高考沖刺 轉化與化歸的思想.docx
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1、高考沖刺轉化與化歸的思想 編稿:孫永釗審稿:張林娟 【高考展望】 解決數(shù)學問題時,常遇到一些問題直接求解較為困難,通過觀察、分析、類比、聯(lián)想等思維過程, 選擇運用恰當?shù)臄?shù)學方法進行變換,將原問題轉化為一個新問題(相對來說,對自己較熟悉的問題),通 過新問題的求解,達到解決原問題的目的,這一思想方法我們稱之為“轉化與化歸的思想方法” 轉化與化歸思想在高考中占有相當重要的地位,可以說比比皆是,如未知向已知的轉化、新知識向舊 知識的轉化、復雜問題向簡單問題的轉化、不同數(shù)學問題之間的互相轉化、實際I'可題向數(shù)學問題轉化等等. 各種變換、具體解題方法都是轉化的手段,轉化的思想方法滲透到所有的數(shù)學
2、教學內容和解題過程中. 高考對本講的考查為: (1) 常量與變量的轉化:如分離變量,求范圍等。 (2) 數(shù)與形的互相轉化:若解析幾何中斜率、函數(shù)中的單調性等。 (3) 數(shù)學各分支的轉化:函數(shù)與立體兒何、向量與解析兒何等的轉化。 (4) 出現(xiàn)更多的實際問題向數(shù)學模型的轉化問題。 【知識升華】 轉化與化歸思想方法,就是在研究和解決有關數(shù)學問題時采用某種手段將問題通過變換使之轉化,進 而得到解決的一種方法.一般總是將復雜的問題通過變換轉化為簡單的問題,將難解的問題通過變換轉化 為容易求解的問題,將未解決的問題變換轉化為己解決的問題.解題的過程就是“化歸”的過程,不斷地 改變待解決的問題
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. 轉化與化歸應遵循的原則 (1) 熟悉化原則:將陌生的問題轉化為熟悉的問題,以利于我們運用熟知的知識、經驗和方法來解決. (2) 簡單化原則:將復雜問題化歸為簡單問題,通過對簡單問題的解決,達到解決復雜問題的目的, 或獲得某種解題的啟示和依據. (3) 和諧化原則:化歸問題的條件或結論,使其表現(xiàn)形式更符合數(shù)與形內部所呈現(xiàn)的和諧統(tǒng)一的形式, 或者轉化命題,使其有利于運用某種數(shù)學方法或符合人們的思維規(guī)律. (4) 直觀化原則:將比較抽象的問題轉化為比較直觀的問題來解決. (5) 正難則反原則:當問題正面討論遇到困難時,可
4、考慮問題的反面,設法從問題的反面去探求,使 問題獲解. 2. 轉化與化歸的基本類型 (1) 正與反、一般與特殊的轉化,即正難則反,特殊化原則. (2) 常量與變量的變化,即在處理多元問題時,選取其中的變量(或參數(shù))當“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
5、a的取值范圍. 【答案】a<--^a>-\. 2 類型五、換元轉化問題 【例8】已知aER,求函數(shù)y = (a-sinx)(a-cosx)的最小值. 【思路點撥】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1 = sinx + cosx,則原來的問題可轉化為二次函數(shù)在閉區(qū)間上的最值問題. 【解析】設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 原問題轉化為求二次函數(shù)M=-U~a)2+-a2~-在公皿]上的最值問題. 2 2 2 (1) 當一 4iw(iW& t=u 時, e 1 0 1 ^Omin Cl ——一; 2 2 (2) 當時,f(t)在[―JL 上單調遞減, f(t)min = f(>/2 )=a2— >/2 a+ —; 2 (3) 當a
7、<-V2時,f(x)在[一丁^, J5]上單調遞增,
f(t)min = f(— >[1 ) = a2+>/2 a+ —
2
【總結升華】代數(shù)問題三角化,往往可充分利用三角函數(shù)的特有性質,使較為復雜的問題得以簡化, 從而獲得解答.一般地,當條件能轉化成如下形式時,就可以考慮三角代換:
⑴若 a2+b2= 1,可設 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logu=f,則低[一3,2],
故函數(shù)7U)可轉化為y=g(r)= — 4(,一3)“+2)
=—4F+4f+24= —4(/— — )2+25?
2
因為/G[-3,2J,所以當/=;時,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.
【思路點撥】令t=sin x,將函數(shù)轉化為關于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 sin x=t,則一IWtWl,
令 y = g(" = 2(/- a)2 +1 - 2a2.
如圖所示,當a<0時,有= g(l)= 3-4".
同理,當 aNO 時,有),max =g(-l) = 3 + 4".
所以,當aVO時函數(shù)(3)的最大值為3-4a.
當a》O時函數(shù)/(x)的最大值為3+4a.
【總結升華】通過換元將三角問題轉化為較熟悉的一元二次函數(shù)在閉區(qū)間上的最值問題,特別注意:
① 換元后 10、所得t的函數(shù)的定義域為[一1, 1];②應該討論二次函數(shù)對應的拋物線的對稱軸相對于區(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 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
原問題化歸為求二次函數(shù)f(t) = -(t-a)2+-a2--在公J3]上的最值問題.
2 2 2
① 當-41 < ? < V2 ut, Et=a, /XDmin —!:
② 當 a>yf2 時,f(。在[- 12、72,72]上單調遞減,f(t)m.n=f(42) = a2-42a + ^
③ 當a<-42 時,f(。在[—J公扳]上單調遞增,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t=—1時,解不等式f(x) 13、思路點撥】本題是一個高次方程的問題,無法用判別式去判定根的個數(shù),故可以轉化命題,轉化為 曲線y=x3—3x2與直線y=a有一個交點,求實數(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(一8, o)時,yu)>o;
當(0, 2)時,尸⑴vO;
當 xG (2, +8)時,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.
結合圖象,直線y=a與曲線y=xa-3x2有一個公共點時,則a<-4或a>0.
所以關于x的方程x3-3x2-a=0只有一個實數(shù)根時,
實數(shù)a的取值范圍為a<-4或a>0.
【總結升華】在解題的過程中,直接考慮思維受阻時,要學會變換解決問題的角度,轉化命題的形式, 使問題變得直觀、簡潔,進而使問題得以解決,有些問題可以考慮其反面,通過解決反面使問題得以解決, 有些空間中的問題轉化為平面問題則變得簡潔.這就是轉化與化歸思想的真諦.
舉一反三:
【變式】設0< 0 <2 n ,且方程2sin(6> + -) = /n有兩個不同的實數(shù)根,求實數(shù)m的取值范圍及這兩個 3
15、
實根的和.
JT ]T
【解析】將原方程2sin(Q + :) = m轉化為三角函數(shù)y = 2sin(x+y)的圖象與直線y = m有兩個不同 的交點時,求a的范圍及a+B的值.
jr
如圖,在同一坐標系中,作出y = 2sin(x+y)及y=m的圖象,
由圖可知:當一2<也<占或后 m<2時,直線與曲線有兩個交點,
即原方程2 sin(6> + -) = m有兩個不同實根.
3
若y/3 16、6
7 71 7 7T
則另一個根為易=史一。,?.?為+七=工.
6 3
且由對稱性可知,這兩個實根的和為生或一上.
3 3
類型七、空間線面關系的轉化 【例11】如圖,在四面體ABCD中,CB=CD, ADLBD,點、E、F分別是AB、8。的中點.求證: ⑴直線EF〃平面ACO;⑵平面EFC1.平面BCD.
【思路點撥】證明線面平行,常用方法是轉化為證線線平行或面面平行:證明面面垂直,常常轉化為線面垂直
【解析】⑴在△△位)中,因為芯、尸分別是AB、的中點,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,因為 17、AD'BD, EF//AD,所以 EFVBD.
在△8CD中,因為CD=CB, F為BD的中點,所以CF±BD.
因為£?FU平面EFC, CFU平面EFC, EF與CF交于點、F,所以平面EFC.
又因為BDU平面BCD,所以平面EFCL平面BCD.
【總結升華】在立體幾何證明中,兩類轉化關系相當重要:
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,沿對角線BD把ABCD折起使C點移到G點,旦G在平 面ABD內的射影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【)。連結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 0 作 OG±BD 于 G,連結 GG,則 GG_LBD。
KOZCiGO為二面角Ci—BD—A的平面角。
在RtAAC.B中,GO二竺陽二灰
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。
【點評】(1)本題證線線垂直過程中用到了線線垂 20、直、線面垂直、面面垂直相互轉化的思想
線線垂直
線面垂直
(2)通過作線面角與二面角的平面角,將空間角的問題轉化為平面角處理。
(3) 數(shù)與形的轉化,即利用對數(shù)量關系的討論來研究圖形性質,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系.
(4) 數(shù)學各分支之間的轉化,如利用向量方法解立體幾何問題,用解析幾何方法處理平面幾何、代 數(shù)、三角問題等.
(5) 相等與不等之間的轉化,如利用均值不等式、判別式等.
(6) 實際問題與數(shù)學模型的轉化.
3. 常見的轉化方法
(1) 直接轉化法:把原問題直接轉化為基本定理、基本公式或基本圖形問題.
(2) 21、換元法:運用“換元”把超越式轉化為有理式或使整式降'帛等,把較復雜的函數(shù)、方程、不等 式問題轉化為易于解決的基本問題.
(3) 數(shù)形結合法:研究原問題中數(shù)量關系(解析式)與空間形式(圖形)關系,通過互相變換、獲 得轉化途徑.
(4) 參數(shù)法:引進參數(shù),使原問題的變換具有靈活性,易于轉化.
(5) 構造法:“構造” 一個合適的數(shù)學模型,把問題變?yōu)橐子诮鉀Q的問題.
(6) 坐標法:以坐標系為工具,用計算方法解決幾何問題.
(7) 類比法:運用類比推理,猜測問題的結論.
(8) 特殊化方法:把原問題的形式向特殊化形式轉化,并證明特殊化后的結論適合原問題.
(9) 一般化方法:當原問題是 22、某個一般化形式問題的特殊形式且又較難解決時,可將問題通過一般 化的途徑進行轉化.
(10) 等價問題法:把原問題轉化為一個易于解決的等價命題,達到轉化目的.
(11) 加強命題法:在證明不等式時,原命題難以得證,往往把命題的結論加強,即把命題的結論加 強為原命題的充分條件,反而能將原命題轉化為一個較易證明的命題,加強命題法是非等價轉化方法.
(12) 補集法:如果正面解決原問題有困難,可把原問題結果看作集合A,而把包含該問題的整體問 題的結果類比為全集U,通過解決全集U及補集A獲得原問題的解決.
以上所列的?些方法是互相交叉的,不能截然分割.
4. 利用轉化與化歸的思想解決問題的模式 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化與化歸
【例1高清轉化與化歸的思想例題1
ID:404094]設函數(shù) y(.r)= — X3—(1 + u)x2+4ar+ 24a,其中常數(shù) a>
3
1.
(1) 討論7U)的單調性;
(2) 若當時,yu)>o恒成立, 【思路點撥】⑴求f(x)=0的根,
立轉化為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 xE(-oo, 2)和 xE(2a, +oo)時,f(x)單調遞增,
當xE(2,2a)時,f(x)單調遞減.
綜上,當a>l時,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,當時,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“.
由題設知
。> 1,
/(2。) >0,即 ,
/(0) > 0,
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