高考数学思想解析:化归与转化思想
高中数学常见解题思想方法——思想篇(高三适用)十、转化与化归思想 含解析
我们时常会遇到这样一些问题,若要直接解决会较为困难,若通过问题的转化、归类,就会使问题变得简单,这类问题的解决方法就是转化与化归思想,它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.转化与化归思想,指的是在研究和解决有关数学问题时,通过某种转化过程,归结到一类已经解决或比较容易解决的问题,最终使问题得到解决的一种思想。
利用化归与转化的思想可以实现问题的规范化、模式化,以便应用已知的理论、方法和技巧来解决问题.数学解题过程,就是不断转化的过程,不断把问题由陌生转化成熟悉的来解决,几乎所有问题的解决都离不开转化与化归。
在其他的数学思想中明显体现了转化与化归的思想,比如,数形结合思想体现了数与形的相互转化,函数与方程思想体现了函数、方程、不等式等问题之间的相互转化,分类讨论思想体现了局部与整体的相互转化.一、常见的转化与化归的形式常见的有:陌生问题向熟悉问题的转化,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。
二、常见的转化策略常见的有:正与反的转化、数与形的转化、整体与局部的转化、常量与变量的转化、相等与不等的转化、空间与平面的转化、数学语言之间的转化等。
三、常见的实现转化与化归的方法:1.直接转化法:把原问题直接转化为学过的基本定理、基本公式或基本图形问题.2.换元法:解数学题时,把某个式子看成一个整体,用一个变量去代替它,从而使问题得到简化。
3。
数形结合法,即数与形的转化。
将比较抽象的问题化为比较直观的问题来解决.例如在函数与图象的联系中可以体现出,把繁琐的代数问题转化为直观的几何图形来解决4。
特殊化方法:即特殊与一般的转化,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。
5。
补集法,即正与反的相互转化.当问题正面讨论遇到困难时,可考虑问题的反面,正难则反,设法从问题的反面去探讨,使问题获解.6.等价转化法:把原问题转化为一个易于解决的等价命题,即原问题的充要条件,达到化归的目的.7。
转化与化归思想
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].。
数学思想之一转化与化归思想(概述)
数学思想之一:转化与化归思想(概述)
1、转化与化归的思想方法转化与化归的思想方法是数学中最基本的思想方法,数学中一切问题的解决(当然包括解题)都离不开转化与化数形结合思想体现了数与形的相互转化;函数与方归,
程思想体现了函数、方程、不等式间的相互转化;分类讨论思想体现了局部与整体的相互转化,以上三种思想方法都是转化与化归思想的具体体现。
各种变换方法、分析法、反证法、待定系数法、构造法等都是转化
的手段。
所以说,转化与化归是数学思想方法的灵魂。
2、转化包括等价转化和非等价转化等价转化要求在转化过程中的前因后果既是充分的又是必要的,这样的转化能保证转化的结果仍为原问题所需要的结果,不等价转化其过程则是充分的或必要的,这样的转化能给人带来思维的启迪,找到解决问题的突破口,不等价变形要对所得结论进行必要的修改。
3、转化与化归的原则将不熟悉和难解的问题转化为熟知的易解的或已经解决的问题,将抽象的问题转化为具体的直观的问题,将复杂的问题转化为简单的问题,将一般性的问题转化为直观的特殊的问题;将实际问题转化为数学问题,使问题便与解决。
4、转化与化归的基本类型
(1)正与反、一般与特殊的转化;
(2)常量与变量的转化;
(3)数与形的转化;
(4)数学各分支之间的转化;
(5)相等与不相等之间的转化;
(6)实际问题与数学模型的转化。
数学思想之转化与化归总结
数学思想之转化与化归总结在数学中,转化与化归是一种常用的思想方法。
通过转化问题的表达形式或者化简问题的复杂度,我们可以更容易地理解和解决数学问题。
转化与化归涉及到问题的等价转化、代数化简、几何转化、枚举化归等多个方面。
下面将从这几个方面对转化与化归进行总结。
首先,等价转化是一种常见的数学思想之一。
它意味着将一个问题转化为与之等价的另一个问题,以求得更容易解决的问题。
等价转化包括将问题的形式转化为更简单或者更具有可操作性的形式,或者将问题与已知的问题进行对应。
一个经典的例子是将一个复杂的代数方程转化为一个简单的一次方程或者二次方程,从而解决原方程。
在某些情况下,等价转化也可以是不可逆的,这意味着我们只能从简单的问题得到复杂的问题,但是这种转化仍然能够帮助我们更好地理解问题的本质和特点。
其次,代数化简是转化与化归的另一个重要方面。
代数化简是指通过运用代数运算的性质和规则,将一个复杂的代数表达式或者方程化简为更简单的形式。
代数化简的方法包括合并同类项、因式分解、配方法、三角函数的恒等变换等。
代数化简不仅可以减少问题的复杂度,还可以揭示问题的规律和特点,从而更好地解决数学问题。
几何转化是将几何问题转化为代数问题或者相反,通过几何图形的变换和变形,我们可以使得问题的解决更加直观和简单。
几何转化常常涉及到使用待定系数法、相似三角形的性质、勾股定理等几何知识,从而求得问题的解。
几何转化不仅能够帮助我们更好地理解和解决几何问题,还能够提高我们的思维能力和几何直观。
最后,枚举化归是一种将一个复杂的问题化归为若干个简单的情况,通过对每个简单情况的分析和解决,来解决原问题的方法。
枚举化归可以通过列举具体的例子,或者考虑特殊情况来进行。
枚举化归的优点是能够将一个复杂的问题简化为多个简单的情况,从而更好地理解和解决问题。
然而,枚举化归的缺点是可能需要计算大量的情况,耗费时间和精力。
综上所述,转化与化归是数学中一种重要的思想方法。
高考数学复习化归与转化思想
高考数学复习化归与转化思想佚名知识整合1.解决数学问题时,常遇到一些问题直截了当求解较为困难,通过观看、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。
宋以后,京师所设小学馆和武学堂中的教师称谓皆称之为“教谕”。
至元明清之县学一律循之不变。
明朝入选翰林院的进士之师称“教习”。
到清末,学堂兴起,各科教师仍沿用“教习”一称。
事实上“教谕”在明清时还有学官一意,即主管县一级的教育生员。
而相应府和州掌管教育生员者则谓“教授”和“学正”。
“教授”“学正”和“教谕”的副手一律称“训导”。
于民间,专门是汉代以后,关于在“校”或“学”中传授经学者也称为“经师”。
在一些特定的讲学场合,比如书院、皇室,也称教师为“院长、西席、讲席”等。
2.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差不多上通过转化为已知的问题实现的。
从那个意义上讲,解决数学问题确实是从未知向已知转化的过程。
化归与转化的思想是解决数学问题的全然思想,解题的过程实际上确实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,差不多上转化思想的表达。
与当今“教师”一称最接近的“老师”概念,最早也要追溯至宋元时期。
金代元好问《示侄孙伯安》诗云:“伯安入小学,颖悟专门貌,属句有夙性,说字惊老师。
”因此看,宋元时期小学教师被称为“老师”有案可稽。
清代称主考官也为“老师”,而一样学堂里的先生则称为“教师”或“教习”。
可见,“教师”一说是比较晚的事了。
现在体会,“教师”的含义比之“老师”一说,具有资历和学识程度上较低一些的差别。
高考数学复习 分类讨论思想、转化与化归思想
第2讲 分类讨论思想、转化与化归思想数学思想解读1.分类讨论的思想是当问题的对象不能进行统一研究时,就需要对研究的对象按某个标准进行分类,然后对每一类分别研究,给出每一类的结论,最终综合各类结果得到整个问题的解答.实质上分类讨论就是“化整为零,各个击破,再集零为整”的数学思想.2.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,同时也是获取成功的思维方式.热点一 分类讨论思想的应用应用1 由概念、法则、公式、性质引起的分类讨论【例1】 (1)若函数f (x )=a x (a >0,a ≠1)在[-1,2]上的最大值为4,最小值为m ,且函数g (x )=(1-4m )x 在[0,+∞)上是增函数,则a =________; (2)在等比数列{a n }中,已知a 3=32,S 3=92,则a 1=________. 解析 (1)若a >1,有a 2=4,a -1=m ,解得a =2,m =12. 此时g (x )=-x 为减函数,不合题意. 若0<a <1,有a -1=4,a 2=m , 故a =14,m =116,检验知符合题意.(2)当q =1时,a 1=a 2=a 3=32,S 3=3a 1=92,显然成立.当q ≠1时,由a 3=32,S 3=92,∴⎩⎪⎨⎪⎧a 1q 2=32, ①a 1(1+q +q 2)=92, ②由①②,得1+q +q 2q 2=3,即2q 2-q -1=0, 所以q =-12或q =1(舍去).当q =-12时,a 1=a 3q 2=6, 综上可知,a 1=32或a 1=6. 答案 (1)14 (2)32或6探究提高 1.指数函数、对数函数的单调性取决于底数a ,因此,当底数a 的大小不确定时,应分0<a <1,a >1两种情况讨论.2.利用等比数列的前n 项和公式时,若公比q 的大小不确定,应分q =1和q ≠1两种情况进行讨论,这是由等比数列的前n 项和公式决定的.【训练1】 (1)(2017·长沙一中质检)已知S n 为数列{a n }的前n 项和且S n =2a n -2,则S 5-S 4的值为( ) A.8 B.10 C.16D.32(2)函数f (x )=⎩⎨⎧sin (πx 2),-1<x <0,e x -1,x ≥0.若f (1)+f (a )=2,则a 的所有可能取值的集合是________.解析 (1)当n =1时,a 1=S 1=2a 1-2,解得a 1=2. 因为S n =2a n -2,当n ≥2时,S n -1=2a n -1-2,两式相减得,a n =2a n -2a n -1,即a n =2a n -1,则数列{a n }为首项为2,公比为2的等比数列, 则S 5-S 4=a 5=25=32. (2)f (1)=e 0=1,即f (1)=1. 由f (1)+f (a )=2,得f (a )=1.当a ≥0时,f (a )=1=e a -1,所以a =1. 当-1<a <0时,f (a )=sin(πa 2)=1, 所以πa 2=2k π+π2(k ∈Z ).所以a 2=2k +12(k ∈Z ),k 只能取0,此时a 2=12, 因为-1<a <0,所以a =-22. 则实数a取值的集合为⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫-22,1.答案 (1)D(2)⎩⎪⎨⎪⎧⎭⎪⎬⎪⎫-22,1 应用2 由图形位置或形状引起的分类讨论【例2】 (1)(2017·昆明一中质检)已知双曲线的离心率为233,则其渐近线方程为________;(2)设圆锥曲线C 的两个焦点分别为F 1,F 2,若曲线C 上存在点P 满足|PF 1|∶|F 1F 2|∶|PF 2|=4∶3∶2,则曲线C 的离心率等于________. 解析 (1)由于e =c a =233,∴c 2a 2=a 2+b 2a 2=43,则a 2=3b 2, 若双曲线焦点在x 轴上,渐近线方程y =±33x . 若双曲线焦点在y 轴上,渐近线方程y =±3x .(2)不妨设|PF 1|=4t ,|F 1F 2|=3t ,|PF 2|=2t ,其中t ≠0. 若该曲线为椭圆,则有|PF 1|+|PF 2|=6t =2a , |F 1F 2|=3t =2c ,e =c a =2c 2a =3t 6t =12;若该曲线为双曲线,则有|PF 1|-|PF 2|=2t =2a , |F 1F 2|=3t =2c ,e =c a =2c 2a =3t 2t =32. 答案 (1)y =±3x ,或y =±33x (2)12或32探究提高 1.圆锥曲线形状不确定时,常按椭圆、双曲线来分类讨论,求圆锥曲线的方程时,常按焦点的位置不同来分类讨论.2.相关计算中,涉及图形问题时,也常按图形的位置不同、大小差异等来分类讨论.【训练2】 设F 1,F 2为椭圆x 29+y 24=1的两个焦点,P 为椭圆上一点.已知P ,F 1,F 2是一个直角三角形的三个顶点,且|PF 1|>|PF 2|,则|PF 1||PF 2|的值为________.解析 若∠PF 2F 1=90°.则|PF 1|2=|PF 2|2+|F 1F 2|2, 又因为|PF 1|+|PF 2|=6,|F 1F 2|=25, 解得|PF 1|=143,|PF 2|=43,所以|PF 1||PF 2|=72.若∠F 1PF 2=90°,则|F 1F 2|2=|PF 1|2+|PF 2|2, 所以|PF 1|2+(6-|PF 1|)2=20, 所以|PF 1|=4,|PF 2|=2,所以|PF 1||PF 2|=2.综上知,|PF 1||PF 2|=72或2.答案 72或2应用3由变量或参数引起的分类讨论【例3】已知f(x)=x-a e x(a∈R,e为自然对数的底).(1)讨论函数f(x)的单调性;(2)若f(x)≤e2x对x∈R恒成立,求实数a的取值范围.解(1)f′(x)=1-a e x,当a≤0时,f′(x)>0,函数f(x)是(-∞,+∞)上的单调递增函数;当a>0时,由f′(x)=0得x=-ln a,所以函数f(x)在(-∞,-ln a)上的单调递增,在(-ln a,+∞)上的单调递减.(2)f(x)≤e2x⇔a≥xe x-ex,设g(x)=xe x-ex,则g′(x)=1-e2x-xe x.当x<0时,1-e2x>0,g′(x)>0,∴g(x)在(-∞,0)上单调递增.当x>0时,1-e2x<0,g′(x)<0,∴g(x)在(0,+∞)上单调递减.所以g(x)max=g(0)=-1,所以a≥-1.故a的取值范围是[-1,+∞).探究提高 1.(1)参数的变化取值导致不同的结果,需对参数进行讨论,如含参数的方程、不等式、函数等.本题中参数a与自变量x的取值影响导数的符号应进行讨论.(2)解析几何中直线点斜式、斜截式方程要考虑斜率k存在或不存在,涉及直线与圆锥曲线位置关系要进行讨论.2.分类讨论要标准明确、统一,层次分明,分类要做到“不重不漏”.【训练3】(2015·全国Ⅱ卷)已知函数f(x)=ln x+a(1-x).(1)讨论f(x)的单调性;(2)当f(x)有最大值,且最大值大于2a-2时,求a的取值范围.解(1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=1x-a.若a ≤0,则f ′(x )>0,所以f (x )在(0,+∞)上单调递增.若a >0,则当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1a 时,f ′(x )>0;当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ,+∞时,f ′(x )<0,所以f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1a 上单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ,+∞上单调递减.综上,知当a ≤0时,f (x )在(0,+∞)上单调递增;当a >0时,f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1a 上单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫1a ,+∞上单调递减. (2)由(1)知,当a ≤0时,f (x )在(0,+∞)上无最大值;当a >0时,f (x )在x =1a 处取得最大值,最大值为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a =ln 1a +a ⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1a =-ln a +a-1.因此f ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a >2a -2等价于ln a +a -1<0.令g (a )=ln a +a -1,则g (a )在(0,+∞)上单调递增, g (1)=0.于是,当0<a <1时,g (a )<0;当a >1时,g (a )>0. 因此,a 的取值范围是(0,1). 热点二 转化与化归思想 应用1 特殊与一般的转化【例4】 (1)过抛物线y =ax 2(a >0)的焦点F ,作一直线交抛物线于P ,Q 两点.若线段PF 与FQ 的长度分别为p ,q ,则1p +1q 等于( ) A.2a B.12a C.4aD.4a(2)(2017·浙江卷)已知向量a ,b 满足|a |=1,|b |=2,则|a +b |+|a -b |的最小值是________,最大值是________.解析 (1)抛物线y =ax 2(a >0)的标准方程为x 2=1a y (a >0),焦点F ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,14a .过焦点F 作直线垂直于y 轴,则|PF |=|QF |=12a ,∴1p +1q =4a .(2)由题意,不妨设b =(2,0),a =(cos θ,sin θ), 则a +b =(2+cos θ,sin θ),a -b =(cos θ-2,sin θ). 令y =|a +b |+|a -b | =(2+cos θ)2+sin 2θ+(cos θ-2)2+sin 2θ=5+4cos θ+5-4cos θ,令y =5+4cos θ+5-4cos θ,则y 2=10+225-16cos 2θ∈[16,20].由此可得(|a +b |+|a -b |)max =20=25, (|a +b |+|a -b |)min =16=4,即|a +b |+|a -b |的最小值是4,最大值是2 5. 答案 (1)C (2)4 2 5探究提高 1.一般问题特殊化,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.2.对于某些选择题、填空题,如果结论唯一或题目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.【训练4】 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=________.解析 令a =b =c ,则△ABC 为等边三角形,且cos A =cos C =12,代入所求式子,得cos A +cos C 1+cos A cos C =12+121+12×12=45.答案 45应用2 函数、方程、不等式之间的转化【例5】 已知函数f (x )=3e |x |,若存在实数t ∈[-1,+∞),使得对任意的x ∈[1,m ],m ∈Z 且m >1,都有f (x +t )≤3e x ,试求m 的最大值. 解 ∵当t ∈[-1,+∞)且x ∈[1,m ]时,x +t ≥0, ∴f (x +t )≤3e x ⇔e x +t ≤e x ⇔t ≤1+ln x -x .∴原命题等价转化为:存在实数t ∈[-1,+∞),使得不等式t ≤1+ln x -x 对任意x ∈[1,m ]恒成立.令h (x )=1+ln x -x (1≤x ≤m ). ∵h ′(x )=1x -1≤0,∴函数h (x )在[1,+∞)上为减函数, 又x ∈[1,m ],∴h (x )min =h (m )=1+ln m -m . ∴要使得对任意x ∈[1,m ],t 值恒存在, 只需1+ln m -m ≥-1.∵h (3)=ln 3-2=ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ·3e >ln 1e =-1, h (4)=ln 4-3=ln ⎝ ⎛⎭⎪⎫1e ·4e 2<ln 1e =-1,又函数h (x )在[1,+∞)上为减函数, ∴满足条件的最大整数m 的值为3.探究提高 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,一般可将不等关系转化为最值(值域)问题,从而求出参变量的范围.【训练5】 (2017·江苏卷)在平面直角坐标系xOy 中,A (-12,0),B (0,6),点P 在圆O :x 2+y 2=50上.若P A → ·PB → ≤20,则点P 的横坐标的取值范围是________.解析 设点P (x ,y ),且A (-12,0),B (0,6).则P A → ·PB → =(-12-x ,-y )·(-x ,6-y )=x (12+x )+y (y -6)≤20, 又x 2+y 2=50, ∴2x -y +5≤0,则点P 在直线2x -y +5=0上方的圆弧上(含交点). 联立⎩⎪⎨⎪⎧y =2x +5,x 2+y 2=50,解得x =-5或x =1,结合图形知,-52≤x ≤1.故点P 横坐标的取值范围是[-52,1]. 答案 [-52,1]应用3 正与反、主与次的转化【例6】 (1)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________;(2)对于满足0≤p ≤4的所有实数p ,不等式x 2+px >4x +p -3恒成立,则x 的取值范围是________.解析 (1)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 .当x ∈(t ,3)时恒成立,∴m +4≥2t -3t 恒成立, 则m +4≥-1,即m ≥-5;由②得m +4≤2x -3x ,当x ∈(t ,3)时恒成立,则m +4≤23-9,即m ≤-373. ∴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. (2)设f (p )=(x -1)p +x 2-4x +3, 则当x =1时,f (p )=0.所以x ≠1.f (p )在0≤p ≤4上恒正,等价于⎩⎪⎨⎪⎧f (0)>0,f (4)>0,即⎩⎪⎨⎪⎧(x -3)(x -1)>0,x 2-1>0,解得x >3或x <-1.答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-373,-5 (2)(-∞,-1)∪(3,+∞)探究提高 1.第(1)题是正与反的转化,由于不为单调函数有多种情况,先求出其反面,体现“正难则反”的原则.题目若出现多种成立的情形,则不成立的情形相对很少,从后面考虑较简单,因此,间接法多用于含有“至多”“至少”及否定性命题情形的问题中.2.第(2)题是把关于x 的函数转化为在[0,4]内关于p 的一次函数大于0恒成立的问题.在处理多变元的数学问题时,我们可以选取其中的参数,将其看作是“主元”,而把其它变元看作是参数.【训练6】 已知函数f (x )=x 3+3ax -1,g (x )=f ′(x )-ax -5,其中f ′(x )是f (x )的导函数.对满足-1≤a ≤1的一切a 的值,都有g (x )<0,则实数x 的取值范围为________.解析 由题意,知g (x )=3x 2-ax +3a -5,令φ(a )=(3-x )a +3x 2-5,-1≤a ≤1.对-1≤a ≤1,恒有g (x )<0,即φ(a )<0,∴⎩⎪⎨⎪⎧φ(1)<0,φ(-1)<0,即⎩⎪⎨⎪⎧3x 2-x -2<0,3x 2+x -8<0,解得-23<x <1.故当x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫-23,1时,对满足-1≤a ≤1的一切a 的值,都有g (x )<0. 答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-23,11.分类讨论思想是将一个较复杂的数学问题分解(或分割)成若干个基础性问题,通过对基础性问题的解答来实现解决原问题的思想策略.对问题实行分类与整合,分类标准等于增加一个已知条件,实现了有效增设,将大问题(或综合性问题)分解为小问题(或基础性问题),优化解题思想,降低问题难度.常见的分类讨论问题:(1)集合:注意集合中空集∅讨论.(2)函数:对数函数或指数函数中的底数a ,一般应分a >1和0<a <1的讨论,函数y =ax 2+bx +c 有时候分a =0和a ≠0的讨论,对称轴位置的讨论,判别式的讨论.(3)数列:由S n 求a n 分n =1和n >1的讨论;等比数列中分公比q =1和q ≠1的讨论.(4)三角函数:角的象限及函数值范围的讨论.(5)不等式:解不等式时含参数的讨论,基本不等式相等条件是否满足的讨论.(6)立体几何:点线面及图形位置关系的不确定性引起的讨论.(7)平面解析几何:直线点斜式中k 分存在和不存在,直线截距式中分b =0和b ≠0的讨论;轨迹方程中含参数时曲线类型及形状的讨论.(8)去绝对值时的讨论及分段函数的讨论等.2.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,进而解决问题的一种方法.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.。
高中数学方法转化与化归思想
变式训练 4 设 g(x)=px-qx-2f(x),其中 f(x)=ln x,且 g(e) =qe-pe-2(e 为自然对数的底数).
(1)求 p 与 q 的关系;
(2)若 g(x)在其定义域内为增函数,求 p 的取值范围. 解 (1)由题意 g(x)=px-qx-2ln x, ∴g(e)=pe-qe-2, ∴pe-qe-2=qe-pe-2, ∴(p-q)e+(p-q)1e=0, ∴(p-q)e+1e=0, 而 e+1e≠0,∴p=q.
由aa≤ 2+21≥4 得aa≤ ≥2 3或a≤- 3 , ∴a≤- 3或 3≤a≤2. 即 A∩B=∅时,a 的取值范围为 a≤- 3或 3≤a≤2. 而 A∩B≠∅时,a 的取值范围显然是其补集,从而所求范围 为{a|a>2 或- 3<a< 3}.
三、抽象问题与具体问题的转化
例 3 已知等差数列{an}的公差 d≠0,且 a1、a3、a9 成等比
归纳拓展 本题的求解涉及两类题型和求解的方法:(1)求参 数的范围问题,方法是通过对函数单调性的研究,转化为不等 式的恒成立问题,进而转化为求函数的最值问题求解.(2)研 究函数的零点问题,方法是通过研究函数在某区间有最大(或 最小)值 f(t),而函数又在此区间有零点,则结合图形分析,可 得 f(t)≥0(或 f(t)≤0).
变式训练 1 1e64 ,2e55 ,3e66 (其中 e 为自然常数)的大小关系是 _1e_64_<__2_e5_5 _<__3e_66_.
解析 由于1e64 =e442,2e55 =5e52,3e66 =e662,故可构造函数 f(x) =xe2x,于是 f(4)=1e64 ,f(5)=2e55 ,f(6)=3e66 . 而 f′(x)=exx2′=ex·x2-x4 ex·2x=ex(x2x-4 2x),令 f′(x)>0
“转化与化归”思想在高中数学解题教学中的应用
解题研究2023年12月上半月㊀㊀㊀转化与化归 思想在高中数学解题教学中的应用◉哈尔滨师范大学教师教育学院㊀李㊀硕㊀㊀转化与化归 思想是高学数学中的一种重要的数学思想,运用非常广泛,尤其是一些特殊的问题,运用 转化与化归 思想解题可以提高效率,同时还可以降低问题解决的难度.因此,在数学课堂引入并应用转化与化归思想,能够让学生在学习数学及解题的过程中,加深对数学概念的理解,同时也能有效锻炼数学思维,提高学习效率,进一步发展数学核心素养.在高中数学的解题过程中,基于 转化与化归 思想的三大原则,主要运用的解题方法包括特殊与一般的转化㊁命题的等价转化,以及函数㊁方程㊁不等式之间的转化等一些常见的转化方法.1特殊与一般的转化将一般问题进行特殊化处理,可使问题的解决变得更为直接和简便,并且还能从特殊情况中寻找问题解决的常规思维;除此之外,对特殊性问题进行概括性研究,实现特殊问题一般化,也能从宏观与全局的角度把握特殊性问题的普遍规律,并能有效地解决特殊性问题.例1㊀ 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(㊀㊀).A.x 2+y 2=9㊀㊀㊀㊀㊀B .x 2+y 2=7C .x 2+y 2=5D.x 2+y 2=4分析:根据题目中的已知条件,在椭圆上,两条相互垂直的切线可以随意选择,但其交点位于与椭圆同心的圆却是唯一的,也即答案是唯一的.由此,可以通过选取一般问题的特殊情形找到一般的解题思路,不妨利用过椭圆的右顶点和上顶点的两条切线进行解题.解:因为椭圆C :x 2a +1+y 2a=1(a >0)的离心率为12,所以1a +1=12,解得a =3.所以椭圆C 的方程为x 24+y 23=1,且椭圆C 的上顶点为A (0,3),右顶点为B (2,0),则椭圆在A ,B 两点的切线方程分别为y =3和x =2,这两条切线的交点坐标为M (2,3).由题意可知,交点M 必在一个与椭圆C 同心的圆上,可得与椭圆C 同心的圆的半径r =22+(3)2=7.所以椭圆C 的蒙日圆方程为x 2+y 2=7.故选:B .以问题的特征为依据,对命题进行转化,将原问题转化为与之相关的㊁容易解决的新问题,这也是解决数学问题常见的转化思路,并且可以通过这种转化逐步培养识别关键信息的能力.2命题的等价转化把题目中已有的条件或者结论进行相应的转化,化难为易,是解决较难问题常用的转化手段.其主要方法包括:数与形的转化㊁正与反的转化㊁常量与变量的转化㊁图形形体及位置的转化等.例2㊀由命题 存在x 0ɪR ,使e |x -1|-m ɤ0是假命题,得m 的取值范围是(-ɕ,a ),则实数a 的值是.分析:利用转化思想可以将命题 存在x 0ɪR ,使e |x -1|-m ɤ0 是假命题转化为 对任意x ɪR ,e|x -1|-m >0是真命题,由此得出m <e |x -1|恒成立,进而通过m 的取值范围来求a 的值.解:由命题 存在x 0ɪR ,使e |x -1|-m ɤ0是假命题,可知 对任意x ɪR ,e |x -1|-m >0是真命题,由此可得m 的取值范围是(-ɕ,1),而(-ɕ,a )与(-ɕ,1)为同一区间,故a =1.例3㊀若对于任意t ɪ[1,2],函数g (x )=x 3+(m 2+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.分析:根据函数g (x )=x 3+(m 2+2)x 2-2x 在区间(t ,3)上总不为单调函数,可以利用正难则反的转化思想先找出g (x )在(t ,3)上单调的条件,再利用补集思想求出m 的取值范围.852023年12月上半月㊀解题研究㊀㊀㊀㊀解:求得g ᶄ(x )=3x 2+(m +4)x -2.若g (x )在(t ,3)上单调递增,则g ᶄ(x )ȡ0,即3x 2+(m +4)x -2ȡ0,亦即m +4ȡ2x-3x 在x ɪ(t ,3)上恒成立.故m +4ȡ2t-3t 在t ɪ[1,2]上恒成立,则m +4ȡ-1,即m ȡ-5.若g (x )在(t ,3)上单调递减,则g ᶄ(x )ɤ0,即m +4ɤ2x-3x 在x ɪ(t ,3)上恒成立,所以m +4ɤ23-9,即m ɤ-373.综上,符合题意的m 的取值范围为-373<m <-5.根据命题的等价性对题目条件进行明晰化处理是解题常见的思路;对复杂问题采用正难则反的转化思想,更有利于问题得到快速解答.3函数㊁方程㊁不等式之间的转化函数与方程㊁不等式之间有着千丝万缕的关联,通过结合函数y =f (x )图象可以确定方程f (x )=0,不等式f (x )>0和f (x )<0的解集.例4㊀若2x -2y<3-x -3-y ,则(㊀㊀).A.l n (y -x +1)>0B .l n (y -x +1)<0C .l n |x -y |>0D.l n |x -y |<0分析:由题意,可将2x -2y<3-x -3-y 转化为2x -3-x <2y-3-y ,进而实现不等式与函数之间的转化,从而解得答案.解:由2x -2y <3-x -3-y ,得2x -3-x <2y -3-y .故构造函数y =2x -3-x ,即y =2x -(13)x.由于函数y =2x-(13)x 在R 上单调递增,因此x <y ,即y -x +1>1.所以l n (y -x +1)>l n 1=0.故选择:A .例5㊀已知函数f (x )=e l n x ,g (x )=1ef (x )-(x +1).(e =2.718 )(1)求函数g (x )的最大值;(2)求证:1+12+13+ +1n >l n (n +1)(n ɪN +).分析:第(1)问要求函数g (x )的最大值,关键在于需要运用转化与划归思想,通过g ᶄ(x )得出函数g (x )单调性,即可求出g (x )的最大值.将第(1)问得出的g (x )最大值-2转化成l n x -(x +1)ɤ-2,即l n x ɤx -1(当且仅当x =1时等号成立),再利用换元法最终证明出结论.解:(1)由g (x )=1ef (x )-(x +1),即g (x )=l n x -(x +1),得g ᶄ(x )=1x-1(x >0).令g ᶄ(x )>0,则0<x <1;令g ᶄ(x )<0,则x >1.所以,函数g (x )在区间(0,1)上单调递增,在区间(1,+ɕ)上单调递减.故g (x )的最大值为=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,故g (x )ɤg (1)=-2.所以l n x -(x +1)ɤ-2,即l n x ɤx -1(当且仅当x =1时等号成立).令t =x -1,则有t ȡl n (t +1)(t >-1).取t =1n (n ɪN +),则有1n >l n (1+1n)=l n(n +1n ).故1>l n2,12>l n 32,13>l n 43,,1n>l n(n +1n ).上面n 个不等式叠加,得1+12+13+ +1n>l n (2ˑ32ˑ43ˑ ˑn +1n)=l n (n +1).故1+12+13+ +1n >l n (n +1)(n ɪN +).在分析此类题目的过程中,利用函数㊁方程㊁不等式进行转化与化归更有利于问题的解决,因此,利用转化与划归思想不仅能让整个数学知识的体系变得更加紧密,同时也能对学生从系统性角度掌握数学知识之间的联系提供非常大的帮助.转化与化归思想所蕴含的内容丰富且深奥,为高中数学问题的解决提供了多种思路,对高中数学的学习也有极大的指导与启发作用,值得我们不断地探索与研究.因此,在解决高中数学问题的过程中,要灵活运用 转化与化归 的解题思想.有些数学问题看似复杂,但通过分析可知出题者采用的是 障眼法 ,其中有的是多余或无用的条件.同时,在高中数学课堂教学中,教师可以在解题教学过程中渗透转化与化归思想,加强学生在特殊与一般转化㊁命题的等价转化以及函数㊁方程㊁不等式之间的转化等方面的技能,逐步锻炼学生简化题目内容的能力和意识,最大程度提高解题效率.Z95。
新教材适用2024版高考数学二轮总复习第2篇核心素养谋局思想方法导航第4讲转化与化归思想课件
(2)因 a1=12,n∈N*,an+1=12+anan,
则 a2=12+a1a1=21× +1212=23,a3=12+a2a2=21× +2323=45,a4=12+a3a3=21× +4545=89, a5=12+a4a4=21× +8989=1167, 显然有 a1=202+0 1,a2=212+1 1,a3=222+2 1,a4=232+3 1,a5=242+4 1,
(2)根据递推公式可写出 a2、a3、a4、a5 的值,由此可归纳出数列{an} 的通项公式,然后通过递推公式得出an1+1-1=12a1n-1,可知数列a1n-1 为等比数列,确定该数列的首项和公比,即可求得数列{an}的通项公式.
【解析】 (1)证明:假设 an+1=an,因 n∈N*,an+1=12+anan,则12+anan =an,解得 an=0 或 an=1,
应用3 正与反引起的转化
核 心 知 识·精 归 纳
正难则反,利用补集求得其解,这就是补集思想,一种充分体现对 立统一、相互转化的思想方法.一般地,题目若出现多种成立的情形, 则不成立的情形相对很少,从反面考虑较简单,因此,间接法多用于含 有“至多”“至少”情形的问题中.
典 例 研 析·悟 方 法
算求解.
【解析】 5 名航天员安排三舱,每个舱至少一人至多二人,共有 C15C13C24=90 种安排方法,若甲乙在同一实验舱的种数有 C13C13C12=18 种, 故甲乙不在同一实验舱的种数有 90-18=72 种.故选 C.
(2) (2022·全国高三专题练习)8个点将半圆分成9段弧,以10个点(包
转化与化归的思想方法(2)---高考题选讲
转化与化归的思想方法(2)---高考题选讲化归与转化的思想是指在解决问题时,采用某种手段使之转化,进而使问题得到解决的一种解题策略,是数学学科与其它学科相比,一个特有的数学思想方法,化归与转化思想的核心是把生题转化为熟题.事实上,解题的过程就是一个缩小已知与求解的差异的过程,是求解系统趋近于目标系统的过程,是未知向熟知转化的过程,因此每解一道题无论是难题还是易题,都离不开化归.例如,对于立体几何问题通常要转化为平面几何问题,对于多元问题,要转换为少元问题,对于高次函数,高次方程问题,转化为低次问题,特别是熟悉的一次,二次问题,对于复杂的式子,通过换元转化为简单的式子问题等等.在高考中,对化归思想的考查,总是结合对演绎证明,运算推理,模式构建等理性思维能力的考查进行,因此可以说高考中的每一道试题,都在考查化归意识和转化能力.【例1】已知球O的半径为1,A,B,C三点都在球面上,且每两点间的球面距离均为,则球心O到平面ABC的距离为().分析与求解:由已知条件,分析所给出的几何体的特征,可作如下转化:球心O到平面ABC的距离?圳正三棱锥的高?圳正方体的对角线,可立即得出球心O到平面ABC的距离=棱长为1的正方体对角线的.故B正确.【例2】设x、y∈R且3x2+2y2=6x,求x2+y2的X围.分析1:设k=x2+y2,再代入消去y,转化为关于x的方程有实数解时求参数k的X围的问题.其中要注意隐含条件,即x的X围.解法1:由6x-3x2=2y2≥0得0≤x≤2.设k=x2+y2,则y2=k-x2,代入已知等式得:x2-6x+2k=0,即k=-x2+3x,其对称轴为x=3.由0≤x≤2得k∈[0,4].所以x2+y2的X围是:0≤x2+y2≤4.分析2:三角换元法,对已知式和待求式都可以进行三角换元(转化为三角问题)解法2:由所以x2+y2的X围是:0≤x2+y2≤4.【点评】本题运用多种方法进行解答,实现了多种角度的转化,联系了多个知识点,有助于提高发散思维能力.此题还可以利用均值换元法进行解答.各种方法的运用,分别将代数问题转化为了其它问题,属于问题转换题型.【例3】求值:cot10°-4cos10°分析:要求该式的值,估计有两条途径:一是将函数名化为相同,二是将非特殊角化为特殊角.解法:cot10°-4cos10°【点评】无条件三角求值问题,是高考中常见题型,其变换过程是等价转化思想的体现.此种题型属于三角变换型.一般对于三角恒等变换,需要灵活运用的是同角三角函数的关系式、诱导公式、和差角公式、倍半角公式、和积互化公式以及万能公式,常用的手段是:切割化弦、拆角、降次与升次、和积互化、异名化同名、异角化同角、化特殊角等等.对此,我们要掌握变换的通法,活用公式,攻克三角恒等变形的每一道难关.【例4】球面上有3个点,其中任意两点的球面距离都相等于大圆周长的,经过3个点的小圆周长为4π,那么这个球的半径为().分析:将空间的问题转化为平面的问题来处理,这是解题的通法.由任意两点球面距离相等,则这三点构成过这三点截面上的等边三角形,又球面距离等于大圆周长的,则任意两点与球心构成的圆心角为,即,且任意两点与球心构成过这两点大圆截面上的等边三角形,则球半径等于球面上这三点任意二点的平面距离.运用转化的思想方法,把求球半径的问题转化为已知过球面三点的小圆周长,求这小圆上内接正三角形的边长.解:设A、B、C为球面上三点,过其中A、B两点的大圆,如图,O为球心,则∠AOB==,且OA=OB=R.则AB=OA=OB=R.同理OC=OA=OB=R,OB=OC=BC=R,∴△ABC为等边三角形.设过A、B、C三点的小圆为⊙O′,如图2,半径为r,则由2πr=4π,得r=2,∴AB=AC=BC=R=2rsin=4=2. ∴应选B.【点评】这里用了降维转化的思想方法,转化的对象为求球的半径,转化的方向为求△ABC的边长,转化的条件是“任意两点的球面距离都等于大圆周长的”.【例5】(某某卷)设函数f(x)=3ax2+2bx+c,若a+b+c=0,f(0)f(1)>0,求证:(Ⅰ)方程f(x)=0有实数根;(Ⅱ)-2<<-1;(Ⅲ)设x1,x2是方程f(x)=0的两个实根,则≤<.思路分析:对于(Ⅰ),应首先看系数3a是否为0.若a=0,则b=-c,f(0)f(1)=c(3a+2b+c)=-c2≤0,与已知矛盾,所以a≠0.从而有对于(Ⅱ),结论等价于(+1)(+2)<0.故由条件中消去c,有(a+b)(2a+b)<0,除以a2即可.对于(Ⅲ),应将转化为关于的表达式,即,再利用(Ⅱ)的结论求解.【点评】本题有效地将二次函数,二次方程,二次不等式融于一题,三问层层递进.(Ⅱ)、(Ⅲ)两问的证明均需我们盯住解题目标在条件与结论之间进行有效地转化与化归以寻求沟通点.【例6】(某某卷)设a为实数,设函数f(x)=a+的最大值为g(a).(Ⅰ)设t=,求t的取值X围,并把f(x)表示为t的函数m(t);(Ⅱ)求g(a);(Ⅲ)求满足g(a)=g()的所有实数a.思路分析:(Ⅰ)1. ∵,∴要使t有意义,必须1+x≥0且1-x≥0,即-1≤x≤1.∴t的取值X围是[,2].由①得c osθ-sinθ+cosθ=2cosθ,由于所以,即t∈[,2],f(x)=acos2θ+t.又t=3. 令则t=m+n,m2+n2=2,由数形结合可得t∈[,2].从而求出m(t)的解析式.(Ⅱ)、(Ⅲ)略.【点评】本题表面看是与无理函数有关的一个综合性的分步设问的问题,主要考查函数、方程等基本知识,试题的设置事实上也给出了处理结构较复杂函数f(x)的基本思路,只要经过换元很容易转化为常规的二次函数问题,其中的分类讨论对学生思维的周密性考查得力,具有很大的区分度.本题(Ⅰ)中三种思路分别利用代数换元、三角换元以及数形结合将问题进行了转化与化归从而求得了t的取值X围以及m(t)的解析式.【例7】(某某卷)已知函数f(x)=sin2x+2sinxcosx+3cos2x,x∈R.求:(Ⅰ)函数f(x)的最大值及取得最大值的自变量x的集合;(Ⅱ)函数f(x)的单调增区间.解:(Ⅰ)解法1:∴当时,f(x)取得最大值2+.因此,f(x)取得最大值的自变量x的集合是{xx=kπ+,k∈Z}.解法2:∵f(x)=(sin2x+cos2x)+sin2x+2cos2x=1+sin2x+ 1+cos2x=2+sin (2x+).∴当取得最大值2+.因此,f(x)取得最大值的自变量x的集合是(Ⅱ)f(x)=2+sin(2x+).由题意得2kπ-≤因此,f(x)的单调增区间是【点评】本题两问的求解都需同学们将f(x)准确而合理地转化为的形式,即考查同学们对三角函数式的转化与化归的能力,这也是高考试题重点考查的能力之一.【例8】(某某卷)已知数列{a n}满足2a n(n∈N+).(Ⅰ)证明:数列{an+1-an}是等比数列;(Ⅱ)求数列{a n}的通项公式;(Ⅲ)若数列{b n}满足(n∈N+),证明{bn}是等差数列.解:(Ⅰ)证明:a1=2为首项,2为公比的等比数列.(Ⅱ)解:由(Ⅰ)得(Ⅲ)证明:∵,∴∴{b n}是等差数列.【点评】本小题主要考查数列、不等式等基本知识,考查化归与转化的数学思想方法,考查综合解题能力.【例9】如图,在五面体ABCDEF中,点O是矩形ABCD的对角线的交点,面CDE是等边三角形,棱EFBC.(1)证明FO∥平面CDE;(2)设BC=CD,证明EO⊥平面CDF.解:(1)证明:取CD中点M,连结OM,在矩形ABCD中,OMBC,又EFBC,则EFOM.连结EM,于是四边形EFOM为平行四边形. ∴FO∥EM.又∵FO平面CDE,且EM平面CDE,∴FO∥平面CDE.(2)证明:连结FM,由(1)和已知条件,在等边△CDE中,CM=DM,EM⊥CD且EM=CD=BC=EF.因此平行四边形EFOM为菱形,从而EO⊥FM,∵CD⊥OM,CD⊥EM∴CD⊥平面EOM,从而CD⊥EO,而FM∩CD=M,所以EO⊥平面CDF.【点评】立体几何是考查转化与化归的重要截体,如本题中的位置关系转化(第(Ⅰ)问中的线线平行与线面平行的转化,第(Ⅱ)问中的线线垂直与线面垂直的转化),空间向平面的转化、等积转化等等.【例10】. 已知f(x)=tgx,x∈(0,π2),若x1、x2∈(0,π2)且x1≠x2,求证:12[f(x1)+f(x2)]>f(x x122)【分析】从问题着手进行思考,运用分析法,一步步探求问题成立的充分条件。
2023年新高考数学大一轮复习专题八思想方法第4讲转化与化归思想(含答案)
新高考数学大一轮复习专题: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)(2020·青岛模拟)“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=7 C .x 2+y 2=5D .x 2+y 2=4 答案 B 解析 因为椭圆C :x 2a +1+y 2a =1(a >0)的离心率为12, 所以1a +1=12,解得a =3, 所以椭圆C 的方程为x 24+y 23=1, 所以椭圆的上顶点A (0,3),右顶点B (2,0),所以经过A ,B 两点的切线方程分别为y =3,x =2,所以两条切线的交点坐标为(2,3),又过A ,B 的切线互相垂直,由题意知交点必在一个与椭圆C 同心的圆上,可得圆的半径r =22+32=7,所以椭圆C 的蒙日圆方程为x 2+y 2=7.(2)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 C 1+cos A cos C等于( )A.45B.15C.35D.25 思路分析 求cos A +cos C 1+cos A cos C→考虑正三角形ABC 的情况 答案 A 解析 令a =b =c ,则△ABC 为等边三角形,且cos A =cos C =12,代入所求式子,得cos A +cos C 1+cos A cos C=12+121+12×12=45. 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.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)由命题“存在x 0∈R ,使01ex --m ≤0”是假命题,得m 的取值范围是(-∞,a ),则实数a 的值是( )A .(-∞,1)B .(-∞,2)C .1D .2 思路分析 命题:存在x 0∈R ,使01ex --m ≤0是假命题→任意x ∈R ,e |x -1|-m >0是真命题→m <e |x -1|恒成立→求m 的范围→求a答案 C解析 由命题“存在x 0∈R ,使01ex --m ≤0”是假命题,可知它的否定形式“任意x ∈R ,e |x -1|-m >0”是真命题,可得m 的取值范围是(-∞,1),而(-∞,a )与(-∞,1)为同一区间,故a =1.(2)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________.思路分析 g x 在t ,3上总不为单调函数→先看g x 在t ,3上单调的条件→补集法求m 的取值范围答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-373,-5 解析 g ′(x )=3x 2+(m +4)x -2,若g (x )在区间(t,3)上为单调函数,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. 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 (2020·全国Ⅱ)若2x -2y <3-x -3-y ,则( )A .ln(y -x +1)>0B .ln(y -x +1)<0C .ln|x -y |>0D .ln|x -y |<0 答案 A解析 ∵2x -2y <3-x -3-y ,∴2x -3-x <2y -3-y. ∵y =2x -3-x =2x -⎝ ⎛⎭⎪⎫13x 在R 上单调递增, ∴x <y ,∴y -x +1>1,∴ln(y -x +1)>ln1=0.例4 已知函数f (x )=eln x ,g (x )=1ef (x )-(x +1).(e =2.718……) (1)求函数g (x )的极大值;(2)求证:1+12+13+ (1)>ln(n +1)(n ∈N *). 思路分析 g x 的极值→ln x <x -1→赋值叠加证明结论(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>ln2,12>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+ (1)>ln(n +1)(n ∈N *). 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.。
化归与转化思想在高考数学解题中的运用
GUAN GDONG JIAO YU GAO ZHONG2021年第2化归与转化思想在高考数学解题中的运用■甘肃省秦安县第二中学罗文军yxo化归与转换的思想,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、图像、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.1.化归与转化的思想方法: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.2.化归与转化应遵循的基本原则:(1)熟悉化原则;(2)简单化原则;(3)和谐化原则;(4)直观化原则;(5)正难则反原则3.化归与转化的途径:(1)从问题的反面思考;(2)局部向整体的转化;(3)未知向已知转化;(4)固定向重组的转化;(5)抽象向具体转化;(6)个别向一般的转化;(7)数向形的转化;(8)定量向定性的转化;(9)主元向辅元的转化.以下结合一些经典试题,谈谈化归与转化思想在高三解题中的运用.题型一:化归与转化思想简单化原则的体现化归与转化思想简单化原则在解题中的体现主要有:(1)将比较代数式的大小的问题,运用同构法,通过构造函数,化归为利用函数的单调性根据自变量的大小比较函数值的大小或者根据函数值的大小比较自变量的大小;(2)将概率与统计问题化归为集合间的基本关系与基本运算问题.例1.若2a +log 2a =4b +2log 4b ,则()A.a >2b B.a <2b C.a >b 2 D.a <b 2【解析】由指数幂的运算性质和对数的运算性质可得,2a +log 2a =4b +2log 4b =22b +log 2b ,又因为22b +log 2b <22b +log 22b =22b +1+log 2b ,所以2a +log 2a <22b +log 22b .令f(x)=2x +log 2x,由指数函数和对数函数性质以及函数单调性的性质可得f(x)在(0,+∞)上单调递增,由f(a )<f(2a ),可得a <2b .【评析】本题考查了指数幂和对数的运算,函数的单调性的性质,构造函数后,把问题化归与转化为根据函数单调性,由函数值的大小比较自变量的大小,体现了化归与转化思想的简单化原则.例2.设命题p ∶4x-3≤1,命题q ∶x 2-(2a+1)x +a (a +1)≤0.若劭p 是劭q 的必要不充分条件,则实数a 的取值范围是__________.【解析】由4x-3≤1,得12≤x ≤1,记A ={x │12≤x ≤1};由x 2-(2a+1)x+a (a+1)≤0,可得a ≤x ≤a +1,记B ={x │a ≤x ≤a +1}.因为劭p 是劭q 的必要不充分条件,所以q 是p 的必要不充分条件,所以p 是q 的充分不必要条件,所以A 芴B ,所以a ≤12,a+1≥11,解得0≤a ≤12,所以实数a 的取值范围是[0,12].【评注】本题的解答中,先把两个命题中的不等式的解集分别用集合A 和集合B 表示,再由劭p 是劭q 是的必要不充分条件转化为p 是q 的充分不必要条件,再转化为集合A 为集合B 的真子集,解得a 的范围.题型二:化归与转化思想直观化原则的体现化归与转化思想直观化原则在解题中的体现主要有:(1)画出函数图像后,利用函数图像研究函数的性质,进而直观的解决与函数有关的问题;(2)立体几何问题中,将立体问题平面化,画出轴截面或者中截面,利用平面几何问题破解题目.例3.设a ,b ∈R ,则|“a >b ”是“a a >b b ”的()A.充要不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充要也不必要条件【解析】构造函数f(x)=x x =x2,x≥0-x 2,x<1函数图像如图1,由图像可知f(x)=x x 在R 上单调递增.当a >b 时,f(a )>f(b ),即a a >b b ,a >b 圯a a >b b .当f(a )>f(b ),即a a >b b 时,a >b ,a a >b b 圯a >b ,所以a >b 圳a a >b b ,“a >b ”是“a a >b b ”的充要条件,故选C.【评注】本题是一道比较复杂的充分必要条件问题,通过观察题目,通过类比和联想,运用化归与转化思想,构造函数f(x)=x x 后,画出这个函数的图像,运用图像法判断这个函数在其定义域R 上为单调递增函数,把a 和b 看成这个函数的两个自变量,a a 和b b 分别看成这个函数的函数值f(a )29数学有数和f(b),由增函数的性质可以得出,a>b圳a a>b b,所以a>b是a a>b b的充分必要条件,体现了化归与转化思想的简单化和直观化原则.例4.已知某个机械零件是由两个有公共底面的圆锥组成的,且这两个圆锥有公共点的母线互相垂直,把这个机械零件打磨成球形,该球的半径最大为1,设这两个圆锥的高分别为h1,h2,则h1+h2的最小值为________.【答案】22姨.【解析】由题意可知,打磨后所得半径最大的球是由这两个圆锥构成的组合体的内切球,内切球的半径R=1,如图为这个组合体的轴截面示意图,圆O为内切球的轴截面,E,F,G,H分别为切点,连接OA,OB,OC,OD,OE,OF,OG,OH,由题意可知AB⊥BC,AD⊥DC,AC=h1+h2,R=OE=OF=OG=OH=1,则S四边形ABCD=S△AOB+S△BOC+S△COD+S△AOD,即AB×BC=12R×AB+12R×BC+12R×CD+12R×AD=12R(2AB+2BC)=R(AB+BC),所以AB×BC=AB+BC.由基本不等式可得AB×BC=AB+BC≥2AB×BC姨,则AB×BC≥4,当且仅当AB=BC时等号成立.所以(h1+h2)2=AC2=AB2+BC2≥2AB×BC≥8,当且仅当AB=BC时等号成立,故h1+h2的最小值为22姨.【评注】本题的解答运用了化归与转化的思想,通过研究组合体和其内切球的轴截面,把空间立体几何问题化归为平面几何问题,做到了把问题直观化的原则.题型三:化归与转化思想熟悉化原则的体现化归与转化思想熟悉化原则在解题中的体现主要有:(1)不等式题目中,把含一个参数的不等式恒成立问题,通过分离变量,化归为求函数在给定区间上的最值问题;(2)立体几何题目中,利用长方体或者正方体模型,把一些三棱锥、四棱锥和三棱柱的外接球问题化归为熟悉的长方体或者正方体的外接球问题.例5.若对任意的x∈(0,+∞),ax-ln(2x)≥1恒成立,则实数a的最小值是_______【解析】由已知可得,对任意的x∈(0,+∞),a≥ln(2x)+1x恒成立,令g(x)=ln(2x)+1x,g′(x)=1x·x-ln(2x)x2=1-ln(2x)x2,令g′(x)=0,则1-ln(2x)=0,则x=e2,当0<x<e2时,g′(x)>0,g(x)单调递增;当x>e2时,g′(x)<0,g(x)单调递减,所以当x=e2时,g(x)取得最大值g(x)max=g(e2)=ln e+1e2=4e,所以a≥4e,所以a的最小值为4e.【评注】本题的解答运用了分离变量法,分离变量后,构造函数后,把a≥g(x)在(0,+∞)上恒成立等价转化为a≥[g(x)]max(x∈(0,+∞)),转化为求函数g(x)在(0,+∞)上的最大值问题,g(x)的最大值即为a的最小值,本题体现了化归与转化思想的熟悉化原则.例6.设数列{a n}的前n项为S n,a1=1,当n≥2时,a n=2a n S n-2S2n.(1)求数列{a n}的通项公式;(2)是否存在正数k,使(1+S1)(1+S2)…(1+S n)≥k2n+1姨对一切正整数n都成立?若存在,求k的取值范围,若不存在,请说明理由.解:(1)因为当n≥2时,a n=2a n S n-2S2n,所以a n=2S2n2S n-1,n≥2,所以(S n-S n-1)(2S n-1)=2S2n,所以S n-S n-1=-2S n S n-1,所以1S n-1S n-1=2,n≥2,所以数列{1S n}是以1S1=1为首项,以2为公差的等差数列,所以1S n=1+2(n-1)=2n-1,所以S n=12n-1,所以,当n≥2时,a n=S n-S n-1=12n-1-12n-3=-2(2n-1)(2n-3),因为a1=S1=1,所以a n=1,n=1-2(2n-1)(2n-3).n≥≥2(2)设f(n)=(1+S1)(1+S2)…(1+S n)2n+1姨,则f(n+1)f(n)=2n+22n+1姨2n+3姨=4n2+8n+44n2+8n+3姨>1,所以f(n)在n∈N鄢上递增,要使f(n)≥k恒成立,只需要f(n)min≥k,因为f(n)min=f(1)=23姨3,所以0<k≤23姨3.【评注】第(1)问运用了数列的前n项和S n与通项a n之间的关系a n=S n-S n-1(n≥2),把a n转化为S n-S n-1,再合并同类项后运用取倒数法,再根据等差数列的定义得出数列{1S n}的通项公式,再得出数列{a n}的通项公式;第(2)问分离变量后构造函数f(n),用作商法判断f(n)的单调性,把不等式f(n)≥k在n∈N鄢上恒成立等价转化为f(n)min≥k(n∈N鄢),两问都运用到了化归与转化思想.AEBFHDGOC302021年第2GUAN GDONG JIAO YU GAO ZHONG2021年第2题型四:化归与转化思想和谐化原则的体现化归与转化思想和谐化原则在解题中的体现主要有:(1)解三角形问题中利用正弦定理实现边角的互化;(2)在三角函数问题中,将形如y=a sin x+b cos x 的函数问题利用辅助角公式化归为形如y=A sin (棕x+渍)的函数问题;(3)解析几何中,将两直线垂直化归为斜率乘积为-1或者方向向量的数量积为0;(4)将形如滋=y -b x -a形式的最值问题,转化为动直线斜率的最值问题.例7.△ABC 的内角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c ,已知b -c =a ·cos C -c ·cos A .(1)求角A ;(2)若a =3,求b +2c 的最大值.【解析】(1)因为b -c =a ·cos C -c ·cos A ,由正弦定理可得,sin B -sin C =sin A cos C -sin C cos A ,所以sin B -sin C =sin (A -C )所以sin (A +C )-sin C =sin (A -C ),所以sin A cos C +cos A sin C -sin C =sin A cos C -cos A sin C ,所以cos A =12,因为0<A <仔,所以A =仔3.(2)由(1)可得,C =2仔3-B ,由正弦定理得,a sin A =b sin B =c sin C=2R ,所以3sin 仔3=b sin B =c sin (2仔3-B ),所以b =23姨sin B ,c =23姨sin (2仔3-B ),所以b +2c =23姨sin B +43姨sin (2仔3-B )=23姨(2sin B +3姨cos B )=221姨sin (B +渍),其中tan 渍=3姨2,渍∈(0,仔2),由B ∈(0,2仔3),存在B 使得B +渍=仔2,所以sin (B +渍)的最大值为1,所以b+2c 的最大值为221姨.【评注】第(1)问运用正弦定理实现边转化为角,再逆用两角差的正弦公式,运用内角和定理以及诱导公式,再运用两角和的正弦公式和两角差的正弦公式,得出cos A 的值,得出角A 的值;第(2)问运用了正弦定理将关于边的最值问题化为角的最值问题,运用三角形内角和定理以及诱导公式,再运用辅助角公式,化为三角函数在给定范围上的最值问题;两问都运用了化归与转化思想,体现了和谐化原则.例8.已知函数f (x)=x2x-1,则f (12019)+f (22019)+f (32019)+…+f (20182019)的值为_____.【解析】由于直接计算有困难,先探求一般的规律,因为f (x)=x2x-1,所以f (1-x)=1-x2(1-x)-1=1-x1-2x=x-12x-1,所以f (x)+f (1-x)=1,倒叙相加可得f (12019)+f (22019)+f (32019)+…+f (20182019)=1009.【评注】本题的解答中体现了特殊问题转化为一般化,运用了化归与转化思想,先通过探究在宏观上把握问题的一般规律,再将特殊问题破解.题型五:化归与转化思想的正难则反原则在解题中的体现化归与转化思想的正难则反原则在高中数学解题中的体现主要有:(1)间接证明方法中的反证法在解题中的运用;(2)概率问题中对立事件和互斥事件的概率公式的运用.例9.等差数列{a n }的前n 项和为S n ,a 1=1+2姨,S 3=9+32姨.(1)求数列{a n }的通项a n 与前n 项和S n ;(2)设b n =S n n(n ∈N 鄢),求证:数列{b n }中任意不同的三项都不可能成为等比数列.【解析】(1)设公差为d ,由已知得a1=2姨+1,3a1+3d =9+32姨姨,所以d =2,故a n =2n -1+2姨,S n =n (n +2姨).(2)证明:由(1)得b n =S n n=n +2姨.假设数列{b n }中存在三项b p 、b q 、b r (p 、q 、r 互不相等)成等比数列,则b 2q =b p b r ,即(q +2姨)2=(p +2姨)(r +2姨),所以(q 2-pr )+(2q -p-r )2姨=0.因为p ,q ,r ∈N 鄢,所以q 2-pr =0,2q-p-r =0姨,所以(p+r 2)2=pr ,(p-r )2=0,所以p =r ,这与p ≠r 矛盾.所以数列{b n }中任意不同的三项都不可能成为等比数列.【评注】本题的解答的第(2)问中运用了反证法,先反设假定要证的结论不成立,而设出结论的反面成立,将这个反设作为条件,运用等比数列的定义和通项公式,通过推理,得出p =r 与已知条件相矛盾,所以反设错误,所以要证明的结论成立,反证法归属于间接证明方法,第(2)问运用了化归与转化的思想.例10.掷一个骰子的试验,事件A 表示“小于5的偶数点出现”,事件B 表示“小于5的点数出现”,则一次试验中,事件A +B 发生的概率为____.【答案】23.【解析】掷一个骰子的试验有6种可能结果,依题意P (A )=26=13,P (B )=46=23,所以P (B )=1-P (B )=1-23=13,显然A 与B 互斥,从而P (A+B )=P (A )+P (B )=13+13=23.【评注】先由古典概型概率公式求出事件A 和事件B 的概率,再由对立事件概率公式求出事件B 的对立事件B 的概率,再由互斥事件概率公式,把事件A+B 的概率化归为求P (A )和P (B )的和,运用了化归与转化思想.责任编辑徐国坚31。
高中数学中转化与化归思想方法
高中数学中转化与化归思想方法转化与化归思想是高中数学中非常重要的解题方法之一、它通过转化和化归问题的方式,将原问题转化为已知问题或相对简单的问题,从而更方便地解决问题。
接下来,我们将详细介绍转化与化归思想的基本原理、步骤和一些常见应用。
转化与化归思想的基本原理可以总结为两点:一是利用数学中的等价关系,将问题中的未知量或条件转化为已知量或更简单的条件;二是通过变量代换、形式转化等方式,改变问题的表达方式或结构,使其更适合我们已知的解题方法。
在具体解题过程中,我们可以按照以下步骤进行:1.通读题目,理解问题的要求和条件。
这一步非常重要,要确保我们对问题的内容和目标有清晰的理解。
2.找到问题中的关键信息和未知量。
这些信息和未知量通常会包含在问题的描述、条件或要求中,我们需要将其抽象出来并进行变量表示。
3.分析问题的性质和特点。
我们需要考虑问题的数学特征、结构和求解方法,以便选择合适的转化和化归方法。
4.进行变量代换或形式转化。
基于问题的性质和特点,我们可以选择合适的变量代换或形式转化方式,将问题转化为已知问题或者更简单的问题。
常用的方法包括平移到原点、找到对称性、消元法等。
5.解决转化后的问题。
一旦将问题转化为已知问题或相对简单的问题,我们可以利用已有的数学知识和解题方法来解决问题。
6.反向思考,回归原问题。
解决了转化后的问题后,我们需要反向思考,将解答归还给原问题,确保解答符合原有的要求和条件。
转化与化归思想在高中数学中的应用非常广泛。
1.几何问题。
几何问题中涉及的角、线段、面积等都可以进行变量代换和形式转化,从而简化计算和求解。
2.代数问题。
代数问题中的方程、不等式、函数等可以通过变量代换和形式转化来简化计算和解决问题。
3.概率问题。
概率问题中涉及到的事件、概率等可以通过变量代换和形式转化来简化计算和求解。
4.数列问题。
数列问题中的数列、通项公式等可以通过变量代换和形式转化来简化计算和求解。
总之,转化与化归思想在高中数学中是一种非常重要的解题方法。
浅谈转化与化归的数学思想方法在高考数学中的应用
浅谈转化与化归的数学思想方法在高考数学中的应用解题的过程实际就是转化的过程。
应用化归与转化的思想,运用数学变换的方法去灵活地解决有关的数学问题,是提高思维能力的有效保证。
标签:转化与化归高考数学应用化归与转化的思想就是将未知解法或难以解决的问题,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,化归为在已知知识范围内已经解决或容易解决的问题的数学思想。
化归与转化的思想是解决数学问题的根本思想,解题的过程实际就是转化的过程。
数学中的转化比比皆是,常用的化归与转化方法有等价变换、数形结合法、函数与方程的思想、换元法、反证法、特殊值法等。
如:未知向已知的转化,命题之间的转化,数与形的转化,空间向平面的转化,高维向低维的转化,多元向一元的转化,高次向低次的转化等,都是转化思想的体现。
下面结合例题谈一谈如何实现数学问题的转化。
1 利用等价转化的思想来实现转化在数学中存在许许多多具有等价性的问题,“恒等变形”是解题的最基本的方法,如解方程和不等式的过程本身就是一个等价转化的过程。
例1、(2003年全国高考)已知c>0。
设P函数y=cx在R上单调递减。
Q:不等式x+|x-2c|>1的解集为R。
如果P和Q有且仅有一个正确,求c的取值范围。
分析:“P和Q有且仅有一个正确”等价于“P正确且Q不正确”或“P不正确且Q正确”,所以应先求出P和Q分别正确时的解集,再用集合间的关系来运算。
解:∵P:函数y=cx在R上单调递减?圳01的解集为R?圳函数y=f(x)=x+|x-2c|在R上恒大于1。
∴函数y=f(x)=x+|x-2c|在R上的最小值为2c。
∴不等式x+|x-2c|>1的解集为R?圳2c>1?圳c>■。
∴如果P正确且Q不正确,则00),则原方程可转化为求含绝对值的二次方程的解。
解:令t=2x,(t>0),原方程可化为:t2+|1-t|=11①当t≥1(即x≥0)时,方程可化为:t2+t-1=11?圳t2+t-12=0解之得:t=3,或t=-4(不舍题意,舍去)∴2x=3?圳x=log23②当01或t=■-■P1(B)P3>P2=P1 (C)P3>P2>P1(D)P3=P2=P1分析:由射影面积公式(S射=S斜cosα)可知:S射与斜面和水平面所成角α有关与斜面内图形形状及图形放置无关。
高考数学转化与化归的思想
高考冲刺转化与化归的思想编稿:孙永钊审稿:张林娟【高考展望】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“转化与化归的思想方法”转化与化归思想在高考中占有相当重要的地位,可以说比比皆是,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.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。
【知识升华】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,将未解决的问题变换转化为已解决的问题.解题的过程就是“化归”的过程,不断地改变待解决的问题,重新叙述它,变换它,直到最后成功地找到某些有用的东西为止.1.转化与化归应遵循的原则(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、经验和方法来解决.(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呈现的和谐统一的形式,或者转化命题,使其有利于运用某种数学方法或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.2.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)常量与变量的变化,即在处理多元问题时,选取其中的变量(或参数)当“主元”,其他的变量看作常量.(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,直观地反映函数或方程中的变量之间的关系.(4)数学各分支之间的转化,如利用向量方法解立体几何问题,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,如利用均值不等式、判别式等.(6)实际问题与数学模型的转化.3.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.(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)参数法:引进参数,使原问题的变换具有灵活性,易于转化.(5)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.(6)坐标法:以坐标系为工具,用计算方法解决几何问题.(7)类比法:运用类比推理,猜测问题的结论.(8)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.(9)一般化方法:当原问题是某个一般化形式问题的特殊形式且又较难解决时,可将问题通过一般化的途径进行转化.(10)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.(11)加强命题法:在证明不等式时,原命题难以得证,往往把命题的结论加强,即把命题的结论加强为原命题的充分条件,反而能将原命题转化为一个较易证明的命题,加强命题法是非等价转化方法.(12)补集法:如果正面解决原问题有困难,可把原问题结果看作集合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 Að获得原问题的解决. 以上所列的一些方法是互相交叉的,不能截然分割.4.利用转化与化归的思想解决问题的模式可图示如下:【典型例题】类型一、函数、方程与不等式之间的转化与化归【例1高清转化与化归的思想例题1 ID:404094】设函数f(x)=13x3-(1+a)x2+4ax+24a,其中常数a>1.(1)讨论f(x)的单调性;(2)若当x≥0时,f(x)>0恒成立,求a的取值范围.【思路点拨】(1)求f′(x)=0的根,比较两根的大小、确定区间,讨论f(x)的单调性;(2)将f(x)>0恒成立转化为f(x)的最小值大于0.【解析】(1)f′(x)=x2-2(1+a)x+4a=(x-2)(x-2a).由已知a>1,∴2a>2,∴令f′(x)>0,解得x>2a或x<2,∴当x∈(-∞,2)和x∈(2a,+∞)时,f(x)单调递增,当x∈(2,2a)时,f(x)单调递减.综上,当a>1时,f(x)在区间(-∞,2)和(2a,+∞)上是增函数,在区间(2,2a)上是减函数.(2)由(1)知,当x≥0时,f(x)在x=2a或x=0处取得最小值.f(2a)=13(2a)3-(1+a)(2a)2+4a·2a+24a=-43a3+4a2+24a=-43a(a-6)(a+3),f(0)=24a.由题设知1,(2)0,(0)0,af af>⎧⎪>⎨⎪>⎩即1,4(3)(6)0,3240,aa a aa>⎧⎪⎪-+->⎨⎪>⎪⎩解得1<a<6.故a的取值范围是(1,6).【总结升华】函数、方程与不等式就像“一胞三兄弟”,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. 举一反三:【变式】函数x x f 6log 21)(-=的定义域为 ▲ .【答案】(【解析】根据二次根式和对数函数有意义的条件,得:1266000112log 0log 620<x >x >x >x x x x ≤-≥≤≤⎧⎧⎧⎪⎪⇒⇒⎨⎨⎨⎩⎪⎪⎩⎩【例2】已知数列{}n a 满足1133,2,n n a a a n +=-=则na n的最小值为__________. 【答案】212【思路点拨】利用递推数列的通项公式构造函数,利用导数判断函数单调性求解。
转化与化归的数学思想
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。
转化与化归思想
3.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. 4.正难则反原则 当问题正面讨论遇到困难时,应想到考虑问题的反面, 设法从问题的反面去探求,使问题获得解决,或证明问题的 可能性. 总之,化归与转化是高中数学的一种重要思想方法,掌 握好化归与转化的思想方法的特点、题型、方法、要素、原 则对我们学习数学是非常有帮助的.
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等与不等是数学解题中矛盾的两个方面,但是它们 在一定的条件下可以相互转化,例如本例,表面看来似 乎只具有相等的数量关系,且根据这些相等关系很难解 决,但是通过挖掘其中的不等量关系,转化为不等式(组) 来求解,则显得非常简捷有效.
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正向与逆向的转化
[例3] 某射手射击1次击中目标的概率是0.9他连续射击4 次且他各次射击是否击中目标是相互独立的,则他至少击中 目标1次的概率为 ________.
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2.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.
同一区间,故a=1.
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“化归与转化”还有“数与形的转化、数学各分支之间的转 化”等,应用时还应遵循以下四条原则:
1.熟悉化原则 将陌生的问题转化为熟悉的问题,以利于运用熟知的知识 和经验来解答问题. 2.简单化原则 将复杂的问题转化为简单的问题,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.
高考数学题中蕴含的转化与化归思想
高考数学题中蕴含的转化与化归思想1. 引言1.1 高考数学题的重要性高考数学题在学生的学习生涯中扮演着至关重要的角色。
不仅是考试的一部分,更是检验学生数学能力和逻辑思维能力的重要方式。
高考数学题的设计旨在考察学生对数学知识的掌握程度,以及运用数学知识解决实际问题的能力。
高考数学题的丰富多样、灵活性强,能够很好地检验学生的数学思维能力、解决问题的能力和抽象思维能力。
高考数学题的出现,不仅检验了学生对数学知识的掌握程度,更考察了学生的逻辑思维、分析解决问题的能力,培养学生的创新精神和思维能力。
通过解答高考数学题,学生能够在逻辑推理、问题分析、问题求解等方面得到锻炼,提高自己的综合能力和解决实际问题的能力。
1.2 转化与化归思想的定义转化与化归思想是数学中一种重要的思维方式和方法,指的是将一个问题通过变换、转化或归纳化简为已知的问题或标准形式,从而达到解决问题的目的。
转化与化归思想在解决数学问题时起着至关重要的作用,能够帮助我们更好地理解问题本质,提高解题效率。
在数学中,转化思想是指将原问题通过变换、等价替换等方式转化为其他形式的问题,常见的转化方法包括换元、换边、换对称点等。
而化归思想则是指将原问题分解、合并或简化为已知的模型或标准形式,通过化归可以减少问题的复杂性,提高求解的准确性。
转化与化归思想在高考数学题中经常出现,例如在解决函数、几何、代数等类型的题目时,学生需要灵活运用转化与化归思想,将问题转化为熟悉的形式,从而更好地解决问题。
转化与化归思想的应用不仅可以帮助学生提高解题的效率,还可以培养学生的逻辑思维能力和创新意识,对于学习数学具有重要的意义。
2. 正文2.1 转化与化归思想在高考数学题中的应用转化与化归思想在高考数学题中的应用可以说是至关重要的。
在高考数学题中,我们经常会遇到一些看似复杂,但实际上可以通过转化与化归思想简化求解的问题。
这种思想在解题过程中起着至关重要的作用,能够帮助我们更加高效地解决问题。
浅谈转化与化归的数学思想方法在高考数学中的应用
解 : B, 的坐 标 分 别 为 ( , ( , 则 = a 3 b 设 D x Y)a b) (+ ,一2) , 2利用反证法 的思想来实现转化 一1 X, Y 如 果 一 个 命 题 从 正 面 解 决 不 好 入 手 或 比较 麻 烦 ,可 以从 命 题 的 《 一 3一 ) 反面 入 手 来 解 决 。 : 明命 题 的 唯 一 性 、 理 性 , 如 证 无 或所 给 的命 题 以否 在 平 行 四边 形 A C 中 , = B D C B 定形 式出现( : 存在、 如 不 不相 交等 )并 伴 有 “ 少 ” 不都 ”都 不 ” 没 , 至 “ “ “ (+ b a 3, 一2) 一1 X, Y =( 一 3一 )
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函数 y f )x J 2 I R上 的最小值 为 2 。 =(= +x c在 x 一 c 不等式 x J 211 + 一 c 的解集为 R ̄ c 1 >I。 x >  ̄2 > 甘c
如 果 P正确 且 Q 不 正确 , O c 则 <<I
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3 , 32, D在椭圆 ) 一 ,) ( 点
题 , 能 建 立 描述 其 数 量特 征 的 函数 表 达 式 , 如 或列 出表 示 其 数 量 关 系 的 方程 式 ( )包 括 不 等式 ( ), 一 般 可 使 问题 得 到解 答 。 组 ( 组 )则 例 4 已知 平 行 四边 形 AB D 中 ,点 A, 的 坐 标 分 别 为 ( 1 、 C C 一 ,
Q: 不等式 x J 2 j +x c 一 >1的解集 为 R
铮 函数 y f )x l 2l R上恒大于 1 =( = + 一 c在 x x 。
…
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4利用 函数与方程的思想来实现转 化 函数 与 方程 的思 想 是 求 数 量 关 系 的 主要 思想 方法 。 一 个 数 学 问
高中数学-化归与转化思想
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。