A(-1,0)是抛物线y=x2-1上一定点”翻译为图形语言

“B、C是其上的动点”翻译为:设

……①

……②

“AB⊥BC”翻译为 ……③

所求:求的范围.

第二步:探寻解题思路

从所求问题出发,利用模式识别、化归转化、类比迁移等建立所求与已知之间的关系.

思路一

由于所求问题为“求某一参数的范围”的一类问题,最常用的是函数思想,“求的范围”说明在变化,那么,它的变化一定至少与另一个量的变化有关,由题意可知,的变化是由的变化引起的,故,只需建立,进而转化为求函数的值域问题即可,这也是我们在求参数范围问题时为什么首先分离参数的原因.

思路二

在建立关系的过程中,如果不能分离两个变量,也就是如果得到含有以及不等式组构成的混合组,我们要通过方程的思想,根据一个量根的情况确定另一个量的范围.

显然,思路一是我们首选的方法.

从上述思路探寻过程可以看出,思路探寻过程最重要的是掌握“在明确要解决问题的基础上,基于问题,通过模式识别、化归转化、层次解决、特殊探路、极端原理等思维方法”,不断地分析与综合,最终找到解决问题的路径,这是提升数学解题能力的又一个关键环节.

第三步,推理与运算

确定运算方向(明算理):

分析运算条件:由已知,①②③式中共有4个变量,三个独立方程,故可消去

实施恒等变形(每一步变形需紧紧围绕预算目标展开):

将①②代入③可得

时,;当时,

第四步,对结果的检验与完善

由题意,,又当时,

另一方面,时,,或

综上,点C横坐标的取值范围是

第五步,解题后的反思

从本题思路的发现过程可以看出,总结一类问题的常用方法是非常必要的.我们经常说要形成知识系统,而知识系统来源于从不同层面总结的一类问题的通性通法.同时,运动变化的思想、函数的思想在思路的发现过程中起到了指引的作用,所以说,数学思想方法是灵魂.

在平时的数学解题过程中,如果按照这样的步骤解题,才算得上“精做”,才能有大的收获!

在接下来的章节,我们将从“知识的本质理解”、“思维方法”两个角度对高中数学中的难点内容“函数与导数”和“解析几何”两大难点问题进行刨析,让我们看到,只要基于以上两点,我们也可以顺利解决这些“压轴题”,甚至,在不增加只是的情况下,还能解决自主招生和数学竞赛中的许多问题,让我们一起体验吧!