论转化与化归思想在高三解题中的运用

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  转化与化归作为一种重要的数学思想,能够将相关的数学问题化生疏为熟悉,化含糊为明朗,化抽象为直观,化复杂为简单。借助事物间相互制约、相互联系的观点,在运用整体代入法、配方法、待定系数法等基本思想的基础上完善问题的变化过程,可以缩短问题解决时间。
  一、转化与化归思想的基本运用方法
  目前,转化与划归思想有如下几种基本运用方法。首先,直接转化法。即将数学问题向有联系的基本定理、公式或图形转化,能够及时理清解题思路。其次,构造法。根据问题中的已知条件构建简易的数学模型。第三,数形转化法。借助数形结合的数学方法将问题中的数量关系与相关图形相互转化。第四,换元法。运用换元法大多是为了简化运算过程,一般是将问题中复杂且固定的函数、方程等在经过降幂处理后替换为其他式子。第五,特殊化方法。将普通的问题转化为求特殊解的问题,在证明特殊解也为原问题结论的基础上实现问题简化。第六,坐标法。其多用于几何问题的解决,类似于数形转化,一般是将几何图形转化到坐标系中具体的量。
  二、转化与化归思想在高三解题中的具体运用
  1.转化与化归思想在立体几何中的运用。
  例1.已知在球O的表面上存在A、B、C、D、P五个点,连接PA得到PA=2■且PA⊥平面ABCD,而四边形ABCD正好为边长是2■的正方形,试求△OAB的面积应为多少?
  分析:由于四边形ABCD为正方形且PA⊥平面ABCD,所以可以试图将这五个点转化为长方体的顶点,并且球应为此长方体的外接球,该长方体对角线中点应为球心0。
  解:连接A、B、C、D、P构建球内接长方体,可以得到△OAB恰好处于该长方体对角面上且面积为该对角面的1/4,该对角面的长为,宽为2,所以
  2.转化与化归思想在数列通项公式求解中的运用。
  例2.已知存在首项为1的数列{an}的递推式满足an+1=3an+2n ,那么该数列的通项公式应为怎样?
  分析:由于已经学过并了解了等差数列与等比数列的通项公式,所以可以试图将题目中已知的递推式转化为常见的通项形式,简化解题过程。
  解:假设该递推式可转化为  an+1+k·2n+1=3(an+k·2n),  与 an+1=3an+2n对比,根据待定系数法可得k=1。令bn=an+2n可构建等比数列{bn},其通项公式为bn=b13n-1,所以an+2n=(a1+2n)3n-1=3n,即an=3n-2n,所以该数列的通项公式为an=3n-2n。
  3.转化与化归思想在解析几何中的运用。
  例3.如图,某市现欲在一条东西走向公路l上的O处铺设一条南北走向的公路m,已知距离O处正北100米的A处存在一古迹,为保护古迹,该城市决定以A为圆心,100米为半径设立圆形保护区,为了连通公路l、m,需再新建一条公路PQ,点P、Q分别在公路l、m上(点P、Q分别在点O的正东、正北),且要求PQ与圆A相切。试求:(1)当P距离O处200米时,OQ的长;(2)当PQ最短时,OQ多长?
  分析:解决本题的关键在于图形的分析,根据圆的切线性质可以准确得到方程变量间的联系,为全面求解奠定基础。
  解:由题意可知圆A的方程为x2+(y-1)2=1。 (1)根据题意可设直线PQ的方程为+=1,即qx+2y-2q=0(q>2),由圆A与PQ相切可知,所以=1,所以q=,即当P离O点200米时,OQ的长度为百米。
  (2)设直线PQ的方程为+=1,即qx+py-pq=0(p>1,q>2),因为PQ与圆A相切,所以=1,化简可得p2=,则PQ2=p2+q2=+q2,令f(q)=+q2(q>2),可知,f(q)=2q-=(q>2),当2<q<时,f′(q)<0,即f(q)在(2,)上单调递减;当q>时,f′(q)>0,即f(q)在(,+∞)上单调递增。综上可知f(q)在q=时取最小值,所以当公路PQ最短时,OQ的长为百米。
  转化与化归不仅是一种重要的思维策略,同时也是一种重要的数学探究方法。通过把难题转化为某个已经解决或者较易解决的问题,可以有效提高解题效率。深刻学习与运用转化与化归思想,在提高高三学生解题能力方面具有重要的意义。
  作者单位  江苏省泰州市第二中学
  编辑  聂蕾
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