构造法在高中数学解题中的应用研究

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  摘 要:在高中数学解题教学中,教师不仅要强调知识的讲解,更要注重对学生思维能力的培养,而构造法在高中数学解题中有着广泛的应用,对于启发学生创新思维,强化学生逻辑思考具有重要意义.本文从构造法的含义出发,结合类型题分析构造法的应用,并反思其应用过程,以期对提高高中数学解题教学指导效果提供参考.
  关键词:构造法;高中数学;习题类型;实践应用
  中图分类号:G632文献标识码:A文章编号:1008-0333(2020)22-0075-02
  构造法就是根据题设条件或结论所具有的特征、性质,构造出满足条件或结论的数学模型,借助于该数学模型解决数学问题的方法.在高中数学解题指导中,构造法的应用能够激发学生主动调用函数、方程、几何图形、数列等知识,促使学生实现创新思考与逻辑探究,提升学生的解题能力.
  一、构造法在高中数学解题中的应用类型
  1.构造函数
  在解题中,学生可以根据问题条件构造新的函数关系,将复杂的问题转化为熟悉的函数关系式,并利用函数性质进行解答.
  例1 在实数范围内解方程:(x2-x+1)5-x5+4x2-8x+4=0.
  分析 该方程为高次的,直接展开超出所学范围,且过于复杂,因此并不可行,而利用函数,将高次方程转化为相应的函数,并结合函数的奇偶性进行分析则不失为一种简单易行的方法.
  解析 (x2-2x+1)5+4x2-8x+4=(x2-2x+1)5+4(x2-2x+1)=0,则令
  t=(x2-2x+1),则将原方程构造函数
  f(t)=t5+4t,通过对f(t)的分析可知f(t)在区间实数范围
  与y轴仅有一个焦点,此时t=0,由此可推出x2-2x+1=0,x=1.
  拓展:解不等式:x(1+x2+2)+(x+1)(1+(x+1)2+2)>0.
  解析 与上一例题类似,学生可以通过观察,设f(x)=x(1+x2+2),x∈R,易证明f(x)在区间0,+SymboleB@
  为单调递增函数,且f(-x)=-f(x),f(x)为奇函数,原不等式可以转化为f(x)+f(x+1)>0,最终结果为
  x>-12.
  2.构造方程
  方程与数量关系、函数等知识之间存在密切联系.在解题中根据条件构造出一个新的方程往往能够打开解题思路,获得更加便捷的解决方法.
  例2 求函数y=2x+1x2+x+1的值域.
  解析:将函数两边同时乘以x2+x+1,能够得到关于x的方程,即y(x2+x+1)=2x+1在R范围内有解;通过y的讨论,确定函数值域,即当y=0时,x=-12,符合条件;当y≠0时,确定Δ≥0,即3y2≤4,最后求得函数值域为-233,233.
  由上述题目可以看出方程在问题转化中有着更加灵活的应用,而教师应结合问题启发学生思考解题过程,即明确方程转化的条件,如何结合题目特点设计方程,讨论方程相关性质,即判别式与韦达定理,最后将方程结论转化为题目结论,完成对问题的有效解答.3.构造几何图形
  数形结合是数学学科的重要思想方法,在解题中,教师应指导学生将构造法与数形结合相融合,根据数量关系对图形进行与构造,利用直观图形实现对抽象问题的分析,以降低解题难度,提高阶梯效果.
  例3 关于θ的方程3cosθ+sinθ+a=0,在区间0,2π内有相异的两个实根α和β,求实数a的取值范围.
  解析 在解题中,教师可以指导学生拓展思维,思考方程问题与平面几何问题的关系,并通过构造几何图形实现对问题的解答.设x=cosθ,y=sinθ,则由题设知,3x+y+a=0,另方程转化为一次函数,即y=-3x-a与圆x2+y2=1有两个不同的交点A和B,原点O到直线的距离小于1,可以得出d=0+0+a(3)2+12<1,解得-2<a<2.由于方程在区间0,2π内有相异的两个实根α和β,可知y=-3x-a不过点(1,0),即a≠-3,实数a的取值范围为a∈(-2,-3)∪(-3,2).
  4.构造数列
  数列模型具有一定的规律性,其在解题中能够更加清晰地呈现问题特点.在教学指导中,教师可以结合相应问题,指导学生构造等差数列或等比数列,利用数列性质进行解题.
  例4 求证:1n+1+1n+2+…+13n+1>1,其中n为正整数.
  解析:题目中“n为正整数”这一条件十分重要,根据不等式的结构可以来能想到數列,并进行构造:令an=1n+1+1n+2+…+13n+1,则an+1-an=13n+4+13n+3+13n+2-1n+1=13n+4+13n+2-23n+3=2(3n+2)(3n+3)(3n+4)>0.由此可以发现数列an为递增数列.根据a1>1最终可以证明不等式.在这一问题中,直接证明十分复杂,需要根据不等式的特点,与相关知识建立联系,并利用数列模型进行分析转化,完成证明.
  二、构造法在高中数学解题应用中需注意的问题
  构造法在高中数学解题中的应用十分广泛,但是通过对学生解题过程与解题效果的观察,可以发现许多学生对于构造法的掌握存在问题,无法细致观察题目,在构造模型的过程中也常常一头雾水.针对此,教师在教学指导中,应注重方法,帮助学生掌握构造法的本质含义,并实现灵活自主运用.
  在解题指导中,教师首先应注重对学生观察能力的培养.构造法属于创新思维方法,需要学生在细致观察中灵活调用所学知识.教师在教学指导中,应鼓励学生主动观察,为学生创设发现问题的情境,并结合问题渗透数学定理、解决数学难题的事例,融入一些富有趣味性的练习,让学生通过自己的观察、分析,发现题目之间的联系,并激发其主动构造的兴趣,提高观察能力.其次,教师应注重对学生思维发展过程的培养.构造法的运用是思维不断深化发展的过程,教师在教学设计中应精心编创问题,促使学生多角度地思考,经历假设分析、举例验证、反问推理等一些列抽象思考过程,让思路从思维定势的框架中跳出来,用一种全新的思维方式解答问题;此外,教师还应结合例题启发学生思考,鼓励学生表达,并在手脑口并用中加深印象,深化学生对数学知识的思考与应用,同时提升学生的思维品质.再次,教师应注重对学生举一反三能力的培养.举一反三是学生思维拓展的必要途径,在构造法的应用中教师可以对问题进行变式,利用相似的题目启发学生拓展思考,以提高知识灵活运用能力.例如在上述“构造函数”一节中,教师从方程拓展到不等式,不同的题目采取相同的思路,即构造函数,以启发学生对构造法应用的进一步思考,激发其结合其它问题尝试运用构造法的动力.最后,教师应注重对学生总结反思能力的培养.根据上述类型题举例可以看出构造法的应用范围之广,教师在教学指导中,应启发学生对多接触的典型习题进行总结,如构造函数、构造方程、构造几何图形、构造数列等,归纳解题步骤,探究构造法的应用思路,逐渐内化解题方法,将解题积累逐渐转化为数学思想方法,从而提升数学学习能力.
  总之,在高中数学解题指导中,构造法是一种常见,且具有创新意义的解题思路.在教学指导中,教师应引导学生深入理解构造法的含义,理解构造的目的,并结合不同类题习题分析构造法的应用策略,促使学生在观察与思考中实现创新解答,提高解题能力.
  参考文献:
  [1]王少华.大数据时代高职英语混合式教学模式研究[J].海外英语,2019(20):274-275.
  [2]牛震.基于大数据时代高职英语混合式教学模式分析[J].海外英语,2019(16):247-248.
  [责任编辑:李 璟]
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