高考沖刺 轉(zhuǎn)化與化歸的思想.docx
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1、高考沖刺轉(zhuǎn)化與化歸的思想 編稿:孫永釗審稿:張林娟 【高考展望】 解決數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí),常遇到一些問(wèn)題直接求解較為困難,通過(guò)觀察、分析、類比、聯(lián)想等思維過(guò)程, 選擇運(yùn)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法進(jìn)行變換,將原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)新問(wèn)題(相對(duì)來(lái)說(shuō),對(duì)自己較熟悉的問(wèn)題),通 過(guò)新問(wèn)題的求解,達(dá)到解決原問(wèn)題的目的,這一思想方法我們稱之為“轉(zhuǎn)化與化歸的思想方法” 轉(zhuǎn)化與化歸思想在高考中占有相當(dāng)重要的地位,可以說(shuō)比比皆是,如未知向已知的轉(zhuǎn)化、新知識(shí)向舊 知識(shí)的轉(zhuǎn)化、復(fù)雜問(wèn)題向簡(jiǎn)單問(wèn)題的轉(zhuǎn)化、不同數(shù)學(xué)問(wèn)題之間的互相轉(zhuǎn)化、實(shí)際I'可題向數(shù)學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)化等等. 各種變換、具體解題方法都是轉(zhuǎn)化的手段,轉(zhuǎn)化的思想方法滲透到所有的數(shù)學(xué)
2、教學(xué)內(nèi)容和解題過(guò)程中. 高考對(duì)本講的考查為: (1) 常量與變量的轉(zhuǎn)化:如分離變量,求范圍等。 (2) 數(shù)與形的互相轉(zhuǎn)化:若解析幾何中斜率、函數(shù)中的單調(diào)性等。 (3) 數(shù)學(xué)各分支的轉(zhuǎn)化:函數(shù)與立體兒何、向量與解析兒何等的轉(zhuǎn)化。 (4) 出現(xiàn)更多的實(shí)際問(wèn)題向數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)化問(wèn)題。 【知識(shí)升華】 轉(zhuǎn)化與化歸思想方法,就是在研究和解決有關(guān)數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí)采用某種手段將問(wèn)題通過(guò)變換使之轉(zhuǎn)化,進(jìn) 而得到解決的一種方法.一般總是將復(fù)雜的問(wèn)題通過(guò)變換轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的問(wèn)題,將難解的問(wèn)題通過(guò)變換轉(zhuǎn)化 為容易求解的問(wèn)題,將未解決的問(wèn)題變換轉(zhuǎn)化為己解決的問(wèn)題.解題的過(guò)程就是“化歸”的過(guò)程,不斷地 改變待解決的問(wèn)題
3、,重新敘述它,變換它,直到最后成功地找到某些有用的東西為止. 1. 轉(zhuǎn)化與化歸應(yīng)遵循的原則 (1) 熟悉化原則:將陌生的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉的問(wèn)題,以利于我們運(yùn)用熟知的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和方法來(lái)解決. (2) 簡(jiǎn)單化原則:將復(fù)雜問(wèn)題化歸為簡(jiǎn)單問(wèn)題,通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單問(wèn)題的解決,達(dá)到解決復(fù)雜問(wèn)題的目的, 或獲得某種解題的啟示和依據(jù). (3) 和諧化原則:化歸問(wèn)題的條件或結(jié)論,使其表現(xiàn)形式更符合數(shù)與形內(nèi)部所呈現(xiàn)的和諧統(tǒng)一的形式, 或者轉(zhuǎn)化命題,使其有利于運(yùn)用某種數(shù)學(xué)方法或符合人們的思維規(guī)律. (4) 直觀化原則:將比較抽象的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為比較直觀的問(wèn)題來(lái)解決. (5) 正難則反原則:當(dāng)問(wèn)題正面討論遇到困難時(shí),可
4、考慮問(wèn)題的反面,設(shè)法從問(wèn)題的反面去探求,使 問(wèn)題獲解. 2. 轉(zhuǎn)化與化歸的基本類型 (1) 正與反、一般與特殊的轉(zhuǎn)化,即正難則反,特殊化原則. (2) 常量與變量的變化,即在處理多元問(wèn)題時(shí),選取其中的變量(或參數(shù))當(dāng)“主元”,其他的變量 看作常量. 由二次函數(shù)r(x)在[-1, 1]的圖形易知: f(i)w o且 f (-DWO, 3 解得:P<--或P—3. 2 3 ..?滿足已知條件的P的取值范圍為(-己,3). 2 【變式 3】己知三條拋物線:y = x2 +4ax-4a + 3f y = x2 +(a-\)x + a2, y = 中至 少有一條與x軸相交,求實(shí)
5、a的取值范圍. 【答案】a<--^a>-\. 2 類型五、換元轉(zhuǎn)化問(wèn)題 【例8】已知aER,求函數(shù)y = (a-sinx)(a-cosx)的最小值. 【思路點(diǎn)撥】y = (a- sin x)(q - cos x) = a2 - tz(sin x + cos x) + sin jvcos x ,而 sin x + cosx 與 sinxcos工有聯(lián)系,可設(shè)1 = sinx + cosx,則原來(lái)的問(wèn)題可轉(zhuǎn)化為二次函數(shù)在閉區(qū)間上的最值問(wèn)題. 【解析】設(shè)z = sinx + cosx,貝it = \/2sin(x + —), t g [->/2,\/2], 4 1 , 1 , 而
6、sin xcos x = — [(sin x + cos x) 一 1]=—(廣一 1), 2 2 于是 y =fit)=6?—。⑸心+cosx)+s i iircosx =?2—— (/2—1)= — r2—— 2 2 2 1 八 1 , 1 2 2 2 原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求二次函數(shù)M=-U~a)2+-a2~-在公皿]上的最值問(wèn)題. 2 2 2 (1) 當(dāng)一 4iw(iW& t=u 時(shí), e 1 0 1 ^Omin Cl ——一; 2 2 (2) 當(dāng)時(shí),f(t)在[―JL 上單調(diào)遞減, f(t)min = f(>/2 )=a2— >/2 a+ —; 2 (3) 當(dāng)a
7、<-V2時(shí),f(x)在[一丁^, J5]上單調(diào)遞增,
f(t)min = f(— >[1 ) = a2+>/2 a+ —
2
【總結(jié)升華】代數(shù)問(wèn)題三角化,往往可充分利用三角函數(shù)的特有性質(zhì),使較為復(fù)雜的問(wèn)題得以簡(jiǎn)化, 從而獲得解答.一般地,當(dāng)條件能轉(zhuǎn)化成如下形式時(shí),就可以考慮三角代換:
⑴若 a2+b2= 1,可設(shè) a=cosa, b=sina;
(2) 若 a2+b2 8、
【變式】函數(shù)f(x)=-41og2-.|og24xlog24x在區(qū)間[-,4]上的最大值等于()
8 8
A. -24 B. 16 C. 25 D. 24
【答案】故選C.
【解析】設(shè)logu=f,則低[一3,2],
故函數(shù)7U)可轉(zhuǎn)化為y=g(r)= — 4(,一3)“+2)
=—4F+4f+24= —4(/— — )2+25?
2
因?yàn)?G[-3,2J,所以當(dāng)/=;時(shí),函數(shù)g。)取得最大值為25.
故選C.
【例9】求函數(shù)/*(*) = 2-4。sin工一cos2工的最大值.
【思路點(diǎn)撥】令t=sin x,將函數(shù)轉(zhuǎn)化為關(guān)于I的二次函數(shù),再求二次函數(shù)在區(qū)間[一1, 1 9、]上的最大
值.
【解析】/(x) = 2-4wsinx-(l-2sin2x)
= 2sin' x—4osinx + l
=2(sinx-?)2 +1-2q2.
設(shè) sin x=t,則一IWtWl,
令 y = g(" = 2(/- a)2 +1 - 2a2.
如圖所示,當(dāng)a<0時(shí),有= g(l)= 3-4".
同理,當(dāng) aNO 時(shí),有),max =g(-l) = 3 + 4".
所以,當(dāng)aVO時(shí)函數(shù)(3)的最大值為3-4a.
當(dāng)a》O時(shí)函數(shù)/(x)的最大值為3+4a.
【總結(jié)升華】通過(guò)換元將三角問(wèn)題轉(zhuǎn)化為較熟悉的一元二次函數(shù)在閉區(qū)間上的最值問(wèn)題,特別注意:
① 換元后 10、所得t的函數(shù)的定義域?yàn)椋垡?, 1];②應(yīng)該討論二次函數(shù)對(duì)應(yīng)的拋物線的對(duì)稱軸相對(duì)于區(qū)間[一1, I]的位置,才能確定其最值.
舉一反三:
【變式1】已知x2+y2=h則z=x-2y的取值范圍是 .
【解析】令 x=cos 0 , y=sin 0 ,則 z = cos。一2sinO = V^cos(6 + °),
, ? Zmax =逐,Zmin = -
/. —^5 < z < 5/5
【變式2】已知aER,求函數(shù)y= (a—sin x) (a—cos x)的最小值.
【解析】設(shè) t=sin x+cos x,
貝iJr = V2sin(x+-),故rG[-V2,V2].
4
11、
. 1 2 1 2
而 sin x - cos x =—[(sin x+cos x)~ 一 1] = —(廣- I),
2 2
于是,y = /(0 = a2 -^(sin x + cosx) + sin xcosx
=a2 -at + -{r -\) = -r-cither--
2 2 2
1, \2 1 2 1
= -(t-a) +-a ——.
2 2 2
原問(wèn)題化歸為求二次函數(shù)f(t) = -(t-a)2+-a2--在公J3]上的最值問(wèn)題.
2 2 2
① 當(dāng)-41 < ? < V2 ut, Et=a, /XDmin —!:
② 當(dāng) a>yf2 時(shí),f(。在[- 12、72,72]上單調(diào)遞減,f(t)m.n=f(42) = a2-42a + ^
③ 當(dāng)a<-42 時(shí),f(。在[—J公扳]上單調(diào)遞增,f(t)min=f(-y/2) = a2+>/2a + ^.
【變式 3】已知/(x) = lg(x + l), g(x) = 21g(2x+r) , twR.
(1) 當(dāng)t=—1時(shí),解不等式f(x) 13、思路點(diǎn)撥】本題是一個(gè)高次方程的問(wèn)題,無(wú)法用判別式去判定根的個(gè)數(shù),故可以轉(zhuǎn)化命題,轉(zhuǎn)化為 曲線y=x3—3x2與直線y=a有一個(gè)交點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
【解析】由 X1—3x2—a=0 得 a=x3—3x',
令 fM = x3 - 3x2
?,? f 3 = 3x2 - 6x = 3x(x - 2),
令 f '(-<,) = 0 ,得 x=0 或 x=2.
當(dāng)(一8, o)時(shí),yu)>o;
當(dāng)(0, 2)時(shí),尸⑴vO;
當(dāng) xG (2, +8)時(shí),廣(x)>0.
所以/(x)在(一8, 0)和(2, +8)上是增函數(shù),在(0, 2)上為減函數(shù).
又/(0) = 0, / 14、⑵= -4.
結(jié)合圖象,直線y=a與曲線y=xa-3x2有一個(gè)公共點(diǎn)時(shí),則a<-4或a>0.
所以關(guān)于x的方程x3-3x2-a=0只有一個(gè)實(shí)數(shù)根時(shí),
實(shí)數(shù)a的取值范圍為a<-4或a>0.
【總結(jié)升華】在解題的過(guò)程中,直接考慮思維受阻時(shí),要學(xué)會(huì)變換解決問(wèn)題的角度,轉(zhuǎn)化命題的形式, 使問(wèn)題變得直觀、簡(jiǎn)潔,進(jìn)而使問(wèn)題得以解決,有些問(wèn)題可以考慮其反面,通過(guò)解決反面使問(wèn)題得以解決, 有些空間中的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面問(wèn)題則變得簡(jiǎn)潔.這就是轉(zhuǎn)化與化歸思想的真諦.
舉一反三:
【變式】設(shè)0< 0 <2 n ,且方程2sin(6> + -) = /n有兩個(gè)不同的實(shí)數(shù)根,求實(shí)數(shù)m的取值范圍及這兩個(gè) 3
15、
實(shí)根的和.
JT ]T
【解析】將原方程2sin(Q + :) = m轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)y = 2sin(x+y)的圖象與直線y = m有兩個(gè)不同 的交點(diǎn)時(shí),求a的范圍及a+B的值.
jr
如圖,在同一坐標(biāo)系中,作出y = 2sin(x+y)及y=m的圖象,
由圖可知:當(dāng)一2<也<占或后 m<2時(shí),直線與曲線有兩個(gè)交點(diǎn),
即原方程2 sin(6> + -) = m有兩個(gè)不同實(shí)根.
3
若y/3 16、6
7 71 7 7T
則另一個(gè)根為易=史一。,?.?為+七=工.
6 3
且由對(duì)稱性可知,這兩個(gè)實(shí)根的和為生或一上.
3 3
類型七、空間線面關(guān)系的轉(zhuǎn)化 【例11】如圖,在四面體ABCD中,CB=CD, ADLBD,點(diǎn)、E、F分別是AB、8。的中點(diǎn).求證: ⑴直線EF〃平面ACO;⑵平面EFC1.平面BCD.
【思路點(diǎn)撥】證明線面平行,常用方法是轉(zhuǎn)化為證線線平行或面面平行:證明面面垂直,常常轉(zhuǎn)化為線面垂直
【解析】⑴在△△位)中,因?yàn)樾?、尸分別是AB、的中點(diǎn),所以EF//AD.又AOU平面ACD, E冏平面 ACD.所以直線以〃平面ACD.
(2) 在左中,因?yàn)? 17、AD'BD, EF//AD,所以 EFVBD.
在△8CD中,因?yàn)镃D=CB, F為BD的中點(diǎn),所以CF±BD.
因?yàn)椤?FU平面EFC, CFU平面EFC, EF與CF交于點(diǎn)、F,所以平面EFC.
又因?yàn)锽DU平面BCD,所以平面EFCL平面BCD.
【總結(jié)升華】在立體幾何證明中,兩類轉(zhuǎn)化關(guān)系相當(dāng)重要:
線線平行-線面平行一面面平行
線線垂直-線面垂直一面面垂直
舉一反三:
【變式】如圖,在矩形ABCD中,AB=3j^, BC=3,沿對(duì)角線BD把ABCD折起使C點(diǎn)移到G點(diǎn),旦G在平 面ABD內(nèi)的射影0恰好落在AB上。
(1) 求證:AGIBCi;
(2)求AB與平面BGD 18、所成的正弦值;
(3)求二面角C.—BD—A的正切值。
【解析】(1)由題意,CiO±面ABD。
又 GOu 面 ABC),
.??面 ABG_L 面 ABDo
又 VADXAB,面 ABGC面 ABD=AB,
?.?ADJL面ABG,
..?AD_LBG,
又 BC.IC.D, ADACiD=D,
ABCi± 面 AGD,
BCi _L ACi o
(還可由三垂線定理證AD±BC.)
(2) VBGlfflAC.D, BGu面BGD,
.??面 ACiDl面 BGD,
作AH1C.D,于H,則人日_1面時(shí)【)。連結(jié)BH,則BH為AB在面BCJ)上的射影,
A 19、 ZABH即為AB與面BCiD所成的角。
又在 RtAACiD 中,GD=3V3 , AD=3,
.\ACf3V2 , AAH=V6 ,
AsinZABH=^=T
即AB與面附)所成角的正弦值為丁
(3) 過(guò) 0 作 OG±BD 于 G,連結(jié) GG,則 GG_LBD。
KOZCiGO為二面角Ci—BD—A的平面角。
在RtAAC.B中,GO二竺陽(yáng)二灰
AB
在 MBGD 中,C,G=—― CD| -
BD
0G= Jcq2 cO = g,
AtanZC^ —= 2^2 .
OG
即二面角G—BD—A的正切值為2次。
【點(diǎn)評(píng)】(1)本題證線線垂直過(guò)程中用到了線線垂 20、直、線面垂直、面面垂直相互轉(zhuǎn)化的思想
線線垂直
線面垂直
(2)通過(guò)作線面角與二面角的平面角,將空間角的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面角處理。
(3) 數(shù)與形的轉(zhuǎn)化,即利用對(duì)數(shù)量關(guān)系的討論來(lái)研究圖形性質(zhì),也可利用圖形直觀提供思路,直觀 地反映函數(shù)或方程中的變量之間的關(guān)系.
(4) 數(shù)學(xué)各分支之間的轉(zhuǎn)化,如利用向量方法解立體幾何問(wèn)題,用解析幾何方法處理平面幾何、代 數(shù)、三角問(wèn)題等.
(5) 相等與不等之間的轉(zhuǎn)化,如利用均值不等式、判別式等.
(6) 實(shí)際問(wèn)題與數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)化.
3. 常見(jiàn)的轉(zhuǎn)化方法
(1) 直接轉(zhuǎn)化法:把原問(wèn)題直接轉(zhuǎn)化為基本定理、基本公式或基本圖形問(wèn)題.
(2) 21、換元法:運(yùn)用“換元”把超越式轉(zhuǎn)化為有理式或使整式降'帛等,把較復(fù)雜的函數(shù)、方程、不等 式問(wèn)題轉(zhuǎn)化為易于解決的基本問(wèn)題.
(3) 數(shù)形結(jié)合法:研究原問(wèn)題中數(shù)量關(guān)系(解析式)與空間形式(圖形)關(guān)系,通過(guò)互相變換、獲 得轉(zhuǎn)化途徑.
(4) 參數(shù)法:引進(jìn)參數(shù),使原問(wèn)題的變換具有靈活性,易于轉(zhuǎn)化.
(5) 構(gòu)造法:“構(gòu)造” 一個(gè)合適的數(shù)學(xué)模型,把問(wèn)題變?yōu)橐子诮鉀Q的問(wèn)題.
(6) 坐標(biāo)法:以坐標(biāo)系為工具,用計(jì)算方法解決幾何問(wèn)題.
(7) 類比法:運(yùn)用類比推理,猜測(cè)問(wèn)題的結(jié)論.
(8) 特殊化方法:把原問(wèn)題的形式向特殊化形式轉(zhuǎn)化,并證明特殊化后的結(jié)論適合原問(wèn)題.
(9) 一般化方法:當(dāng)原問(wèn)題是 22、某個(gè)一般化形式問(wèn)題的特殊形式且又較難解決時(shí),可將問(wèn)題通過(guò)一般 化的途徑進(jìn)行轉(zhuǎn)化.
(10) 等價(jià)問(wèn)題法:把原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)易于解決的等價(jià)命題,達(dá)到轉(zhuǎn)化目的.
(11) 加強(qiáng)命題法:在證明不等式時(shí),原命題難以得證,往往把命題的結(jié)論加強(qiáng),即把命題的結(jié)論加 強(qiáng)為原命題的充分條件,反而能將原命題轉(zhuǎn)化為一個(gè)較易證明的命題,加強(qiáng)命題法是非等價(jià)轉(zhuǎn)化方法.
(12) 補(bǔ)集法:如果正面解決原問(wèn)題有困難,可把原問(wèn)題結(jié)果看作集合A,而把包含該問(wèn)題的整體問(wèn) 題的結(jié)果類比為全集U,通過(guò)解決全集U及補(bǔ)集A獲得原問(wèn)題的解決.
以上所列的?些方法是互相交叉的,不能截然分割.
4. 利用轉(zhuǎn)化與化歸的思想解決問(wèn)題的模式 23、可圖示如下:
【典型例題】
類型一、函數(shù)、方程與不等式之間的轉(zhuǎn)化與化歸
【例1高清轉(zhuǎn)化與化歸的思想例題1
ID:404094]設(shè)函數(shù) y(.r)= — X3—(1 + u)x2+4ar+ 24a,其中常數(shù) a>
3
1.
(1) 討論7U)的單調(diào)性;
(2) 若當(dāng)時(shí),yu)>o恒成立, 【思路點(diǎn)撥】⑴求f(x)=0的根,
立轉(zhuǎn)化為f(x)的最小值大于0.
【解析】(l)f(x)=x2—2(l+a)x+4a
求“的取值范圍.
比較兩根的大小、確定區(qū)間,討論f(x)的單調(diào)性;(2)將f(x)>。恒成
=(x—2)(x —2a).
由已知a>l, ...2a>2,
.? 24、?令 f(x)>0,解得 x>2a 或 xV2,
..?當(dāng) xE(-oo, 2)和 xE(2a, +oo)時(shí),f(x)單調(diào)遞增,
當(dāng)xE(2,2a)時(shí),f(x)單調(diào)遞減.
綜上,當(dāng)a>l時(shí),f(x)在區(qū)間(-00, 2)和(2a, +勿)上是增函數(shù),在區(qū)間(2,2a)上是減函數(shù).
(2)由⑴知,當(dāng)時(shí),Re)在x=2a或1=0處取得最小值.
f(2a)= ; (2。)3—(1 +。)(2。)2+4白 2。+24。
4 4
——〃+4/+24。= — — a(a—6)(?+3),
3 3
人0)=24“.
由題設(shè)知
。> 1,
/(2。) >0,即 ,
/(0) > 0,
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