冯跃峰
本节主要讨论发掘问题中的内部差异。
所谓内部差异,是指这样两种差异:
(1)同一个式子的某个局部与另一个局部之间的差异;
(2)条件与条件(包括相关知识)之间存在的差异。
消除内部差异,可以减少研究对象或研究对象的不同表现形式,协调各元素间的相互关系,为综合利用各个条件及相关知识创造机会。
我们先看两个简单的例子。
例1、计算:
+。
【分析与解答】本题属于纯计算题,只能采用如下解题主线:
+——→常数。
比较起点与终点的状态差异,发现解题的本质要求是消除当前状态中的对数式,进而得到一个具体的数值。
如何消去“对数式”?这就要发掘当前状态的内部差异:
在的指数中,其对数的底是4,而指数式的底是2,于是要消除它们的差异:将4化为2,以便利用相关知识:
=N。
如何将两个“底”化成相同?——将4“开平方”即可,由此寻找条件,联想到相关知识:
=,便有
=。
对另一个对数式也同样消除内部差异,解题水到渠成。
具体解答如下:
【新写】 +
=+
=+
=+
=()+()=4。
例2、设x<0,求
f(x)=
的最小值(天津市质检题)。
【分析与解答】本题的目标为:
≥常数。
题中给出了唯一的条件x<0,但这个条件起什么作用,暂时不知道,先跳过。分割目标建立如下解题主线:
——→ 常数。
就外部差异而言,关键是通过放缩变形消去x,这当然会用到x<0,但仍不知究竟如何使用这一条件。
因此,本题的关键是从发掘当前状态的内部差异开始。
考察当前状态中的式子
与,
它们的结构有点相似,但存在差异,消除其差异,就可变成统一的表现形式,进而采用换元法。
如何消除差异?自然是将
转化为(x+)²,这采用配方法即可:
=(x+)²-2。
以下过程则畅通无阻:通过变量替换转化为熟知的二次函数之后,只需确定自变量的变化范围,这恰好可利用题给条件x<0。具体解答如下:
【新写】记y=
=--2,
令=t,则y=t²-t-2。
因为|t|==|x|+≥2,
但t<0,所以t≤-2。
而y=t²-t-2关于t在(-∞,]上为减函数,所以当t=-2时,y取最小值4。
即 f(x)=的最小值为4。
下面两个问题的解答方式与之类似,留给读者练习。
例3、设,
求p与q之间的关系。
【分析与解】条件中的前两个等式在结构上有点类似,消除其差异,即可综合利用这两个条件(将其中一个代入另一个)。
因为,
所以,
即。
又
代入上式,得
故。
例4、设分别是方程
的根,
求。
【分析与解】本题可建立如下解题主线:
—→ =常数。
它有一个巧妙的几何解法(见《学习与评价》P73-例2)),但也有很好的纯代数解法(比原方法更简单)。
解题的关键是消除内部差异:两个条件等式在结构上的差异,从而看综合利用条件。
两个条件之间的差异很明显:第一个条件中含有对数式,而第二个条件中含有指数式,我们立足于将第二个条件转化到与第一个条件的结构相同。
将变成
,
则可见,也是方程x+lgx=3的根!
又函数x+lgx在定义域(0,+∞)内是增函数,所以只存在一个x值使x+lgx=3(即方程只有唯一实根),
于是,
代入第二个等式,得
。
下面看一个难点稍大一点的例子。
例5、设asin²α+bcos²α=c,
,
求证:。
【分析与证明】以题给的两个条件等式为起点,结论中的恒等式为终点,可建立如下解题主线:
asin²α+bcos²α=c①,
②,(起点)
——→(终点)。
本题起点和终点的结构都较复杂,一些解题者被题目的“大容量”、“多参数”的表现形式所迷惑,找不到解题的突破口。实际上,只要立足于寻找题中的各种差异,并考虑如何消除差异,则解题途径就清晰可辨。
先发掘外部差异:比较初始状态与目标状态,发现两者的差异是目标状态中不含α,从而解题的关键是消去α,这可由条件①②来完成;
再发掘内部差异:如果视sin²α、cos²α为两个变元,则条件①②都是关于这两个变元的二元方程。但按通常的消元方法,虽然也能完成解题,但计算过程冗长。此时,发现条件中的内部差异则可起到事半功倍的效果。
考察初始状态中的两个条件等式①②,发现每个等式都存在内部差异:所含的三角函数不同。为了便于消元,可利用“同角关系”实现函数的转化,减少函数类。
由此想到相应的知识:sin²α+cos²α=1,①②消去cosα后分别变为
asin²α+b(1-sin²α)=c④,
⑤。
至此,由④解得
sin²α=,
将之代入⑤,整理后即得要证的等式。
具体解答如下:
【新写】因为asin²α+bcos²α=c,
,
又sin²α+cos²α=1,所以,
asin²α+b(1-sin²α)=c①,
②。
由①解得sin²α=,
将之代入②,整理后即得
。
本例充分说明,发现内部差异在解题中起着至关重要的作用。
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