利用解题坐标系对一道数学题多角度思考

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  摘  要:利用解题坐标系,对一道数学题多角度思考,感受其中解题思维的奥妙,有利于培养学习者对数学学习的兴趣,促进其解题能力和思维能力的提高。
  关键词:解题坐标系;数学解题;思维能力
  罗增儒[1]将数学问题系统表示成以数学方法的实施与数学原理(公理、定理、公式、概念等)的应用为横纵两轴的解题坐标系(具体见图1)。其中,题目的条件和结论表示坐标平面上的两点。由此可见,寻求条件与结论的逻辑渠道就是解题的思考中心:以方法或技巧的运用进行横轴方法的推进,数学内容的转化进行纵轴方向的推进。那么,数学问题的解答思路便在内容与方法的统一与转化中诞生。本文借用此构想,对一道数学题向横纵两轴进行多角度思,激发学习者对数学的兴趣,以便促进其思维能力的提高。
  图1
  例:若,证:。
  思路一:构建解题坐标系,题意可表示为以条件或结论为中心的一系列同心圆。从条件出发的同心圆信息,预示可知并启发解题手段;从结论出发的同心圆信息,预告需知并诱导解题方向。观察该题结论为含有根式的不等式证明,可容易预知平方作差的一般方法。
  证明:
  =,
  ,
  又
  。
  思路二:从结论出发的同心圆信息中,当对其横轴投影:不等式两边平方,还可预知直接利用柯西不等式。
  证明:由,根据柯西不等式,
  ,
  。
  以上两种思考都直接利用证明不等式的一般方法,体现了解题坐标系中横轴方法的推进,然解题思维并不高,无法体现思维的发散性和创造性。因此,我们可以试着再向纵轴方向投影,将不等式转化成一个等价、类比的问题,更多有趣的解题思路便在转化中诞生。
  思路三:先对不等式横向变形为:
  由,,且,可预知联想到,从而诱导出将不等式内容纵向转化为三角函数问题。
  证明:要证,
  需证,
  利用三角换元,令,,
  ,,
  需证,
  即证(三角函数的有界性)。
  思路四:向量具有几何形式和代数形式的“双重身份”,是联系多项内容的重要媒介之一。当对纵轴推进时,不等式左边可看成数量积,右边可看成两个向量的模的乘积。因此不难再预知诱导出利用向量的数量积与模的关系解决问题。
  证明:令,
  cos<>
  ,
  。
  思路五:当同一个数学问题与多个内容相关时,说明这几个内容彼此存在着转化联系,这实质是同一知识链上的几个知识点。由于复数运算和向量运算具有密切联系,故可将向量问题纵向推进向复数表示上转化。
  证明:令
  ,
  。
  思路六:由于代数与几何没有绝对界限,所以研究数学问题的代数意义时往往还可以考虑其几何意义。利用“以形助数”的数形结合思想,能够使抽象思维和形象思维相互作用,形象生动地实现该题数量关系和图像性质的相互转化,更能体现问题的内容与方法的统一与转化。
  证明:如图2,令过原点的直线l的方程为:ax+by=0,根据点到直线的距离中,垂线段的距离最短,则点A(c,d)到直线的距离小于且等于到该点到原点的距离,
  即,
  故ac+bd。
  本文前两种思路主要进行横向方法推进,表现为思维比较直接、平稳的运算,含有线性的思维形式;后四种方法注重纵向内容的相互转化,思维比较发散、活跃,含有多元的思维形式,当两者结合思考更能体现数学问题中内容与方法的统一与转化。
  利用解题坐标系,对一道数学题多角度思考,既能促进学习者沟通各项内容与方法统一与转化的联系,从中体会“函数思想、化归与转化、数形结合”等基本数学思想,又能让其感受到数学思维的高深莫测,激发其数学学习的兴趣,从而提高其解题能力和思维能力。
  参考文献:
  [1]罗增儒.解题坐标系的构想[J].中学数学,1992:1-4.
  (作者单位:西华师范大学)
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