数学变形的原则与方法

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  【摘要】数学解题的实质是从已知条件出发,逐步寻求可知,进而求得结论达到未知的系列思维链.其呈现形式是一系列从条件或结论出发进行的命题转化过程——数学变形过程.文章从为什么要变形(变形目的),向什么方向变形(变形方向),用什么手段变形(变形手段)三个方面给出了思考分析的一般原则与方法.
  【关键词】数学变形;变形原则;变形手段
  解题的表述过程就是从条件或结论出发进行的一系列命题转化过程,即数学变形过程.为什么要变形(变形目的)?向什么方向变形(变形方向)?用什么手段变形(变形手段)?是我们首先要回答的三个主要问题.本文试图给出其一般原则与方法,以期对读者有所帮助.
  一、变形方向的确定——变形原则
  一个式子与命题,往往存在多种可能的变形方向与途径(可以赋予无数种运算与变形),走哪条路好?怎样走才最有利?如何选取并確定最佳变形方向就成了解题的关键.一般地,应遵循如下原则:
  ① 熟悉化原则;② 求简原则;③ 求同原则;④ 直观性原则;⑤ 逆反原则.
  (一)熟悉化原则
  熟悉化原则是所有原则中最常用、最基本的原则.许多重要的思想与解题策略都可以看作是熟悉化原则的具体应用,如几何中空间向平面、曲线向直线转化;解析法;代数中消元、降次、复数法、换元法、抽象向具体,变化向确定转化等等.
  (二)求简原则
  求简原则指在解题过程中,往往要从问题的复杂处入手,逐步化繁为简.立体几何中,空间向平面转化;代数证明中往往从复杂的一边入手,逐步化简到另一边,将证明过程变成一个化简过程;代数变形中消元、降次等等都是求简原则的具体运用.
  (三)逆反原则
  差异就是矛盾.数学变形就是矛盾的运动.在解题过程中,让矛盾的双方各自向其对应面转化,这就是逆反原则.如,主元与辅元,已知与未知,常量与变量,一般与特殊,升幂与降幂,消元与添元,直接与间接等等,在变形过程中经常进行相互转化.
  评注 常量与变量是一对矛盾,在一定条件下也可以相互转化,有些问题不妨将常量视为变量,变量视为常量,则达到出奇制胜的效果.
  (四)直观性原则
  数与形是客观事物不可分离的两个数字表象,它们有着各自特定的含义,同时又存在着密切的联系.从不同侧面反映着数学问题的本质,充分利用形的直观性来揭示数字问题的本质属性,将代数问题转化为几何问题求解,这就是直观性原则.
  (五)求同原则
  对称、和谐、简单、统一,体现了自然界的美,也是数字美学原则之一.消除条件结论中的差异,从而达到和谐、统一,即数字变形中基本原则之一——求同原则.
  评注 求同原则主要有两种表现形式:① 条件向结论化同,为了推出结论;② 结论向条件化同,为了应用条件.
  寻找差异,抓住联系,促进转化,达到统一是一条适用范围很广之变形原则.
  三角函数恒等变形中变角法,升降幂法,解题方法中的拼凑变形都是求同原则的具体运用.
  二、如何变形——变形手段
  常用的变形手段有:拼凑变形,公式变形,代换变形与数形转换.
  (一)拼凑变形
  有人说解题过程,无非是猜和凑,有道理.猜,就是猜测解题方向;凑,就是凑此方向.对证明题,因为结论已给,方向已明,所以需要的主要是凑的功夫了.
  特别地,在数学归纳法的证明中,第二步的证明可以归结为“两凑”.一凑假设,为的是应用假设的结论;二凑结论(n=k 1时命题的形式).
  (四)数形转换
  兼顾数形两个方面,借助数形转换来研究问题,① 赋予“数”“形”特征.利用图像的直观性,加深对问题本质的理解,避免繁杂运算.② 给“形”定“数”,然后通过对数与方程的研究,实现问题的解决.
  以上总结了数学变形中的常用手段,数学变形的手段是丰富多彩,多种多样.需要同学们从解题实践中不断总结积累,从而使自己分析问题解决问题的能力得到锻炼与提高.
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