特例在数学解题中的妙用

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  特殊问题的解决孕育着一般问题的解决,因此,一般问题特殊化是探索解题途径常见的思想和方法.形象地说,它是一种“以退求进”的思考策略.华罗庚教授说得好:“善于 ‘退’,足够地‘退’,‘退’到最原始而不失去重要性的地方,是学好数学的一个诀巧!”它在解题中有着不可小视的作用.
  一、 特值代换,是问题迅速获解的途径
  解数学的选择、填空题时,巧妙运用特值代换,能有效提高解题的速度和准确度.由于选择、填空题不要求写解过程,所以可以用特殊代替一般的方法巧解某一类的选择、填空题.
  如:(2010厦门中考题)如图,正方形ABCD的边长为2,动点P从C出发,在正方形的边上沿着C→B→A的方向运动(点P与A不重合).设P的运动路程为x,则下列图象中△ADP的面积y关于x的函数关系()
  分析可以取特殊点验证,当P与C重合时,△ADP的面积为2.即x=0,y=2;当P与B重合时,△ADP的面积为2,即x=2,y=2;当P与A重合时,△ADP的面积为0,即x=4,y=0(但点P与A不重合故为空心点).所以只有C正确.
  又如:在某次聚会上,每两人都握手一次,所有人共握手10次,设有x人参加这次聚会,则列方程正确的是()
  A. x(x-1)=10 B. =10
  C. x(x+1)=10 D. =10
  分析题中已有一个特例是每两人都握手一次,也就是x=2时,共握手一次,左边的代数式只有 =1,故选B.
  又如填空题:已知+=3,则的值为.
  分析可以取y=1时,得x=代入代数式计算得4.
  共性寓于个性之中,很多题目都是由一个或几个特殊情况经过分析进而推测出一结论,这种思路用符合题意的特殊值代换,变抽象为具体,化难为易,巧取捷径,迅速求解.
  二、 特值验证,查找结果正确性
  一个数学结论的成立必须对其允许的各种可能情况均经判断成立后,才能确认,因此,要否定一个数学命题,只要举出一个令其不能成立的特例即可.特例检验就是从这一思想出发,当我们获得一般性的结论时,用一些适合题意的简单数值、简化问题、给予特例等代入后的结果也一定正确.否则,即可断定题解有误.这种思想在数学上用的较多的地方是方程的验根.但还有在数学上不少地方用到,如代数式的化简,化简结果是否正确可用特值代入检查.先用特值代入原式计算出结果与代入化简后的式子结果是否相等,如不等就说明代数式化简过程有误.
  例化简:(x-y)2-(x+y)(x-y)
  解原式=(x2-2xy+y2)-(x2-y)=x2-2xy+y2-x2+y2=2y2-2xy.
  结果是否正确,可用特值验证.可以取x=2或3,两个值进行验证,能使原式的值与化简后的值一致,说明化简没有错误,还可以用其它数值,一般取两三值即可.又如:不等式的解集的验证,例解不等式2x-2>0解集为x>1,先取x=1验证2x-2=0,看是否成立,如成立,再验不等号的方向,取x=0,在解集为x>1中不成立,再代入原不等式看是否成立,如成立,解集是正确的,反之错误.
  三、 特殊探路,是解决问题的突破口
  当遇到那些较复杂的问题,特别是遇到看似缺少条件无从下手时,可依据题意先考察其特例,通过特殊量来寻求解题的突破口.对简单情形的观察与分析从中发现普遍规律,从而总结解题思路.从一般到特殊,从全局到细节的反复观察,利于发现新的信息.这类解题常用于猜想命题的求解.
  如:(2010吉林中考题)正方形ABCD与正方形CEFG的位置如图所示,点G在线段CD或CD的延长线上.分别连接BD、BF、FD,得到△BFD.
  (1) 在图①~图③中,若正方形CEFG的边长分别为1、3、4,且正方形ABCD的边长均为3,请通过计算填写下表:
  (2) 若正方形CEFG的边长为a,正方形ABCD的边长为b,猜想S△BFD的大小,并结合图③证明你的猜想.
  分析问题(1)是特殊化两个正方形,可计算出S△BFD为,即正方形ABCD面积的一半.问题(2)正方形CEFG的边长a可取特殊值去猜想S△BFD(即取a=0,a=b时)得到S△BFD都为b2,也就是正方形ABCD面积的一半.又由S△BCD=b2,可得S△BFD=S△BCD.这两三角形是同底BD,只要同高,两三角形面积相等.连接FC,就有FC∥BD,命题得证.
  以特例为起点,推广为一般结论,形成猜想加以证明得到新的结论,是数学研究的方法之一,也是探索新知的重要途径之一.
  四、 反面特例,是否定命题结论的有效方法
  反面特例即反例,通常指用来说明某个命题不成立的例子.列举反例也是一种重要的論证方法,构造反例更是培养学生丰富的想象力和创造力的有效手段.如:判断两无理数的和是无理数是否正确?只要列举反面特例,如这两无理数是互为相反数则和为零是有理数,所以命题不正确.
  在特殊化寻求解题方法、途径,能收到化难为易,然而每一个问题都有各自的简单情形或特殊对象,而且有时又不止一种,这需要去观察分析找到解题最佳解决办法.
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