抓住结构特征,巧解根式问题

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  二次根式一直是竞赛中的重点内容,它涵盖的知识面较广,通常与函数、方程、不等式、解析几何等知识结合,灵活性较强,其解答过程中包含丰富的数学思想。“发现问题比解决问题更重要。”启发我们在做题时应仔细观察根式的结构特征,利用其信息特征“对症下药”。
  一、构造模型,转化视角
  构造是数学解题的重要方法和技巧,在解一些与二次根式有关的题时,不可墨守成规,要善于抓住已知根式的结构特征,合理构造相应的数学模型,往往能减少运算量,简化解题过程,起到出奇制胜的作用。
  例1:函数?(x)=√x4-3x2-6x+13-√x4-x2+1的最大值为(  )。(1992年全国高中数学联赛)
  分析与解答:两根式下都含x4,仔细观察不难发现两根式下都可以写成平方和的形式,即,此时函数可看成点p(x,x2)与点A(3,2)的距离及点B(0,1)距离差的最大值,即把一个代数问题转化成两点间的距离这样一个几何模型(如图1)。
  图1
  易知P点轨迹是一条抛物线,其方程为y=x2,由于A、B两点在抛物线两侧,故过这两点的直线必与抛物线相交。对于抛物线上任意一点,到 两点的距离差大于等于√10,故?(x)max=|AB|=√10,取最小值时如图1所示。
  例2:方程√4-2√3sinx+√10-4√3sinx-6cosx=2的解x为          (      )。(第12届希望杯高中数学竞赛试题)
  分析与解答:该式为含根式的无理方程,涉及正余弦运算,化简异常复杂,不易直接解出方程的解,解题思路受阻,不妨转变角度,视该方程为一个整体,再构造结构类似的对偶式:
  √4-2√3sinx+√10-4√3sinx-6cosx=2m,
  将两式进行和差运算,得:
  从而有,解得m=0,
  于是,,因此。
  二、巧妙代换,化繁为简
  代换即是将题目整体或某一部分用另一个字母或符号来替换,通过代换,把复杂的根式去掉,使问题的条件和结论转化,达到化繁为简,化难为易的目的,代换是化简的重要方法。
  例3:若不等式,则k的取值范围是(   )          。(2009年全国高中数学联赛青海赛区初赛)
  分析与解答:将不等式变形为:,并令,此题则转变只需求u的最大值。而在u中,分子、分母都含根式,不妨把u拆分,使得
  ,观察其结构特征和数量特征,易知,故此题可先配凑,再采用三角代换。令:
  则可知,
  即,故。
  例4:若实数x、y满足,则x的取值范围是(   )         。(2013年全国高中数学联赛)
  分析与解答:观察其结构特征,是含根式的方程,不妨采用局部代换,令,,易知x=a2+b2,代入原方程可得:a2+b2-4a=2b,从而a、b满足方程(a-2)2+(b-1)2=5(a,b≥0),其轨迹是以 (2,1)为圆心,√5为半径的圆在a,b≥0的部分,而x=a2+b2的取值范围可看成该圆上的点到原点距离平方的范围。(如图2)可知,从而,20]。
  图2
  三、利用函数单调性,化简根式
  对于某些含二次根式的函数的值域问题,可借助函数单调性,利用其性质去解决相应问题。
  例5:函数的值域是(   )。(2014年全国高中数学联赛)
  分析与解答:易知?(x)的定义域为[5,8],且?(x)在[5,8]上为增函数,故,。
  二次根式问题具有极强的灵活性,能考察学生的观察、类比、联想、转化、创新等多种能力,技巧性较强,做题时一定要抓住根式结构特征,采用合理的方法化难为易。
  (作者单位:四川西华师范大学数学与信息学院)
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