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簡述“設(shè)而不求”應(yīng)用舉例:轉(zhuǎn)化方程
論文摘要:解題時應(yīng)時刻明確解題的最終目的是什么?能否運(yùn)用各種手段直接達(dá)到目的?要盡量避免盲目推演而造成無益的循環(huán)運(yùn)算。“設(shè)而不求”是解決這個問題的一個好方法。所謂設(shè)而不求,就是指在解題過程中根據(jù)需要設(shè)出變量,但是并不具體的去直接解出變量的值。它給解這一類題提供了較好的切入點(diǎn)和較少的運(yùn)算量,不失為一好法.那么是什么原因?qū)е略O(shè)了未知數(shù)之后卻不必要求出來呢?分析一下計算的過程,發(fā)現(xiàn)所求的問題與所設(shè)的未知數(shù)之間可以通過計算建立聯(lián)系,從而無必要求未知數(shù)而得到了問題的答案,也就是“設(shè)”為基礎(chǔ),而“不求”是關(guān)鍵、是技巧,從而得到需要的結(jié)論。
論文關(guān)鍵詞:設(shè)而不求,整體入手,靈活消去,轉(zhuǎn)化方程,巧達(dá)目標(biāo),僅作橋梁,恒等變形
  一、設(shè)而不求,整體代入
  在解題過程中,往往有些步驟和環(huán)節(jié)并不是非有不可的,這些可稱為“非必求成份”,解題時若能眼觀全局,明確最終目的,從整體入手,直奔終點(diǎn),巧妙地解開“非必求成份”,就能省時省力,獲得巧解。
  例1三棱錐的三個側(cè)面互相垂直,它們的面積分別是6㎡、4㎡和3㎡。求它的體積。
  解析:

……①

……②

……③


如圖設(shè)三棱錐S-ABC的三條側(cè)棱長分別為xm,ym,zm,則三個側(cè)面積分別為、、,依題意有,
 、佟立凇立酆笕∷阈g(shù)平方根可得xyz=24.
  而==()
  例2已知橢圓為焦點(diǎn),點(diǎn)P為橢圓上一點(diǎn),,求。
  解析:由題意知點(diǎn)P為橢圓上一點(diǎn),根據(jù)橢圓的定義。
  再注意到求的關(guān)鍵是求出這一整體,則可采用如下設(shè)而不求的解法:設(shè)
  由橢圓定義得
  由余弦定理得
 、伲诘,
  在這里不必分別求出x,y,z或,而是直達(dá)終點(diǎn)求出xyz或的值,這種把“xyz”作為“整體化”靈活處理“計算塊”的做法卻是省時省力。
  二、設(shè)而不求,靈活消去
  在解題過程中,不解方程組,利用已知條件和方程的特點(diǎn),靈活地進(jìn)行等量代換而使問題獲得解決,也能省時省力。
  例3若A、B、C是曲線xy=1上的三點(diǎn),證明:的重心H必在此雙曲線上。
  證明:設(shè)A、B、C三點(diǎn)的坐標(biāo)依次為,,
  則。于是AH的方程為:…………①
  同理BH的方程為:…………②
  所以點(diǎn)H的坐標(biāo)同時滿足①和②即…………③
  …………④
 、邸立艿
  化解整理得,顯然,∴
  即表明的重心H必在雙曲線xy=1上。
  本題的關(guān)鍵是將③④兩式相乘,從而推出,它避免了解二元一次方程組。由此可以看出,靈活消元的方法,?梢员苊馊唛L的計算,既提高了解題速度又可減少差錯。
  例4求過橢圓內(nèi)一點(diǎn)A(1,1)的弦PQ的中點(diǎn)M的軌跡方程。
  解析:設(shè)動弦PQ的方程為,設(shè)P(),Q(),M(),則:
 、伲诘茫
  當(dāng)時,
  由題意知,即
 、凼脚c聯(lián)立消去k,得
  當(dāng)時,k不存在,此時,,也滿足④。
  故弦PQ的中點(diǎn)M的軌跡方程為:
  注:通過將P、Q的坐標(biāo)代入曲線方程,再將兩式相減的過程,稱為代點(diǎn)相減。這里,代點(diǎn)相減后,適當(dāng)變形,出現(xiàn)弦PQ的斜率和中點(diǎn)坐標(biāo),是實現(xiàn)設(shè)而不求的關(guān)鍵。
  三、設(shè)而不求,轉(zhuǎn)化方程
  有些數(shù)字等式的證明,若通過計算,十分繁雜,若設(shè)其等于x,而轉(zhuǎn)化為對含未知數(shù)x的方程的研究,從而獲得巧證。
  例5證明
  證明:設(shè)
  則兩邊立方整理得,可化為,
  ∵恒正,∴x-1=0即x=1∴
  設(shè)而不求,化等式證明為解方程問題,正巧特殊方程有唯一的實根x=1,從而證得原等式成立。
  例6已知點(diǎn)P(3,4)為圓C:內(nèi)一點(diǎn),圓周上有兩動點(diǎn)A、B,當(dāng)∠APB=90時,以AP、BP為鄰邊,作矩形APBQ,求頂點(diǎn)Q的軌跡方程。
  解析:設(shè)A(),B(),Q(x,y)
  由題意得:
  
  ,即。⑤
  
  將①②⑤代入上式并整理得,即為點(diǎn)Q的軌跡方程。
  注:本題的目標(biāo)是找到x、y所滿足的方程,而逐步消去無關(guān)的則是解答問題的關(guān)鍵。
  四、設(shè)而不求,巧達(dá)目標(biāo)
  解題過程中,時刻明確解題的最終目的,能否經(jīng)巧妙運(yùn)算,省去無益的循環(huán)運(yùn)算,直達(dá)目標(biāo)。
  例7過圓外一點(diǎn)P(a,b),引圓的兩條切線,求經(jīng)過兩個切點(diǎn)的直線方程。
  解析:設(shè)切點(diǎn)則切線,切線,可見都滿足方程:,而次方程表示直線,故方程為過兩切線的直線方程。
  若先求出切點(diǎn)坐標(biāo),再求經(jīng)過兩個切點(diǎn)的直線方程,則情況復(fù)雜,計算量大。
  例8拋物線的方程為y=4x,過P(1,2)作兩條傾斜角互補(bǔ)的直線PA、PB交拋物線于A、B點(diǎn),求AB的縱坐標(biāo)之和及直線AB的斜率.
  解析:設(shè)A(x,y),B(x,y).
 。á瘢┞,y+y=-4;
 。á颍┯深}意得:y=4x,故y-y=4(x—x),即==-1.
  y=4x,∴直線AB的斜率為-1.
  點(diǎn)評:此法的關(guān)鍵是通過兩個函數(shù)式的相減運(yùn)算,得到了斜率的形式,在雙曲線和橢圓中還可得到中點(diǎn)的坐標(biāo)形式,達(dá)到設(shè)而不求的目的.
  五、設(shè)而不求,僅作橋梁
  根據(jù)解題的需要,常引進(jìn)一個量作為中間過度的橋梁,使問題獲得解決。
  例9求的值
  解析:設(shè)M=,N=
  則M·N=
  ===
  ∵,∴M=
  這種方程是首先設(shè)值,然后通過恒等變形,最后求得結(jié)果。
  例10過拋物線y=ax(a>0)焦點(diǎn)F作一直線交拋物線于P、Q兩點(diǎn),求+。
  解析:如圖,l為準(zhǔn)線,交y軸于F,作PP⊥l,QQ⊥l,交于P、Q,
  設(shè)|PF|=|PP|=m,|QF|=|QQ|=n,連接PQ交y軸于點(diǎn)A.
  通過比例關(guān)系易求得|FA|=,|AF|=,
  而|FA|+|AF|=|FF|==2,即+=4a.
  六、設(shè)而不求,恒等變形
  在解題時引入適當(dāng)?shù)膮?shù)常有利于解題。引入一個參數(shù)可以控制n個變量的變化,把n個變量的變化集中在一個參數(shù)上,因此使問題簡化,盡管不必求出這個參數(shù)的值。
  例11若x+y+z=1,求證:
  證明:可設(shè)
  則=
  ==
  當(dāng)t=0時,即x=y=z=時,上式取等號。
  例12設(shè)橢圓方程為x+=1,過點(diǎn)M(0,1)的直線l交橢圓于點(diǎn)A、B,O是坐標(biāo)原點(diǎn),點(diǎn)P滿足OP=(OA+OB),若l繞著點(diǎn)M旋轉(zhuǎn)時,求動點(diǎn)P的軌跡方程.
  解析:設(shè)P(x,y)為軌跡上任一點(diǎn),直線AB斜率為k,A(x,y),B(x,y).
  (1)若k不存在,易得P(0,0).
  (2)若k存在,y=kx+1,聯(lián)立橢圓方程得
  (k+4)x+2kx-3=0.
  ∴x==-,利用基本不等式求得-≤x≤,
  y==,
  消去參數(shù)k得方程為4x+y-y=0(-≤x≤).
  點(diǎn)評:分析之后發(fā)現(xiàn)直線AB的斜率為問題的根源,故設(shè)出斜率讓問題的解決得到延伸,經(jīng)過運(yùn)算把所求的用k來表示,最后消去參數(shù),達(dá)到設(shè)而不求的目的.但要注意參數(shù)的范圍(一般由聯(lián)立方程的△產(chǎn)生)對自變量范圍的影響.
  在掌握以上的設(shè)而不求法之后,對題目加以分析,理清頭緒、找出量之間的內(nèi)在關(guān)系,從而達(dá)到解題思路清晰、運(yùn)用運(yùn)算技巧簡化運(yùn)算,得以順利解決問題.
關(guān)鍵字:教育
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