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認識數(shù)學問題的本質(zhì)探究簡捷的方法
認識數(shù)學問題的本質(zhì)探究簡捷的方法
錢桂保
。ńK省南京市臨江高級中學,江蘇南京210000)
摘要:對數(shù)學中的基本概念、性質(zhì)、公式、定理等的深入理解,弄清數(shù)學概念、知識間的內(nèi)在關聯(lián),是數(shù)學問題解決的必不可少的前提。解題的過程也是在探究命題人在題干中給出的函數(shù)模型產(chǎn)生的過程,通過這種探究體驗到考題命制的源與流,感受到了數(shù)學的魅力。
關鍵詞:數(shù)學問題;解題;探究方法
數(shù)學問題的解決需要綜合運用數(shù)學基礎知識,如運用數(shù)學中的基本概念、性質(zhì)、公式、定理等,并進行合理的判斷、推理、演算,因此,對數(shù)學中的基本概念、性質(zhì)、公式、定理等的深入理解,弄清數(shù)學概念、知識間的內(nèi)在關聯(lián),是數(shù)學問題解決的必不可少的前提。隨著學習的深入,理解的深度加深,必然會對問題順利、快速解決有積極的影響,理解越是深刻,產(chǎn)生的解法越簡單。
例1.已知函數(shù)f(x)=x2+x+a,(a>0),若f(m)<0,試判斷f(m+1)的符號?
解法一:∵f (m)<0,代入得:m2+m+a<0,即∴m2+m<-a,因為a>0,所以m2+m<0,解得-1<m<0!鄊+1>0而(f m+1)=(m+1)2+(m+1)+a,其中的每一項均大于0,∴f(m+1)>0,即f(m+1)的符號是正。
上述的解法實質(zhì)是通過f(m+1)的表達式的符號判斷的,但這種解法并不能刻畫此題的背景和實質(zhì),那么這題的本質(zhì)究竟是什么呢?我們來看解法二。
解法二:若設f(x)=x2+x+a≤0的解集為A,那么由f(m)<0知m∈A,而要判斷f(m+1)的符號就相當于判斷m+1是否是集合A中的元素。
既然認識到了本題的實質(zhì)就是判斷m+1與解集A的關系,那么有沒有更加直觀、更加簡潔的解法呢?若能直接判斷數(shù)m+1與解集A的歸屬關系,那無疑是最簡單的方法了,正因如此讓我們想到數(shù)形結合。
解法三:如下圖所示,由于f(x)=x2+x圖像與x軸交點之間的距離MO=1,∵a>0∴f(x)=x2+x+a圖像與x軸交點之間的距離AB<1,由于f(m)<0知:m在區(qū)間(A,B)之間,但m+1必在B右邊,因此:f(m+1)>0,即f(m+1)的符號是正。
由上可以知道,抓好基本概念的理解,了解其內(nèi)涵和外延,積極探索數(shù)學命題的本質(zhì),隨著我們對命題的理解的深刻,必然就會產(chǎn)生更加簡單的解法。
例2:在等差數(shù)列{an}中,若它的前m項的和Sm=Sn,(m≠n),試求Sm+n的值。
初看本題,涉及到等差數(shù)列概念,自然想到用基本量來解決,即:
解法一:∵{an}是等差數(shù)列,且首項為a1,不妨設其公差為d,
誠然,用基本量的方法解決等差或等比數(shù)列是一種通性通法,思路自然,結果正確,但計算較為煩瑣。若要探討它有沒有更加簡單的解法,這就需要我們對本題的本質(zhì)更加深刻的理解。事實上,本題的本質(zhì)并不是等差數(shù)列概念,而是對等差數(shù)列的若干項和的認識,若對等差數(shù)列的前n項和的認識深刻些,如解法二,顯然過程自然簡單些,計算量也小一些了。
解法二:設Sn=An2+Bn,Sm=Am2+Bm,
∴Sn-Sm=(An2+Bn)-(Am2+Bm)=(n-m)[A(n+m)+B]=0
即A(n+m)+B=0
而Sm+n=(m+n)[A(n+m)+B],∴Sm+n=0。
本題主要是針對等差數(shù)列前n項和Sn=An2+Bn的結構特點進行計算,明顯簡單。若換一個角度來審視Sn=An2+Bn這一表達式,就會產(chǎn)生出新的解法來,即:
解法三:若考察相對應的函數(shù)Sn=Ax2+Bx,
∵Sm=Sn,它的對稱軸是x= m+n/2,又∵函數(shù)Sn(x)的圖像過坐標原點(0,0),∴它必過另一點(m+n,0),即Sm+n=0.
解法三實質(zhì)上是采用數(shù)形結合思想方法進行探究的一種解法,過程明顯簡潔快捷。通過上述幾種不同解法中,不難發(fā)現(xiàn),隨著對本題的本質(zhì)Sn認識的深刻,由此產(chǎn)生的解法也更加簡單些,可見,不同的思維層次,所產(chǎn)生的解題方法也不同,理解越深刻,解法也就越簡單。
通過上面的論述,對我們的學習有所啟示,有所觸動,這就是我們要加強理解,不能停留在概念的表面,還要加強理解的深入,認識到概念的本質(zhì),既要縱向,還要橫向,例如高中數(shù)學教材中P的不等式題,我們一起來橫向理解這道題所蘊含的函數(shù)本質(zhì)。
例3.已知a,b,m都是正數(shù),且a<b,求證
這道題的生活背景大家都很清楚,即“杯子里裝有b克糖水,其中含有a克糖的,若在糖水里再添加m克糖(假設全部融解),那么糖水將會變得更甜”這一變化的一種數(shù)學反映,本題的證明,既可用分析法,還可構造斜率加以證明,這里不再贅述。
下面我們討論對此題所蘊含的函數(shù)本質(zhì)的探討。我們知道,不等式(或方程)與函數(shù)是密切相關,緊密聯(lián)系的,用函數(shù)的觀點解決不等式(或方程)是一種普遍的思維模式,如何揭示出此題所給的不等式與某個函數(shù)間的超級鏈接,是這一解法的關鍵。顯然這個等
由此可見,這種用函數(shù)證明不等式的解法,需要對相應函數(shù)的深入認識。以后在解題過程中遇到類似的不等式證明問題,可以通過橫向的對應函數(shù)加以深入研究,探究相應不等式的問題的有效解決。
由于變量的選取是自主的,因此相對應的函數(shù)的構造可能不止一種,其表達的形式也是多樣的,但最終結果卻是一致的,這在證法一、證法二中得到體現(xiàn)。事實上,解題的過程也是在探究命題人在題干中給出的函數(shù)模型產(chǎn)生的過程,通過這種探究體驗到考題命制的源與流,感受到了數(shù)學的魅力!
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