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【数学解题思想方法】观察与发现

2013-03-12

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观察是进行任何一种科学活动所必须的首要步骤,不少伟大的科学家(包括数学家)都把“观察,观察,再观察”作为自己的座右铭.观察是人们的一种行为动作.通过观察,把外部事物的各种信息反映到人的大脑里.但这绝不是一种机械的条件反射,伴随着观察同时会发生一系列的心理活动,如注意、感知、记忆、想象等,而且其中一定还存在着积极的思维活动.观察本身不是一种独立解数学题的思维方法,但它是产生数学思想方法的基础.高质量的观察能迅速合理地产生好的数学思想方法.因此,观察作为解题的第一步显得特别重要,不能把它与数学解题的思维分割开.

良好的心理素质和合理的观察,是一种数学能力和品质.为形成良好的思维品质,应该从观察做起.人们常说:“眼睛是心灵的窗户”,而观察的好坏则决定这扇“窗户”能否充分地敞开.当然观察不是消极的注视,而是解题者有目的、有计划地对数学问题中的各种信息和特点的直觉感受,从中发现并获取必要的信息.当观察的信息比较熟悉,与自己掌握的解题模式很接近,与自己的认知结构相合拍,那么解题者立即就进入试探过程,大部分这类问题便可很快获解.

观察与试探可从以下几方面入手.

一、观察问题的数字特征

数学离不开数字,我们学过的数字有很多的特征是可利用的,如整数、无理数、质数、勾股数、数的组成、数的整除性、数与方程及数与函数的关系等等.只要仔细观察,发现数字间的内在联系,往往能找到解决问题的突破口.

例3 已知三角形的三边分别为108、144、180.求此三角形的最大角.

思路分析 本题用余弦定理计算比较麻烦.若认真观察数字间的特征:108∶144∶180=3∶4∶5,由勾股定理的逆定理即可知此三角形为直角三角形,所以最大角是90°.

项数,于是可进行如下试探:

二、注意观察式的特征

问题所给的各类式子中出现的一些关系与形式,常常可给问题的求解指出探索的思路.

思路分析 一般观察可断定用判别式法,但若再仔细观察则可发现分子能写成4(x+1)2+9,分母能写成6(x+1),这类关系能否利用,不妨作一试探:

例6 设

A=(2+1)(22+1)(24+1)(28+1)(216+1)(232+1)(264+1).

求A的末位数字.

思路分析 此题若企图把等式右边各个因数相乘是极不现实的.观察所给的式子特征,容易想到用(2-1)乘等式两边进行试探:

(2-1)A=(2-1)(2+1)(22+1)…(264+1)

=2128-1=(24)32-1=1632-1.

因1632的末位数字是6,所以A的末位数字是5.

思路分析 如果仔细对已知等式进行观察,注意到a1、a2、a3、a4为非零实数,就可把等式看成为以a4为未知数的方程,且此方程有实根,于是

此题还可将已知等式展开,应用配方知识解答.

例8 已知x、y∈R.且x2+y2=4,求x+y的最大值和最小值.

思路分析 观察已知式知它表示一个以原点为圆心,以2为半径的圆(如图2-1),于是问题转化为当点(x,y)在圆上运动时,x+y=b在y轴上的截距b的最值问题.再借助于图形进一步观察,可得结论:当且仅当直线x+y=b运动到l1位置与圆相切时,取得最大值;运动到l2

三、注意观察图形特征

注意观察图形特征,可以发现图形中隐含的重要的关系,同时也有利于运用数形结合方法,在解题中获得优解.

例9 如图2-2,A是半径为1的⊙O外一点,OA=2,AB是⊙O的切线,B是切点,弦BC∥OA,连结AC,则阴影部分面积等于( ).

思路分析 观察图形特征,连结OC、OB,发现△BOC与△ABC有相同的底和高,其面积相等.于是S阴影=S弓形BmC+S△ABC-S弓形BmC+S△BOC=S扇形BOC.

而要求S扇形BOC,关键是求∠BOC,再观察图形知:在Rt△AOB中,由已知条件得∠OAB=30°.因而可知∠CBO=∠BOA=60°.所

例10 平面上有两点A(-1,0)、B(1,0),在圆周(x-3)2+(y-4)2=4上取一点P,求使AP2+BP2最小时点P的坐标.

思路分析 观察图2-3知:PO为△PAB的边AB上的中线,所以AP2+BP2=2OP2+2OB2=2OP2+2.OP最小时,AP2+BP2也最小,因此连结点O和圆心O′的线段与圆的交点,即为所求的点P.解方程组

例11 已知抛物线y=x2+2kx-k+1(k∈R)在x轴上的两个交点分别在区间(0,1)与(1,2)内.求k的取值.

思路分析 可设想有一条满足条件的抛物线如图2-4.观察图形,由于抛物线开口向上,故k应满足

所以k的值不存在.

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