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高中数学方法转化与化归思想


(2)简单化原则:将复杂问题转化为简单问题,如三维空间问题 转化为二维平面问题,通过简单问题的解决思路和方法,获得 对复杂问题的解答启示和思路以达到解决复杂问题的目的. (3)具体原则:化归方向应由抽象到具体. (4)和谐统一性原则:转化问题的条件或结论,使其表现形式更 符合数与形内部所表示的和谐统一的形式;或者转化命题,使 其推演有利于运用某种数学方法或符合人们的思维规律. (5)正难则反的原则:当问题正面讨论遇到困难时,应想到问题 的反面;或问题的正面较复杂时,其反面一般是简单的;设法 从问题的反面去探求,使问题获得解决.
m 解 (1)对 f(x)求导,得 f′(x)=e - 2. x m x-1 当 f(x)在(1,2)上单调递减时, e - 2 ≤0 在[1,2]上恒成立, x
x-1
∴m≥x2ex-1 在[1,2]上恒成立. 令 h(x)=x2ex-1,则 h′(x)=ex-1(x2+2x)>0 在[1,2]上恒成 立,即 h(x)中[1,2]上单调递增, ∴h(x)=x2ex-1 在[1,2]上的最大值为 h(2)=4e,即 m≥4e. 故实数 m 的取值范围是[4e,+∞).
2 归纳拓展 本题如果从已知条件 a2 = a · a ⇒ ( a + 2 d ) = a1(a1 3 1 9 1 a1+a3+a9 +8d),解得 a1 与 d 的关系后,代入所求的式子: a2+a4+a10 a1+(a1+ 2d)+(a1+8d) = ,也能求解,但计算较繁锁, (a1+d)+(a1+ 3d)+ (a1+9d)
二、正难则反的转化与化归 例 2 已知三条抛物线: y=x2+4ax-4a+3, y=x2+(a-1)x +a2,y=x2+2ax-2a 中至少有一条与 x 轴相交,求实数 a 的取值范围.
Δ1=(4a)2-4(3-4a)<0 2 2 解 令 y=0,由Δ2=(a-1) -4a <0 , Δ =(2a)2+8a<0 3 3 解得- <a<-1, 2 3 ∴满足题意的 a 的取值范围是 a≤- 或 a≥-1. 2
归纳拓展
本题若从正面讨论则需分类讨论求解,繁不堪
言,但从其反面“三条抛物线都不与 x 轴相交”着手,求出 a 的取值范围,再求其补集,则使问题简单得多了.一个题 目若出现多种成立的情况,则不成立的情况一般较少,易从 反面考虑,在概率计算中有较多这样的问题.
变式训练 2 已知集合 A={y|y2-(a2+a+1)y+a(a2+1)>0}, B={y|y2-6y+8≤0}, 若 A∩B≠∅,则实数 a 的取值范围 a|a>2 或- 3<a< 3} . 为{ ____________________
规范演练
一、填空题 1.若方程 sin2x+cos x+k=0 有解,则 k 的取值范围为
5 -4≤k≤1 . ______________ 解析 求 k=-sin2x-cos x 的值域.
k=cos2x-cos x-1 12 5 =(cos x-2) -4. 1 5 当 cos x= 时,kmin=- , 2 4 当 cos x=-1 时,kmax=1, 5 ∴-4≤k≤1.
分类突破
一、特殊与一般的转化 例 1 在数列{an}中,a1=2,an+1=λan+λn+1+(2-λ)2n (n∈N*),其中 λ>0.求数列{an}的通项公式.

a2=2λ+λ2+(2-λ)×2=λ2+22,
a3=λ(λ2+22)+λ3+(2-λ)×22=2λ3+23, a4=λ(2λ3+23)+λ4+(2-λ)×23=3λ4+24. 由此猜想数列{an}的通项公式为 an=(n-1)λn+2n,n∈N*. 下面用数学归纳法证明. ①当 n=1 时,a1=2,等式成立.
q (2)由 (1)知: g(x)= px- - 2ln x, x 2 p 2 px - 2x+ p g′ (x)= p+ 2- = , x x x2 令 h(x)= px2- 2x+ p. 要使 g(x)在 (0,+∞ )上为增函数,只需 h(x)在 (0,+∞ )上 满足 h(x)≥ 0 恒成立即可, 2x 2 即 px - 2x+ p≥ 0, p≥ 2 在 (0,+ ∞)上恒成立, x +1 2x 2 2 又∵ 0< 2 = ≤ = 1(x> 0). 1 x +1 1 x+ x 2 x· x ∴ p≥ 1.
归纳拓展
本题的求解涉及两类题型和求解的方法:(1)求参
数的范围问题, 方法是通过对函数单调性的研究, 转化为不等 式的恒成立问题,进而转化为求函数的最值问题求解. (2)研 究函数的零点问题,方法是通过研究函数在某区间有最大 (或 最小)值 f(t),而函数又在此区间有零点,则结合图形分析,可 得 f(t)≥0(或 f(t)≤0).
(2)∵ f′ (x)= e
x- 1
m - 2,又 f(x)在 x= 1 处有极值, x
∴ f′ (1)= 0,得 m= 1,经检验符合题意. 1 1 x-1 x-1 ∴ f(x)= e + , g(x)= f(x)- n= e + - n. x x 1 x- 1 对 g(x)求导,得 g′ (x)= e - 2, x 当 x∈(0,1)时, g′ (x)< 0, g(x)为减函数;当 x∈ (1,+∞ ) 时, g′ (x)> 0, g(x)为增函数. ∴ g(x)在 x= 1 处取得极小值 g(1)= 2- n. 依题意, g(x)在 (0,+∞ )上有零点, ∴ g(1)≤ 0, 即 2- n≤ 0, ∴ n≥ 2. 故 n 的最小值为 2.
归纳拓展
本题求 an 时采用了特殊化的方法, 这是归纳 ——
猜想 ——证明的归纳推理,当问题难以入手时,应先对特殊 情况或简单情形进行观察、分析,发现问题中特殊的数量或 关系结构或部分元素,然后推广到一般情形,以完成从特殊 情形的研究到一般问题的解答的过渡, 这就是特殊化的化归 策略. 数学题目有的具有一般性,有的具有特殊性,解题时,有时 需要把一般问题化归为特殊问题, 有时需要把特殊问题化归 为一般问题.
三、抽象问题与具体问题的转化 例 3 已知等差数列 {an}的公差 d≠0,且 a1、a3、a9 成等比
13 a1+a3+a9 数列,则 的值是________ 16 . a2+a4+a10
解析 由题意知, 只要满足 a1、 a3、 a9 成等比数列的条件, {an}取何种等差数列与所求代数式的值是没有关系的. 因 此,可把抽象数列化归为具体数列.比如,可选取数列 a1+a3+a9 1+3+9 13 * an=n(n∈N ),则 = = . a2+a4+a10 2+4+10 16
易错. 因此, 把抽象数列转化为具体的简单的数列进行分析, 可以很快得到答案.
变式训练 3 已知定义在实数集 R 上的函数 y=f(x)恒不为 零,同时满足 f(x+y)=f(x)· f(y),且当 x>0 时,f(x)>1,
④ 那么当 x<0 时,一定有________( 填序号).
①f(x)<-1;②-1<f(x)<0;③f(x)<1;④0<f(x)<1.
§4 转化与化归思想 方法解读
1.转化与化归思想 所谓转化与化归思想,就是将待解决的问题和未解决的 问题,采取某种策略,转化归结为一个已经能解决的问 题;或者归较容易解决的问题,最终求得原问 题的解. 2.转化与化归思想的原则 (1)熟悉已知化原则:将陌生的问题转化为熟悉的问题, 将未知的问题转化为已知问题,以便于我们运用熟知的 知识、经验和问题来解决.
(6)类比法:运用类比推理,猜测问题的结论,易于确定转 化途径. (7)特殊化方法:把原问题的形式向特殊化形式转化,并证 明特殊化后的结论适合原问题. (8)等价问题法:把原问题转化为一个易于解决的等价命题, 达到转化的目的. (9)加强命题法:在证明不等式时,原命题难以得证,往往 把命题的结论加强,即命题的结论加强为原命题的充分条 件,反而能将原命题转化为一个较易证明的命题,比如在证 明不等式时,原命题往往难以得证,这时常把结论加强,使 之成为原命题充分条件,从而易证. (10)补集法:如果正面解决问题有困难,可把原问题结果看 作集合 A,而包含问题的整体问题的结果类比为全集 U,通 过解决全集 U 及补集∁ UA 使原问题得以解决.
3.转化与化归思想常用到的方法 (1)直接转化法:把原问题直接转化为基本定理、基本公式 或基本图形问题. (2)换元法: 运用“换元”把超越式转化为有理式或使整式 降幂等,把较复杂的函数、方程、不等式问题转化为易于 解决的基本问题. (3)数形结合法:研究原问题中数量关系 (解析式 )与空间形 式 (图形 )关系,通过互相变换获得转化途径. (4)构造法:“构造”一个合适的数学模型,把问题变为易 于解决的问题. (5)坐标法:以坐标系为工具,用计算方法解决几何问题, 是转化方法的一个重要途径.
2.已知数列{an}对任意的 p,q∈N*满足 ap+q=ap+aq 且 a2
-30 =-6,那么 a10=________.
解析 由 ap+q=ap+aq,a2=-6, 得 a4=a2+a2=-12,同理,a8=a4+a4=-24, 所以 a10=a8+a2=-24-6=-30.
②假设当 n=k(k≥2 且 k∈N*)时等式成立, 即 ak=(k-1)λk+2k, 那么 ak+ 1=λak+λk+1+(2-λ)2k=λ(k-1)λk+λ· 2k+λk+1+2k+1 -λ· 2k=[(k-1)+1]λk+1+2k+ 1. 这就是说,当 n=k+1 时等式也成立. 由①②可知,an=(n-1)λn+2n 对任意 n∈N*都成立.
解析 设 f(x)=2x, ,则符合题意,结合图象知④正确.
四、函数、不等式、方程之间的转化 x-1 m 例 4 设函数 f(x)=e + (m∈R), x (1)若 f(x)在(1,2)上为单调减函数,求实数 m 的取值范围; (2)若 f(x)在 x=1 处有极值,且函数 g(x)=f(x)-n 在(0, +∞)上有零点,求 n 的最小值.
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