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高考数学秘笈:四步解题法15——发现差异之内部差异

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:

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。

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

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,

=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

代入上式,得

例4、设

分别是方程

的根,

【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。

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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