转化与化归思想
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第四讲转化与化归思想知识整合一、转化与化归思想的含义转化与化归思想方法,就是在研究和解决有关数学问题时,采用某种手段将问题通过变换使之转化,进而使问题得到解决的一种数学方法,一般是将复杂的问题通过变换转化为简单的问题,将难解的问题通过变换转化为容易求解的问题,将未解决的问题通过变换转化为已解决的问题.二、转化与化归的常见方法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”把式子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.等价转化法:把原问题转化为一个易于解决的等价问题,以达到化归的目的.5.特殊化方法:把原问题的形式向特殊化形式转化,并证明特殊化后的问题的结论适合原问题.6.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.7.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.8.类比法:运用类比推理,猜测问题的结论,易于探求.9.参数法:引进参数,使原问题转化为熟悉的问题进行解决.10.补集法:如果正面解决原问题有困难,可把原问题的结果看作集合A,而把包含该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∁U A使原问题获得解决,体现了正难则反的原则.1.特殊与一般的转化典题例析例1(1)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若a,b,c成等差数列,则cos A+cos C1+cos A cos C=45.[思路探究]看到a,b,c成等差数列,可联想到等边三角形举特例求解.[解析]显然△ABC为等边三角形时符合题设条件,所以cos A+cos C1+cos A cos C=cos60°+cos60°1+cos60°cos60°=11+14=45.(2)已知f (x )=33x +3,则f (-2 019)+f (-2 018)+…+f (0)+f (1)+…+f (2 020)=__2_020__.[思路探究] 看到求f (-2 019)+f (-2 018)+…+f (0)+f (1)+…+f (2 020)的值,想到求f (x )+f (1-x )的值.[解析] f (x )+f (1-x )=33x +3+331-x +3=33x +3+3x3+3x =3x +33x +3=1,所以f (0)+f (1)=1,f (-2 019)+f (2 020)=1,所以f (-2 019)+f (-2 018)+…+f (0)+f (1)+…+f (2 020)=2 020. 规律总结化一般为特殊的应用(1)常用的特例有特殊数值、特殊数列、特殊函数、特殊图形、特殊角、特殊位置等. (2)对于选择题,当题设在普通条件下都成立时,用特殊值进行探求,可快捷地得到答案.(3)对于填空题,当填空题的结论唯一或题设条件提供的信息暗示答案是一个定值时,可以把题中变化的量用特殊值代替,即可得到答案.1.AB 是过抛物线x 2=4y 的焦点的动弦,直线l 1,l 2是抛物线两条分别切于A ,B 的切线,则l 1,l 2的交点的坐标为__(0,-1)__.[解析] 找特殊情况,当AB ⊥y 轴时,AB 的方程为y =1,则A (-2,1),B (2,1),过点A 的切线方程为y -1=-(x +2),即x +y +1=0.同理,过点B 的切线方程为x -y -1=0,则l 1,l 2的交点为(0,-1).2.在平行四边形ABCD 中,|AB →|=12,|AD →|=8.若点M ,N 满足BM →=3MC →,DN →=2NC →,则AM →·NM →=( C )A .20B .15C .36D .6[解析] 方法一:由BM →=3MC →,DN →=2NC →知,点M 是BC 的一个四等分点,且BM =34BC ,点N 是DC 的一个三等分点,且DN =23DC ,所以AM →=AB →+34AD →,AN →=AD →+DN →=AD→+23AB →,所以NM →=AM →-AN →=AB →+34AD →-(AD →+23AB →)=13AB →-14AD →,所以AM →·NM →=(AB →+34AD →)·(13AB →-14AD →)=13(AB →+34AD →)·(AB →-34AD →)=13(AB →2-916AD →2)=13(144-916×64)=36,故选C.方法二:不妨设∠DAB 为直角,以AB 所在直线为x 轴,AD 所在直线为y 轴建立如图所示的平面直角坐标系.则M (12,6),N (8,8),所以AM →=(12,6),NM →=(4,-2),所以AM →·NM →=12×4+6×(-2)=36,故选C.2.函数、方程、不等式之间的转化 典题例析例2 (1)已知e 为自然对数的底数,若对任意的x ∈[1e ,1],总存在唯一的y ∈[-1,1],使得ln x -x +1+a =y 2e y 成立,则实数a 的取值范围是( B )A .[1e ,e]B .(2e ,e]C .(2e,+∞)D .(2e ,e +1e)[解析] 设f (x )=ln x -x +1+a ,当x ∈[1e ,1]时,f ′(x )=1-x x ≥0,f (x )是增函数,所以x ∈[1e ,1]时,f (x )∈[a -1e ,a ].设g (y )=y 2e y ,则g ′(y )=e y y (y +2),则g (y )在[-1,0)单调递减,在[0,1]单调递增,且g (-1)=1e <g (1)=e.因为对任意的x ∈[1e ,1],存在唯一的y ∈[-1,1],使得f (x )=g (y )成立,所以[a -1e ,a ]⊆[1e ,e],∴2e<a ≤e ,故选B.(2)(文)(2019·沈阳模拟)已知函数f (x )=x +4x ,g (x )=2x +a ,若对∀x 1∈[12,3],∃x 2∈[2,3]使得f (x 1)≥g (x 2),则实数a 的取值范围是( C )A .(-∞,1]B .[1,+∞)C .(-∞,0]D .[0,+∞)[解析] 当x ∈[12,3]时,f (x )≥2x ·4x=4,当且仅当x =2时等号成立,此时f (x )min =4.当x ∈[2,3]时,g (x )min =22+a =4+a .依题意f (x )min ≥g (x )min ,∴a ≤0.选C.(理)(2019·济南调研)已知m ,n ∈(2,e),且1n 2-1m 2<ln mn ,则( A )A .m >nB .m <nC .m >2+1nD .m ,n 的大小关系不确定[解析] 由不等式可得1n 2-1m 2<ln m -ln n ,即1n 2+ln n <1m 2+ln m .设f (x )=1x 2+ln x (x ∈(2,e)),则f ′(x )=-2x 3+1x =x 2-2x3.因为x ∈(2,e),所以f ′(x )>0,故函数f (x )在(2,e)上单调递增.因为f (n )<f (m ),所以n <m .故选A . 规律总结函数、方程与不等式相互转化的应用1.函数与方程、不等式联系密切,解决方程、不等式的问题需要函数帮助. 2.解决函数的问题需要方程、不等式的帮助,因此借助于函数与方程、不等式进行转化与化归可以将问题化繁为简,一般可将不等式关系转化为最值(值域)问题,从而求出参变量的范围.1.已知函数f (x )=ax 2-2x +2,若对一切x ∈[12,2],f (x )>0都成立,则实数a 的取值范围为( B )A .[12,+∞)B .(12,+∞)C .[-4,+∞)D .(-4,+∞)[解析] 由题意得,对一切x ∈[12,2],f (x )>0都成立,即a >2x -2x 2=-2x 2+2x =-2(1x -12)2+12在x ∈[12,2]上恒成立,而-2(1x -12)2+12≤12,则实数a 的取值范围为(12,+∞). 2.已知a =13ln 94,b =45ln 54,c =14ln4,则( B )A .a <b <cB .b <a <cC .c <a <bD .b <c <a[解析] a =13ln 94=13ln(32)2=23ln 32=ln 3232,b =45ln 54=ln 5454,c =14ln4=14×2ln2=ln22.故构造函数f (x )=ln x x ,则a =f (32),b =f (54),c =f (2).因为f ′(x )=1-1·ln x x 2=1-ln xx2,由f ′(x )=0,解得x =e.故当x ∈(0,e)时,f ′(x )>0,函数f (x )在(0,e]上单调递增;当x ∈(e ,+∞)时,f ′(x )<0, 函数f (x )在[e ,+∞)上单调递减.因为54<32<2<e ,所以f (54)<f (32)<f (2),即b <a <c ,故选B.3.正难则反的转化 典题例析例3 (1)若对于任意t ∈[1,2],函数g (x )=x 3+(m2+2)x 2-2x 在区间(t,3)上总不为单调函数,则实数m 的取值范围是( B )A .(-5,-103)B .(-373,-5)C .(-5,-2)D .(-5,+∞)[解析] g ′(x )=3x 2+(m +4)x -2, 若g (x )在区间(t,3)上总为单调函数,则①g ′(x )≥0在(t,3)上恒成立,或②g ′(x )≤0在(t,3)上恒成立.由①得3x 2+(m +4)x -2≥0,即m +4≥2x -3x 在x ∈(t,3)上恒成立,所以m +4≥2t -3t 恒成立,又t ∈[1,2],则m +4≥21-3×1=-1,即m ≥-5;②得m +4≤2x -3x 在x ∈(t,3)上恒成立,则m +4≤23-9,即m ≤-373.所以函数g (x )在区间(t,3)上总不为单调函数的m 的取值范围为-373<m <-5.(2)已知函数f (x )=ax 2-x +ln x 在区间(1,2)上不单调,则实数a 的取值范围为 (0,18) .[解析] f ′(x )=2ax -1+1x.(ⅰ)若函数f (x )在区间(1,2)上单调递增,则f ′(x )≥0在(1,2)上恒成立,所以2ax -1+1x ≥0,得a ≥12(1x -1x2).①令t =1x ,因为x ∈(1,2),所以t =1x ∈(12,1).设h (t )=12(t -t 2)=-12(t -12)2+18,t ∈(12,1),显然函数y =h (t )在区间(12,1)上单调递减,所以h (1)<h (t )<h (12),即0<h (t )<18.由①可知,a ≥18.(ⅱ)若函数f (x )在区间(1,2)上单调递减,则f ′(x )≤0在(1,2)上恒成立,所以2ax -1+1x ≤0,得a ≤12(1x -1x2).②结合(ⅰ)可知,a ≤0.综上,若函数f (x )在区间(1,2)上单调,则实数a 的取值范围为(-∞,0]∪[18,+∞).所以若函数f (x )在区间(1,2)上不单调,则实数a 的取值范围为(0,18).规律总结转化化归思想遵循的原则1.熟悉化原则:将陌生的问题转化为我们熟悉的问题. 2.简单化原则:将复杂的问题通过变换转化为简单的问题.3.直观化原则:将较抽象的问题转化为比较直观的问题(如数形结合思想,立体几何向平面几何问题转化).4.正难则反原则:若问题直接求解困难时,可考虑运用反证法或补集法或用逆否命题间接地解决问题.1.若抛物线y =x 2上的所有弦都不能被直线y =k (x -3)垂直平分,则k 的取值范围是( D )A .(-∞,12]B .(-∞,12)C .(-12,+∞)D .[-12,+∞)[解析] 设抛物线y =x 2上两点A (x 1,x 21),B (x 2,x 22)关于直线y =k (x -3)对称,AB 的中点为P (x 0,y 0),则x 0=x 1+x 22,y 0=x 21+x 222.由题设知x 21-x 22x 1-x 2=-1k ,所以x 1+x 22=-12k .又AB 的中点P (x 0,y 0)在直线y =k (x -3)上,所以x 21+x 222=k (x 21+x 222)=k (x 1+x 22-3)=-6k +12,所以中点P (-12k ,-6k +12).由于点P 在y >x 2的区域内,则-6k +12>(-12k )2,整理得(2k +1)(6k 2-2k +1)<0,解得k <-12.因此当k <-12时,抛物线y =x 2上存在两点关于直线y =k (x -3)对称,于是当k ≥-12时,抛物线y =x 2上存在两点关于直线y =k (x =3)对称.所以实数k 的取值范围是[-12,+∞).故选D.2.若二次函数f (x )=4x 2-2(p -2)x -2p 2-p +1在区间[-1,1]内至少存在一个值c ,使得f (c )>0,则实数p 的取值范围是 (-3,32) .[解析] 若在区间[-1,1]内不存在c 满足f (c )>0, 因为Δ=36p 2≥0恒成立,则⎩⎪⎨⎪⎧f (-1)≤0,f (1)≤0解得⎩⎨⎧p ≤-12或p ≥1,p ≤-3或p ≥32.所以p ≤-3或p ≥32,取补集得-3<p <32,即满足题意的实数p 的取值范围是(-3,32).4.形体位置关系的转化 典题例析例4 (1)如图所示,已知多面体ABCDEFG 中,AB ,AC ,AD 两两互相垂直,平面ABC ∥平面DEFG ,平面BEF ∥平面ADGC ,AB =AD =DG =2,AC =EF =1,则该多面体的体积为__4__.[解析] 方法一:(分割法)因为几何体有两对相对面互相平行,如图所示,过点C 作CH ⊥DG 于H ,连接EH ,即把多面体分割成一个直三棱柱DEH -ABC 和一个斜三棱柱BEF -CHG .由题意,知V 三棱柱DEH -ABC =S △DEH ·AD =(12×2×1)×2=2,V 三棱柱EBF -CHG =S △BEF ·DE =(12×2×1)×2=2.故所求几何体的体积为V 多面体ABCDEFG =2+2=4.方法二:(补形法)因为几何体有两对相对面互相平行,如图所示,将多面体补成棱长为2的正方体,显然所求多面体的体积即该正方体体积的一半.又正方体的体积V 正方体ABHI -DEKG =23=8, 故所求几何体的体积为V 多面体ABCDEGH =12×8=4.(2)如图1所示,正△ABC 的边长为2a ,CD 是AB 边上的高,E ,F 分别是AC ,BC 的中点.现将△ABC 沿CD 翻折,使翻折后平面ACD ⊥平面BCD (如图2),求三棱锥C -DEF 的体积.[解析] 方法一:如图,取CD 的中点M ,连接EM ,则EM ∥AD ,且EM =12AD =a2,又AD ⊥平面BDC ,故EM 为三棱锥E -DFC 的高.求三棱锥C -DEF 的体积,即求三棱锥E -DFC 的体积. 由题意,知CD ⊥BD ,AD ⊥CD ,F 为BC 的中点, 所以S △CDF =12S △BCD =12×12CD ·BD =14(2a )2-a 2·a =34a 2.所以V 三棱锥E -CDF =13S △CDF ·EM =13×34a 2×12a =324a 3.即V 三棱锥C -DEF =324a 2.方法二:如图所示,知三棱锥C -DEF 与三棱锥E -DFC 的体积相等,且三棱锥E -DFC 是三棱锥A -BDC 的一部分.因为平面ACD ⊥平面BCD ,点E ,F 分别是AC ,BC 的中点,故三棱锥E -DFC 的底面积和高分别是三棱锥A -BDC 的底面积和高的一半.由题意,知CD ⊥BD ,AD ⊥CD ,AD ⊥BD ,AD =BD =a ,DC =3a ,所以S △BCD =12×3a ·a =32a 2. 故V 三棱锥A -BDC =13S △BCD ·AD =13×32a 2×a =36a 3,则V 三棱锥C -DEF =14V 三棱锥A -BCD =14×36a 3=324a 3. 规律总结形体位置关系的转化是通过切割、补形、等体积转化等方式转化为便于观察、计算的常用几何体,由于新的几何体是转化而来的,一般需要对新几何体的位置关系、数据情况进行必要分析,准确理解新几何体的特征.1.(2019·吉林模拟)已知如图,四边形ABCD 和四边形BCEG 均为直角梯形,AD ∥BC ,CE ∥BG ,∠BCD =∠BCE =π2,平面ABCD ⊥平面BCEG ,BC =CD =CE =2AD =2BG =2,则五面体EGBADC的体积为 73.[解析] 如图所示,连接DG ,BD .由平面ABCD ⊥平面BCEG , ∠BCD =∠BCE =π2,可知EC ⊥平面ABCD , 又CE ∥GB , 所以GB ⊥平面ABCD .又BC =CD =CE =2,AD =BG =1,所以V 五面体EGBADC =V 四棱锥D -BCEG +V 三棱锥G -ABD=13S 梯形BCEG ·DC +13S △ABD ·BG =13×2+12×2×2+13×12×1×2×1=73.故填73. 2.如图,在四棱锥P -ABCD 中,侧面P AD 是边长为2的正三角形,且与底面垂直,底面ABCD 是∠ABC =60°的菱形,M 为PC 的中点.(1)求证:PC ⊥AD ;(2)求点D 到平面P AM 的距离.[解析] (1)证明:如图,取AD 的中点O ,连接OP ,OC ,AC ,由题意可知△P AD ,△ACD 均为正三角形,所以OC ⊥AD ,OP ⊥AD .又OC ∩OP =O ,所以AD ⊥平面POC , 又PC ⊂平面POC ,所以PC ⊥AD .(2)点D 到平面P AM 的距离即点D 到平面P AC 的距离,由(1)可知,PO ⊥AD ,又平面P AD ⊥平面ABCD ,平面P AD ∩平面ABCD =AD ,PO ⊂平面P AD ,所以PO ⊥平面ABCD ,即PO 为三棱锥P -ACD 的高.在Rt △POC 中,PO =OC =3,PC =6,在△P AC 中, 因为P A =AC =2,PC =6,所以边PC 上的高 AM =P A 2-PM 2=22-(62)2=102, 所以△P AC 的面积S △P AC =12PC ·AM =12×6×102=152.设点D 到平面P AC 的距离为h ,由V D -P AC =V P -ACD ,得13S △P AC ·h =13S △ACD ·PO ,又S △ACD =12×2×3=3,所以13×152×h =13×3×3,解得h =2155.故点D 到平面P AM 的距离为2155.。
六大数学思想之四:转化与化归1.什么是转化与化归?转化与化归思想方法是解决数学问题的一种重要思想方法,转化与化归思想贯穿于整个数学中,掌握这一思想方法,学会用化归与转化的思想方法分析问题、处理问题有着十分重要意义。
化归与转化是通过某种转化过程,把待解决的问题或未知解的问题转化到在已有知识范围内可解的问题或者容易解决的问题的一种重要的思想方法。
通过不断的转化,把不熟悉、不规范、复杂的问题转化为熟悉、规范甚至模式法、简单的问题。
2. 转化与化归的主要方式:1、等价转化,2、空间图形问题转化为平面图形问题,3、局部与整体的相互转化,4、特殊与一般的转化,5、非等价转化,6、换元、代换等转化方法的运用,7、正与反的转化,8、数与形的转化,9、相等与不等的转化,10、常量与变量的转化、11、实际问题与数学语言的转化等.3.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的问题,以便于我们运用熟知的知识、经验和问题来解决.(2)简单化原则:将复杂问题化归为简单问题,通过对简单问题的解决,达到解决复杂问题的目的,或获得某种解题的启示和依据.(3)和谐统一原则: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.(4)正难则反原则:当问题正面讨论遇到困难时,应想到问题的反面,设法从问题的反面去探讨,使问题获得解决.题型一正难则反的转化:Esp1:已知集合A={x∈R|x2-4mx+2m+6=0},B={x∈R|x<0},若A∩B≠∅,求实数m的取值范围.解 设全集U ={m |Δ=(-4m )2-4(2m +6)≥0}, 即U ={m |m ≤-1或m ≥32}.若方程x 2-4mx +2m +6=0的两根x 1,x 2均为非负,则⎩⎪⎨⎪⎧m ∈U ,x 1+x 2=4m ≥0,⇒m ≥32,x 1x 2=2m +6≥0所以使A ∩B ≠∅的实数m 的取值范围为{m |m ≤-1}.Esp2: 若对于任意t ∈[1,2],函数g (x )=x 3+⎝ ⎛⎭⎪⎫m 2+2x 2-2x 在区间(t,3)上总不为单调函数,则实数m 的取值范围是__________. 答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-373,-5解析 g ′(x )=3x 2+(m +4)x -2,若g (x )在区间(t,3)上总为单调函数,则①g ′(x )≥0在(t,3)上恒成立,或②g ′(x )≤0在(t,3)上恒成立. 由①得3x 2+(m +4)x -2≥0,即m +4≥2x-3x 在x ∈(t,3)上恒成立,所以m +4≥2t-3t 恒成立,则m +4≥-1,即m ≥-5;由②得m +4≤2x-3x 在x ∈(t,3)上恒成立,则m +4≤23-9,即m ≤-373.所以使函数g (x )在区间(t,3)上总不为单调函数的m 的取值范围为-373<m <-5.题型二 函数、方程、不等式之间的转化:解决方程、不等式的问题需要函数帮助,解决函数的问题需要方程、不等式的帮助,因此借助于函数、方程、不等式进行转化与化归可以将问题化繁为简,一般可将不等关系转化为最值(值域)问题,从而求出参变量的范围.Esp3: 已知函数f (x )=eln x ,g (x )=1e f (x )-(x +1).(e =2.718……)(1)求函数g (x )的极大值;(2)求证:1+12+13+…+1n >ln(n +1)(n ∈N *).(1)解 ∵g (x )=1e f (x )-(x +1)=ln x -(x +1),∴g ′(x )=1x-1(x >0).令g ′(x )>0,解得0<x <1; 令g ′(x )<0,解得x >1.∴函数g (x )在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减, ∴g (x )极大值=g (1)=-2.(2)证明 由(1)知x =1是函数g (x )的极大值点,也是最大值点,∴g (x )≤g (1)=-2,即ln x -(x +1)≤-2⇒ln x ≤x -1(当且仅当x =1时等号成立),令t =x -1,得t ≥ln(t +1)(t >-1). 取t =1n(n ∈N *)时,则1n >ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1n =ln ⎝⎛⎭⎪⎫n +1n , ∴1>ln 2,12>ln 32,13>ln 43,…,1n >ln ⎝⎛⎭⎪⎫n +1n , 叠加得1+12+13+…+1n >ln(2·32·43·…·n +1n )=ln(n +1).即1+12+13+…+1n >ln(n +1).Esp4: 设a 为实数,函数f (x )=e x -2x +2a ,x ∈R .(1)求f(x)的单调区间与极值;(2)求证:当a>ln 2-1且x>0时,e x>x2-2ax+1.(1)解由f(x)=e x-2x+2a,x∈R知f′(x)=e x-2,x∈R.令f′(x)=0,得x=ln 2.于是当x变化时,f′(x),f(x)的变化情况如下表:故f(x)的单调递减区间是(-∞,ln 2),单调递增区间是(ln 2,+∞),f(x)在x=ln 2处取得极小值,极小值为f(ln 2)=e ln 2-2ln 2+2a=2-2ln 2+2a.(2)证明设g(x)=e x-x2+2ax-1,x∈R,于是g′(x)=e x-2x+2a,x∈R.由(1)知当a>ln 2-1时,g′(x)取最小值为g′(ln 2)=2(1-ln 2+a)>0.于是对任意x∈R,都有g′(x)>0,所以g(x)在R内单调递增.于是当a>ln 2-1时,对任意x∈(0,+∞),都有g(x)>g(0).而g(0)=0,从而对任意x∈(0,+∞),都有g(x)>0.即e x-x2+2ax-1>0,故e x>x2-2ax+1.题型三主与次的转化:合情合理的转化是数学问题能否“明朗化”的关键所在,通过变换主元,起到了化繁为简的作用.在不等式中出现两个字母:x及a,关键在于该把哪个字母看成变量,哪个看成常数.显然可将a 视作自变量。
转化与化归思想转化与化归思想就是把那些待解决或难解决的问题,通过某种手段,使之转化为一类已解决或易解决的问题,最终使原问题获解.使用化归思想的原则是:化难为易、化生为熟、化繁为简、化未知为已知.转化与化归思想高考中占有十分重要的地位,数学问题的解决,总离不开转化与化归,它几乎可以渗透到所有的数学内容和解题过程中. 类型一 直接转化【典例1】 已知在数列{a n }中,a 1=1,a n +1=2a na n +2,求数列{a n }的通项公式.【答题模板】【解析】 ∵a n +1=2a n a n +2,a 1=1,∴a n ≠0,∴1a n +1=1a n +12,即1a n +1-1a n =12.又a 1=1,则1a 1=1,∴{1a n}是以1为首项,12为公差的等差数列.∴1a n =1a 1+(n -1)×12=n 2+12,∴a n =2n +1(n ∈N *).【对点练1】 求下列函数的值域:(1)y =sin x +cos x ;(2)y =sin 2x -cos x +1; (3)y =cos x2cos x +1;(4)y =1+sin x 3+cos x.【解析】 (1)∵y =sin x +cos x =2sin(x +π4),∴函数的值域为[-2,2]. (2)∵y =sin 2x -cos x +1=2-cos 2x -cos x =-(cos x +12)2+94,∴函数的值域为[0,94]. (3)由y =cos x 2cos x +1,得cos x =y1-2y .∵|cos x |≤1,∴解不等式|y 1-2y |≤1,得y ≤13或y ≥1.∴函数的值域为(-∞,13]∪[1,+∞).(4)由y =1+sin x3+cos x ,得sin x -y cos x =3y -1,即1+y 2·sin(x -φ)=3y -1.∴sin(x -φ)=3y -11+y 2.∵|sin(x -φ)|≤1,∴|3y -11+y 2|≤1.平方化简得y ·(4y -3)≤0.∴0≤y ≤34,即函数值域为[0,34].类型二 换元法【典例2】 求函数y =(4-3sin x )(4-3cos x )的最小值. 【答题模板】【解析】 y =16-12(sin x +cos x )+9sin x cos x ,令t =sin x +cos x ,则t ∈[-2,2]且sin x cos x =t 2-12.∴y =16-12t +9×t 2-12=12(9t 2-24t +23). 故当t =43时,y min =72.【对点练2】 (2015·衡水调研)已知x +y =-1,且x ,y 都是负数,求xy +1xy 的最值. 【解析】 设x =-sin 2α(sin 2α≠0),y =-cos 2α(cos 2α≠0),则xy +1xy =sin 2αcos 2α+1sin 2αcos 2α=14sin 22α+4sin 22α=14(sin 22α+16sin 22α). ∵sin 22α+16sin 22α在sin 22α∈(0,1]上是减函数,∴sin 22α=1时,取得最小值,∴xy +1xy 的最小值为14(1+161)=174.【典例3】 若关于x 的方程9x +(4+a )·3x +4=0有解,则实数a 的取值范围是________. 【答题模板】 可采用换元法,令t =3x ,将问题转化为关于t 的方程有正解进行解决. 【解析】 设t =3x ,则原命题等价于关于t 的方程 t 2+(4+a )t +4=0有正解,分离变量a 得a +4=-(t +4t ),∵t >0,∴-(t +4t )≤-4.∴a ≤-8,即实数a 的取值范围是(-∞,-8]. 【对点练3】 设x ,y 为实数,若4x 2+y 2+xy =1,则2x +y 的最大值是________. 【解析】 令2x +y =t ,则y =t -2x .则4x 2+y 2+xy =1变形为6x 2-3tx +t 2-1=0. Δ=9t 2-4·6·(t 2-1)≥0,t 2≤85.∴-2105≤t ≤2105,即2x +y 的最大值是2105.类型三 数形结合法【典例4】 求函数f (x )=2-sin x2+cos x 的值域.【解析】 函数f (x )=2-sin x2+cos x ,可看作点(2,2),(-cos x ,sin x )两点连线的斜率.点(-cos x ,sin x )的轨迹为x 2+y 2=1.函数值域即为(2,2)与单位圆x 2+y 2=1上点连线斜率的范围,由图可知,过(2,2)且与单位圆相切的直线斜率存在,不妨设为k .∴切线方程为y -2=k (x -2),即kx -y -2k +2=0.∴满足|2-2k |1+k 2=1,解之得k =4±73.∴函数f (x )的值域为[4-73,4+73]. 【对点练4】 设f (x )=1+x 2,求证:对于任意实数a ,b ,a ≠b ,都有|f (a )-f (b )|<|a -b |.【解析】 设A (x 1,1),B (x 2,1),则|OA |=1+x 21,|OB |=1+x 22,|AB |=|x 1-x 2|.在△AOB 中,||OA |-|OB ||<|AB |,即有|1+x 21-1+x 22|<|x 1-x 2|,所以|f (x 1)-f (x 2)|<|x 1-x 2|,即|f (a )-f (b )|<|a -b |. 类型四 构造法【典例5】 在三棱锥P -ABC 中,PA =BC =234,PB =AC =10,PC =AB =241,则三棱锥P -ABC 的体积为________.【答题模板】 用常规方法利用三棱锥的体积公式求解体积时,无法求出三棱锥的高.但若换个角度来思考,注意到三棱锥的三对棱两两相等,我们可以构造一个特定的长方体,将问题转化为长方体中的某个问题.【解析】 如图所示,把三棱锥P -ABC 补成一个长方形AEBG -FPDC ,易知三棱锥P -ABC 的各棱分别是长方体的面对角线,不妨令PE =x ,EB =y ,EA =z ,则由已知有:⎩⎪⎨⎪⎧ x 2+y 2=100,x 2+z 2=136,y 2+z 2=164,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =6,y =8,z =10.所以V P -ABC =V AEBG -FPDC -V P -AEB -V C -ABG -V B -PDC -V A -FPC =V AEBG -FPDC -4V P -AEB =6×8×10-4×16×6×8×10=160.故所求三棱锥P -ABC 的体积为160.【对点练5】 已知正三棱锥P -ABC ,点P ,A ,B ,C 都在半径为3的球面上,若PA ,PB ,PC 两两相互垂直,则球心到截面ABC 的距离为________.【解析】先在一个正方体中找一个满足条件的正三棱锥,再利用正方体的性质解题.如图,满足题意的正三棱锥P -ABC 可以是正方体的一部分,其外接球的直径是正方体的体对角线,且面ABC 与体对角线的交点是体对角线的一个三等分点,所以球心到平面ABC 的距离等于体对角线长的16,故球心到截面ABC 的距离为16×23=33. 类型七 参数法【典例8】 已知直线l 过点A (2,3)且与x 轴,y 轴的正半轴分别交于M ,N 两点,则当|AM |·|AN |最小时,直线l 的方程为________. 【解析】 设∠AMO 为θ,则θ∈(0,π2), ∴|AM |=3sin θ,|AN |=2cos θ. ∴|AM |·|AN |=6sin θ·cos θ=12sin2θ≥12. 当且仅当sin2θ=1,即θ=π4时取“=”号.此时k l =-1,∴l 的方程为x +y -5=0. 【对点练8】 (2015·北京东城联考)已知点P (3,4)与圆C :(x -2)2+y 2=4,A ,B 是圆C 上两个动点,且|AB |=23,则OP →·(OA →+OB →)(O 为坐标原点)的取值范围是( ) A .[3,9] B .[1,11] C .[6,18] D .[2,22]【解析】 设AB 的中点为D ,则OA →+OB →=2OD →,因为|AB |=23,所以|CD |=1,故点D在圆(x -2)2+y 2=1上,所以点D 的坐标为(2+cos α,sin α),故OP →·(OA →+OB →)=2OP →·OD →=2(6+3cos α+4sin α)=2[6+5sin(α+φ)],而2≤2[6+5sin(α+φ)]≤22,则OP →·(OA →+OB →)的取值范围是[2,22].。
思想方法第4讲转化与化归思想 思想概述转化与化归思想方法适用于在研究、解决数学问题时,思维受阻或试图寻求简单方法或从一种情形转化到另一种情形,也就是转化到另一种情形使问题得到解决,这种转化是解决问题的有效策略,同时也是获取成功的思维方式.方法一 特殊与一般的转化一般问题特殊化,使问题处理变得直接、简单,也可以通过一般问题的特殊情形找到一般思路;特殊问题一般化,可以使我们从宏观整体的高度把握问题的一般规律,从而达到成批处理问题的效果;对于某些选择题、填空题,可以把题中变化的量用特殊值代替,得到问题答案.例1(1)“蒙日圆”涉及几何学中的一个著名定理,该定理的内容为:椭圆上两条互相垂直的切线的交点必在一个与椭圆同心的圆上,该圆称为原椭圆的蒙日圆,若椭圆C :x 2a +1+y 2a=1(a >0)的离心率为12,则椭圆C 的蒙日圆的方程为( ) A .x 2+y 2=9B .x 2+y 2=7C .x 2+y 2=5D .x 2+y 2=4________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(2)在平行四边形ABCD 中,|AB →|=12,|AD →|=8,若点M ,N 满足BM →=3MC →,DN →=2NC →,则AM →·NM→等于( )A .20B .15C .36D .6________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________规律方法一般问题特殊化,使问题处理变得直接、简单;特殊问题一般化,可以把握问题的一般规律,使我们达到成批处理问题的效果.对于客观题,当题设条件提供的信息在普通条件下都成立或暗示答案是一个定值时,可以把题中变化的量用特殊值代替,可以快捷地得到答案.方法二命题的等价转化将题目已知条件或结论进行转化,使深奥的问题浅显化、繁杂的问题简单化,让题目得以解决.一般包括数与形的转化、正与反的转化、常量与变量的转化、图形形体及位置的转化.例2(1)(2022·济南模拟)若“∃x∈(0,π),sin 2x-k sin x<0”为假命题,则k的取值范围为() A.(-∞,-2] B.(-∞,2]C.(-∞,-2) D.(-∞,2)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)已知在三棱锥P-ABC中,P A=BC=234,PB=AC=10,PC=AB=241,则三棱锥P -ABC的体积为()A.40 B.80C.160 D.240________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________规律方法根据命题的等价性对题目条件进行明晰化是解题常见思路;对复杂问题可采用正难则反策略,也称为“补集法”;含两个变量的问题可以变换主元.方法三函数、方程、不等式之间的转化函数与方程、不等式紧密联系,通过研究函数y=f(x)的图象性质可以确定方程f(x)=0,不等式f (x )>0和f (x )<0的解集.例3已知f (x )=ln x -x 4+34x,g (x )=-x 2-2ax +4,若对∀x 1∈(0,2],∃x 2∈[1,2],使得f (x 1)≥g (x 2)成立,则a 的取值范围是____________.________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 例4已知函数f (x )=eln x ,g (x )=1ef (x )-(x +1). (1)求函数g (x )的极大值;________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(2)求证:1+12+13+ (1)>ln(n +1)(n ∈N *). ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 规律方法借助函数、方程、不等式进行转化与化归可以将问题化繁为简,一般可将不等关系转化为最值(值域)问题,从而求出参变量的范围.。
浅谈转换与化归思想转化思想就是数学中的一种基本却很重要的思想。
深究起来,转化两字中包含着截然不同的两种思想,即转换与化归。
这两者其实表达了不同的思想方法,可以说就是思维方式与操作方法的区别。
一、 转换思想(1)转换思想的内涵转换思想就是指解决问题时策略、方法、指导思想的跳跃性变化,能跳出现有领域的局限,联系相关领域,并用相关领域的思维方式来解决现有领域内的问题。
要做到这一点,对思维能力的要求相对更高,必须对各个领域分别都有透彻的了解,更必须对各领域之间的联系有较多的研究,在关键时刻才能随心所欲地运用。
(2)转换思想在同一学科中的应用转换思想可以就是在同一学科的不同知识模块之间的变换,在解决问题时改变解题方向。
象数学学科中,数与式的互相转换、数与形的互相转换、文字语言与符号语言的互相转换。
比如,函数、方程、不等式就是代数中的三大重要问题,而它们之间完全可以用三个知识模块的不同方法解决其她模块的各类问题。
不等式恒成立问题可以转换到用函数图象解决,或者就是二次方程根的分布,也可以转换到二次函数与x 轴的交点问题。
再比如,数列问题用函数观点来解释,那更就是我们数学课堂中一再强调的问题了。
瞧这样一个问题:已知:11122=-+-a b b a ,求证:122=+b a 。
[分析] 这就是一个纯粹的代数证明问题,条件的变形就是比较艰难的,所以希望把条件变形从而得到结论这条思路也有点令人望而生畏。
再仔细观察本题的条件、结论中所出现的形式,稍加联系,我们完全可以想到:21a -、21b -、122=+b a 这些特殊形式在另一知识模块——三角函数中经常出现,它们呈现出完全类似的规律性。
[解答]由题意1≤a 、1≤b ,则可设αsin =a ,αcos =b ,πα<≤0 11122=-+-a b b a 即为1sin 1cos cos 1sin 22=-+-αααα化简得1cos cos sin sin =+αααα所以0sin ≥=αa ,0cos ≥=αb则 1cos sin 2222=+=+ααb a[小结] 本题的解决了就是发现了不同知识模块中的类似规律,加以利用得到新的思路,本题的题设与结论中都没有出现三角函数的形式,最终却必须引进三角函数加以解决,思维已经具有跳跃性,对一般学生来说解决起来还就是比较棘手的。
4 转化与化归思想主线—基础—方法—应用—例题—注意—总结知识清单:知识1 转化与化归思想概述知识2 转化与化归的原则知识1 转化与化归思想概述所谓化归思想就是通过转化,使所要解决的问题由难变易或变为已经解决的问题,以有利于解决的一种数学思想。
化归思想常常以变换题目的结构形状、变更问题、从反面探究结论等方式出现,前面所介绍的函数思想、方程思想、数形结合、分类讨论等都是重要的化归方法。
知识2 转化与化归的原则(1)目标简化原则将复杂的问题向简单的问题转化。
(2)和谐统一性原则即化归应朝着使待解决问题在表现形式上趋于和谐,在量、形关系上趋于统一的方向进行,使问题的条件和结论更均匀和恰当。
(3)具体化原则即化归方向应由抽象到具体。
(4)低层次原则即将高维空间问题化归成低维空间问题。
(5)正难则反原则即当问题正面讨论遇到困难时,可考虑问题的反面,设法从问题的反面去探求,使问题获解。
方法清单:方法1 直接转化法方法2 换元转化法方法3 数形结合法转化方法4 构造法转化方法5 坐标法转化方法6 补集法转化方法7 空间与平面间的转化方法8 几何条件转化为向量关系的方法方法9 变更主元的转化法方法10一般式转化为标准式方法1 直接转化法把原问题转化为基本定理、基本公式或基本图形问题。
例1函数y=1+a x(0<a<1)的反函数的图象大致是()方法2 换元转化法运用“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。
例2 设20≤≤x ,求函数523421+⋅-=-x x y 的最大值和最小值。
方法3 数形结合法转化研究原问题中数量关系(解析式)与空间形式(图形)的关系,通过互相变化获得转化途径。
例3 已知1,0,0=+≥≥b a b a ,求证225)2()2(22≥+++b a 方法4 构造法转化 “构造”一个合适的数学模型,把问题变为易于解决的问题。
转化与化归思想转化与化归的思想,就是在研究和解决数学问题时采用某种方式,借助某种函数性质、图象、公式或已知条件将问题通过变换加以转化,进而达到解决问题的思想。
等价转化总是将抽象转化为具体,复杂转化为简单、未知转化为已知,通过变换迅速而合理的寻找和选择问题解决的途径和方法。
转化与化归的基本类型:(1)正与反、一般与特殊的转化,即正难则反、特殊化原则。
(2)常量与变量的转化,即在处理多元问题时,选取其中的常量(或参数)当“主元”,其它的变量看作常量。
(3)数与形的转化,即利用对数量关系的讨论来研究图形性质,也可利用图形直观提供思路,直接的反应函数或方程中变量之间的关系。
(4)数学各分支之间的转化,如利用向量法解立体几何问题,用解析几何方法处理平面几何、代数、三角问题等。
(5)相等与不等之间的转化。
(6)实际问题与数学模型的转化。
[例1]对任意函数f(x),x∈d,可按图示构造一个数列发生器,其工作原理如下:①输入数据x0∈d,经数列发生器输出x1=f(x0);②若x1 d,则数列发生器结束工作;若x1∈d,则将x1反馈回输入端,再输出x2=f(x1),并依此规律继续下去。
现定义f(x)=(1)若输入x0= ,则由数列发生器产生数列{xn},请写出{xn}的所有项;(2)若要数列发生器产生一个无穷的常数列,试求输入的初始数据x0的值;(3)若输入x0时,产生的无穷数列{xn},满足对任意正整数n均有xn4,x3=f(x2)x1且1xn(n∈n*)综上所述,x1∈(1,2)由x1=f(x0),得x0∈(1,2)。
[例2]设动直线x=m与函数f(x)=x3,g(x)=lnx的图像分别交于点m,n,则mn的最小值为()a. (1+ln3)b. ln3c. (1-ln3)d.ln3-1解析:如图,mn=x3-lnx,令h(x)=x3-lnx,则h(x)=3x3- = ,令h(x)=0,解得x= ,当0 时,h(x)>0,h(x)单调递增;所以当x= 时,h(x)取最小值,即mn=h(x)=h 。
转化与化归思想方法,就是在研究和解决有关数学问题时采用某种手段将问题通过变换使之转化,进而得到解决的一种方法.一般总是将复杂的问题通过变换转化为简单的问题,将难解的问题通过变换转化为容易求解的问题,将未解决的问题通过变换转化为已解决的问题.转化与化归思想在高考中占有十分重要的地位,数学问题的解决,总离不开转化与化归,如未知向已知的转化、新知识向旧知识的转化、复杂问题向简单问题的转化、不同数学问题之间的互相转化、实际问题向数学问题转化等.各种变换、具体解题方法都是转化的手段,转化的思想方法渗透到所有的数学教学内容和解题过程中.1.转化与化归的原则1熟悉化原则:将陌生的问题转化为熟悉的问题,以利于我们运用熟知的知识、经验来解决.2简单化原则:将复杂问题化归为简单问题,通过对简单问题的解决,达到解决复杂问题的目的,或获得某种解题的启示和依据.3直观化原则:将比较抽象的问题化为比较直观的问题来解决.4正难则反原则:当问题正面讨论遇到困难时,可考虑问题的反面,设法从问题的反面去探讨,使问题获解.2.常见的转化与化归的方法转化与化归思想方法用在研究、解决数学问题时,思维受阻或寻求简单方法或从一种状况转化到另一种情形,也就是转化到另一种情境使问题得到解决,这种转化是解决问题的有效策略,同时也是成功的思维方式.常见的转化方法有: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”把式子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等价转化法:把原问题转化为一个易于解决的等价命题,达到化归的目的.5特殊化方法:把原问题的形式向特殊化形式转化,并证明特殊化后的问题、结论适合原问题.随着国家经济的发展,科技的发达,人才的需求,中国教育的改革,数学新课标的出现,在对学生的知识与技能,数学思想及情感与态度等方面的要求,学生在数学的学习方法也应该要相应改变了,要满足社会的需要.化归与转化思想的实质是揭示联系,实现转化.除极简单的数学问题外,每个数学问题的解决都是通过转化为已知的问题实现的.从这个意义上讲,解决数学问题就是从未知向已知转化的过程,同时在生活中许许多多的事情也需要往已知的方面转化,把事情简单化,这对以后学生的能力与德育方面有很大的帮助.化归与转化的思想是解决数学问题的根本思想,解题的过程实际上就是一步步转化的过程.数学中的转化比比皆是,如未知向已知转化,复杂问题向简单问题转化,新知识向旧知识的转化,命题之间的转化,数与形的转化,空间向平面的转化,高维向低维转化,多元向一元转化,高次向低次转化,超越式向代数式的转化,函数与方程的转化等,都是转化思想的体现.新的教学体制的出现,化归与转化的思想将是贯穿整个中学教学的一种主要的思想,所以在教学过程中要把这种思想溶入进去,让学生体会个中的精髓.关健词化归;转化;分析;联想1.化归与转化解决数学问题时,常遇到一些问题直接求解较为困难,通过观察、分析、类比、联想等思维过程,选择运用恰当的数学方法进行变换,将原问题转化为一个新问题相对来说,对自己较熟悉的问题,通过新问题的求解,达到解决原问题的目的,这一思想方法我们称之为“化归与转化的思想方法”.化归与转化思想的核心,是以可变的观点对所要解决的问题进行变形,就是在解决数学问题时,不是对问题进行直接进攻,而是采取迂回的战术,通过变形把要解决的问题,化归为某个已经解决的问题.从而求得原问题的解决.它的基本形式有:化未知为已知,化难为易,化繁为简,化曲为直等等.化归与转化的思想也不是随时能用,或随便用的,它需要遵循一定的原则,从而达到转化的正确性,实现这种思想的作用.下面我就来谈谈我对这种方法的理解.2.化归与转化的原则化归与转化思想的实质是揭示联系,实现转化.转化有等价转化和非等价转化,等价转化的作用就不用说,而不等价转换,如果没明确的附加条件,那就失去它的价值了.所以化归与转化就需要遵循一定的原则:2.1熟悉化原则:将陌生的问题转化为熟悉的问题,以利于我们运用熟知的知识、经验和问题来解决.除了及少数的原始知识外,整个中学的数学知识的学习就是在实现转化为旧的知识而得到的.例如:学二元一次方程就用化元法转化为一元一次方程;学一元二次方程用降幂法转化为一元一次方程;函数与方程之间的转化等等.2.2简单化原则:将复杂的问题化归为简单问题,通过对简单问题的解决,达到解决复杂问题的目的,或获得某种解题的启示和依据.这个原则大部分学生都知道,他们都会想把问题简单化,达到求解的过程.这个原则可以在无以记数的数学简便方法中体现出来.2.3和谐化原则:化归问题的条件或结论,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其方法符合人们的思维规律.也就是说整个转化的过程中,要符合思维规律,虽然思维可以多样化,可以无以为边的想象,但也要能被人接受并能理解.体现出现在国家倡导的和谐社会.2.4直观化原则:将比较抽象的问题转化为比较直观的问题来解决.这个主要在函数与图象的联系中体现出来.把某些枯燥乏味的代数问题转化为图形来解决,能直观的解决问题.2.5正难则反原则:当问题正面讨论遇到困难时,可考虑问题的反面,设法从问题的反面去探求,使问题获解.反证法的应用把这个原则表现的淋漓尽致,学生能理解到其中的精髓可是可以受用无穷的,包括在生活中的应用.2.6 现实化原则:所学所用所理解的道理要用于社会实践,同时要满足社会人才的需求.3.化归与转化的方法化归与转化的方法,在千变万化的题目中,方法也各不相同,也无以统计,这里就只讲解几中常用,学生也容易理解的.3.1 直接转化法:直接把新的知识转化为前续知识.这个在讲解新课的时候,尽量让学生去体会,让他们能自己解决新的问题,获取新的知识,接着把新的知识吸收,继续解决新的问题.3.2 构造法:这个是个重要的方法,有不少题目,不能直接解决和转化,缺少了媒介,让不少学生无从下手,这时就需要构造一个数学情境,建立一个数学模型,把问题溶入进去,使问题简单化,直观化,从而达到求解的过程.3.3 数与形的转化:这个主要用于函数问题的解答和某些图型中的某些量的关系.数形结合是数学学习的一种重要的思想.3.4 换元法:这个重要是把一些繁杂的,但又有重复性的题目简单化,更直观.这个主要用于方程的解答.3.5 相等与不相等之间的转化:这个主要用与不等式的证明和函数区间.3.6 实际问题与数学理论的转化:理论联系实际的一种方法.也是学生情感方面的培养.3.7 特殊与一般之间的转化:公式法解一元二次方程就是把特殊的一般化了.同时也可以说把具体的抽象化了.3.8 数学各分支之间的转化:数学本来就是一个连贯的整体,把各分支有机的联系起来,让人感到它的魄力.同时也能解决数学以外的我问题.5 总结提炼数学新课标要求学生不仅要学会知识,还要能用所学的知识解决新问题,并能总结归纳,化为新的知识并接受,这样才能满足社会人才的需求.化归与转化就是将待解决或未解决的问题,通过转化归结为一个已经能解决的问题,或者归结为一个比较容易解决的问题,或者归结为一个已为人们所熟知的具有既定解决方法和程序的问题,最终求得原问题的解决.懂得化归和转化的基本方向是简单化、熟悉化、和谐化.化归和转化需要广泛和灵活的联想,联想的基础是扎实的基础知识、基本技能和基本方法.熟练、扎实地掌握基础知识、基本技能和基本方法是转化的基础;丰富的联想、机敏细微的观察、比较、类比是实现转化的桥梁;培养训练自己自觉的化归与转化意识需要对定理、公式、法则有本质上的深刻理解和对典型习题的总结和提炼,要积极主动有意识地去发现事物之间的本质联系.为了实施有效的化归,既可以变更问题的条件,也可以变更问题的结论,既可以变换问题的内部结构,又可以变换问题的外部形式,既可以从代数的角度去认识问题,又可以从几何的角度去解决问题.。
转化与化归的数学思想一、转化与化归思想的含义化归指的是转化与归结.简单的化归思想就是把不熟悉的问题转化成熟悉问题的数学思想.即把数学中待解决或未解决的问题,通过观察、分析、联想、类比等思维过程,选择恰当的方法进行变换、转化,归结到某个或某些已经解决或比较容易解决的问题上,最终解决原问题的这种解决问题的思想,称为化归思想.化归思想是解决数学问题的基本思想,解题的过程实际上就是转化的过程.数学中的转化比比皆是,比如将未知向已知转化;复杂问题向简单问题转化;命题间的转化;数与形的转化;空间向平面的转化;高次向低次的转化;多元向少元的转化;无限向有限的转化等都是化归思想的体现.化归思维模式:问题→新问题→解决新问题→解决原问题.化归与转化应遵循的基本原则:(1)熟悉化原则:将陌生的问题转化为熟悉的问题,以利于我们运用熟知的知识、经验和问题来解决;(2)简单化原则:将复杂的问题化归为简单问题,通过对简单问题的解决,达到解决复杂问题的目的,或获得某种解题的启示和依据;(3)和谐化原则:化归问题的条件或结论,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其方法符合人们的思维规律;(4)直观化原则:将比较抽象的问题转化为比较直观的问题来解决;(5)正难则反原则:当问题正面讨论遇到困难时,可考虑问题的反面,设法从问题的反面去探求,使问题获解。
二、化归思想的解题途径1、一般与特殊的转化21(0)11,2.243y ax a F P Q PF FQ p q p q A a B a C a D a =>+例 过抛物线的焦点作一直线与抛物线交于、两点,若线段、的长分别为、则的值为( )2.具体与抽象的转化.把抽象问题具体化是在数学解题中常有的化归途径,它是对抽象问题的理解和再认识,在抽象.例2、设函数 的定义域为D ,若所有点 构成一个正方形区域,则a 的值为A .-2B .-4C .-8D .不能确定3. 正面与反面的转化在处理某一问题时,按习惯思维从正面思考比较困难,这时用逆向思维的方式从反面去考虑,往往使问题变得比较简单。
一、 考点回顾化归与转化的思想,就是在研究和解决数学问题时采用某种方式,借助某种函数性质、图象、公式或已知条件将问题通过变换加以转化,进而达到解决问题的思想。
转化是将数学命题由一种形式向另一种形式的变换过程,化归是把待解决的问题通过某种转化过程归结为一类已经解决或比较容易解决的问题。
化归转化思想是中学数学最基本的思想方法,堪称数学思想的精髓,它渗透到了数学教学内容的各个领域和解题过程的各个环节中。
转化有等价转化与不等价转化。
等价转化后的新问题与原问题实质是一样的,不等价转则部分地改变了原对象的实质,需对所得结论进行必要的修正。
应用化归转化思想解题的原则应是化难为易、化生为熟、化繁为简,尽量是等价转化。
常见的转化有: 1、等与不等的相互转化等与不等是数学中两个重要的关系,把不等问题转化成相等问题,可以减少运算量,提高正确率;把相等问题转化为不等问题,能突破难点找到解题的突破口。
2、正与反的相互转化对于那些从“正面进攻”很难奏效或运算较难的问题,可先攻其反面,从而使正面问题得以解决。
3、特殊与一般的相互转化对于那些结论不明或解题思路不易发现的问题,可先用特殊情形探求解题思路或命题结论,再在一般情况下给出证明,这不失为一种解题的明智之举。
4、整体与局部的相互转化整体由局部构成,研究某些整体问题可以从局部开始。
5、高维与低维的相互转化事物的空间形成,总是表现为不同维数且遵循由低维想高维的发展规律,通过降维转化,可把问题有一个领域转换到另一个领域而得以解决,这种转化在复数与立体几何中特别常见。
6、数与形的相互转化通过挖掘已知条件的内涵,发现式子的几何意义,利用几何图形的直观性解决问题,使问题简化。
7、函数与方程的转化 二、经典例题剖析例1、设0a ≥,2()1ln 2ln (0)f x x x a x x =--+>.(Ⅰ)令()()F x xf x '=,讨论()F x 在(0)+,∞内的单调性并求极值; (Ⅱ)求证:当1x >时,恒有2ln 2ln 1x x a x >-+.解析:(Ⅰ)讨论()F x 在(0)+,∞内的单调性并求极值只需求出()F x 的导数'()F x 即可解决;(Ⅱ)要证当1x >时,恒有2ln 2ln 1x x a x >-+,可转化为证1x >时2ln 2ln 10x x a x -+->,亦即转化为1x >时()0f x >恒成立;因(1)0f =,于是可转化为证明()(1)f x f >,即()f x 在(1,)+∞上单调递增,这由(Ⅰ)易知。
高三数学思想、方法、策略专题第三讲 转化与化归思想一.知识探究:等价转化是把未知解的问题转化到在已有知识范围内可解的问题的一种重要的思想方法。
通过不断的转化,把不熟悉、不规范、复杂的问题转化为熟悉、规范甚至模式法、简单的问题。
1.转化有等价转化与非等价转化。
等价转化要求转化过程中前因后果是充分必要的,才保证转化后的结果仍为原问题的结果。
非等价转化其过程是充分或必要的,要对结论进行必要的修正(如无理方程化有理方程要求验根),它能带来思维的闪光点,找到解决问题的突破口。
2.常见的转化方法(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”把非标准形式的方程、不等式、函数转化为容易解决的基本问题;(3)参数法:引进参数,使原问题的变换具有灵活性,易于转化;(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,用代数方法解决解析几何问题,是转化方法的一种重要途径;(6)类比法:运用类比推理,猜测问题的结论,易于确定转化的途径;(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)一般化方法:若原问题是某个一般化形式问题的特殊形式且有较难解决,可将问题通过一般化的途径进行转化;(9)等价问题法:把原问题转化为一个易于解决的等价命题,达到转化目的;(10)补集法:(正难则反)若过正面问题难以解决,可将问题的结果看作集合A ,而把包含该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A C U 获得原问题的解决。
3.化归与转化应遵循的基本原则:(1)熟悉化原则:将陌生的问题转化为熟悉的问题,以利于我们运用熟知的知识、经验和问题来解决;(2)简单化原则:将复杂的问题化归为简单问题,通过对简单问题的解决,达到解决复杂问题的目的,或获得某种解题的启示和依据;(3)和谐化原则:化归问题的条件或结论,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其方法符合人们的思维规律;(4)直观化原则:将比较抽象的问题转化为比较直观的问题来解决;(5)正难则反原则:当问题正面讨论遇到困难时,可考虑问题的反面,设法从问题的反面去探求,使问题获解。
二.命题趋势数学问题解答题离不开转化与化归,它即是一种数学思想又是一种数学能力,高考对这种思想方法的考查所占比重很大,是历年高考考查的重点。
预测高考对本讲的考查为:(1)常量与变量的转化:如分离变量,求范围等。
(2)数与形的互相转化:若解析几何中斜率、函数中的单调性等。
(3)数学各分支的转化:函数与立体几何、向量与解析几何等的转化。
(4)出现更多的实际问题向数学模型的转化问题。
三.例题点评题型1:集合问题例1.(2004年全国高考试题卷III )设集合M x y x y x R y R {(,)||}221+=∈∈,,,N x y x y x R y R =-=∈∈{(,)||}20,,,则集合M N 中元素的个数为( )A .1B .2C .3D .4(2)(2004年全国高考题卷I )设A 、B 、I 均为非空集合,且满足A B I ⊆⊆,则下列各式中错误的是( )A C AB IB C A C B I C A C B D C A C B C B I I I I I I I .().()().().()() ====φ解析:(1)将集合M N 中元素个数的符号语言转化为与之等价的文字语言:圆x y 221+=与抛物线x y 20-=交点的个数。
因此在同一坐标系内作出圆x y 221+=和抛物线y x =2的图象,观察可得选B ;(2)将题设条件转化为图形语言,即构造图2,由图形逐一验证,得B 项不正确,故应选B 。
IB图2 A点评:对于许多集合问题,通过转化,将不熟悉和难解的集合问题转化为熟知的易解的问题,将抽象的问题转化为具体的直观的问题,便于将问题解决。
题型2:函数问题例2.(1)已知函数α,β满足,15323=+-ααα55323=+-βββ,求β+a 的值;(2)关于x 的方程0cos sin 2=++a x x 在[0,π]内有解,求a 的取值范围。
解析:(1)构造函数,3)1(2)1(53)(323+-+-=+-=x x x x x x f 则有.5)(,1)(==βαf f又t t t g 2)(3+=在R 上是单调递增的奇函数,且 .23)()1(-=-=-ααf g故211)1()1()1(=+⇒-=-⇒-=--=-βαβαββαg g g 。
(2)分析:此题就直接解三角方程再确定a 的范围,简直难以下手,并且繁琐无比,但若转化为求45)21(cos 1cos cos 22--=--=x x x a 在]0[π,∈x 的取值范围,问题就简单易解,通过简单的计算,很快得到了a 的取值范围是]145[,-。
点评:构造函数解题是数学中的常用方法,通过巧妙地构造辅助函数,把原来的问题转化为研究辅助函数的性质,从而达到解题目的。
题型3:不等式问题例3.(1)已知a ,b ,m R ∈+,且a b <,求证:a m b m a b++>; (2)已知a >0,b >0,且a b +=1,求证:()()a a b b ++≥11254。
解析:(1)分析1:a b ,a m b m++的形式可以联想到两点连线的斜率,所以可构造斜率来解题。
图1证法1:如图1,设A (b ,a ),B (-m ,-m ),其中m >0。
因为0<<a b ,则直线OA 的斜率:k a bOA ==<tan α11 直线AB 的斜率:k a m b m AB ==++<tan α21 因为B 在第三象限的角平分线上,所以AB 必与x 轴正半轴相交,且有0412<<<ααπ 所以tan tan αα21>,即a mb m a b ++> 分析2:a b ,a m b m++的形式与相似三角形中的对应线段成比例类似,所以可联想到构造相似三角形来解题。
,23)()1(=-=-ββf g图2证法2:如图2,在Rt ABC ∆和Rt ADF ∆,AB a =,AC b =,BD m =,作CE//BD 交DF 于E 。
因为∆∆ABC ADF ~,所以a b a m b CF a m b CE a m b m =++<++=++(斜边大于直角边)(2)令f x x x ()=+1,x ∈(,)01。
因为f x x '()=-112,当x ∈(,)01时,f x '()<0,所以f x ()在(0,1)上是减函数。
又021412<≤+=<ab a b (),所以f ab f ()()≥14,即ab ab +≥+=1144174。
所以()()()a a b b ab ab b a a b++=+++111 ≥++≥+⋅=+=17417421742254()b a a b b a a b 即原不等式成立。
点评:联想是由一事物联想到另一事物的思维方式和过程,这种联想通常是事物的形式、结构、范围、关系等因素作用的结果。
由联想而引发的构造称之为联想构造。
题型4:三角问题例4.(1)已知a b R ,∈,且a b 221+≤,求证:a ab b 2222+-≤; 证明:设a r b r ==cos sin θθ,,其中[)r ≤∈102,,θπ则a ab b r r r 222222222+-=+-cos sin cos sin θθθθ =+=+⎛⎝ ⎫⎭⎪≤r r r 222222242cos sin sin θθθπ ∴+-≤a ab b 2222原不等式得证。
点评:三角换元法:把代数形式转化为三角形式,利用三角函数的性质解决。
(2)若04<<<+=+=αβπααββ,,sin cos sin cos a b ,则( ) A .a b < B .a b >C .ab <1D .ab >2解析:若直接比较a 与b 的大小比较困难,若将a 与b 大小比较转化为a b 22与的大小比较就容易多了。
因为a b 221212=+=+sin sin αβ,又因为0222<<<αβπ 所以sin sin 22αβ<,所以a b 22<又因为a b ,>0,所以a b <故选(A )。
点评:体现在三角函数中是切割化弦、统一角、统一函数名称、换元等手段处理求值(域)、最值、比较大小等问题。
题型5:数列问题例5.等差数列{}a n 的前n 项的和为S n ,且S 10100=,S 10010=,求S 110。
解析:显然公差d ≠0,所以S n 是n 的二次函数且无常数项。
于是设S an bn n =+2,()a ≠0,则a b a b ⨯+⨯=⨯+⨯=⎧⎨⎩10101001001001022,解得a b =-=⎧⎨⎪⎪⎩⎪⎪1110011110。
所以S n n n =-+11100111102,从而S 11021110011011110110110=-⨯+⨯=-。
点评:数列是一种特殊的函数,动态的函数观点是解决数列问题的有效方法。
数列的项可看作定义在正整数集(或它的有限子集)上的函数。
如等差数列{}a n 的通项公式a a n =+1()()n d dn a d -=+-11,前n 项的和公式S na n n d d n a d n n =+-=+-1211222()()。
当d ≠0时,可以看作自变量n 的一次和二次函数。
因此利用函数的思想方法去研究数列问题不仅能加深对数列的理解,也有助于学生解题思维能力的培养及增强应用函数思想解题的意识。
题型6:立体几何问题例6.(1)如果,三棱锥P —ABC 中,已知PA ⊥BC ,PA=BC=l ,PA ,BC 的公垂线ED=h .求证三棱锥P —ABC 的体积216V l h =。
分析:如视P 为顶点,△ABC 为底面,则无论是S △ABC 以及高h 都不好求.如果观察图形,换个角度看问题,创造条件去应用三棱锥体积公式,则可走出困境.解析:如图,连结EB,EC,由PA⊥BC,PA⊥ED,ED∩BC=E,可得PA⊥面ECD.这样,截面ECD将原三棱锥切割成两个分别以ECD为底面,以PE、AE为高的小三棱锥,而它们的底面积相等,高相加等于PE+AE=PA=l,所以V P-ABC=V P-ECD+V A-ECD=13S△ECD•AE+13S△ECD•PE=13S△ECD•PA=13•12BC·ED·PA=216V l h。