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四步解題法(高中數學)7——明確目標之瞄準目標

簡介如本題,在得到等式②後,若尚能抓住目標c:a,則仍可找到正確的變形使解題通向成功

怎樣正確瞄準目標

四步解題法是一種行之有效的思維方法。當然,你不可能一下就完全掌握它的所有內容,但只要逐步熟悉了它的某些環節,對解題能力的提高也是頗有裨益的。

本節介紹“四步解題法”的第一環節的任務之一:“明確目標”。

所謂明確目標,就是確立解題的目標狀態,做到“胸有目標”,一切思考與推理都圍繞著目標而展開。

在數學解題中,明確目標並沒有得到人們的足夠重視。有的解題者甚至連題目都沒有讀完,就忙於作答;有的解題者雖然能先了解一下問題的結論,但不能從結論中充分獲取有關資訊去指導解題,總習慣於從條件出發,盲目進行各種推理或演算,這無異於瞎碰亂闖。到頭來,密密麻麻寫了一片,解題還是不得要領,導致解題的失敗。

我們看下面的例子。

例1、橢圓的一個焦點分其長軸的比為

,求橢圓的離心率。

【誤解】 設橢圓的長軸和短軸的長、焦距分別為2a、2b、2c,則依題意,有

=

做到此處,有些解題者抓不住變形方向,而是看到①式右邊含有根號,誤以為將根號去掉,可使運算簡單。於是,①式兩邊平方,得

=

去分母,得2(a+c) ²=3(a-c) ²。

展開、合併,得a²+c²-10ac=0 ②

由於解題者對變形的目標不明確,做到此處,便不知如何作下去,解題終歸半途而發。

反之,如果一開始就抓住目標,並且在變形中時刻注意靠近目標,那麼變形就會減少盲目性,能在茫茫的思緒中找到點燃勝利之光的火花。

實際上,本題的目標是要求出比值 c:a,這樣,在得到①式後,就應思考如何變形才能產生 c:a。也就是說,要設法由①湊出一些c/a來。

和上一篇介紹的2021年那個高考題一樣,這可從區域性突破:考察其中的字母“c”,湊出c/a,需要將其配上分母a,由此想到對分式的分子、分母分別除以a即可。

但為了使式子變得簡單,可先去分母化為整式,然後再實施湊配。

於是,由①得

(a+c)=

(a-c),

兩邊同時除以a,得

(1+e)=

(1-e),其中e=c/a。

解上述關於e的方程,即得離心率e=5-2

由此可見,變形中始終不忘解題目標是保證解題順利進行的重要條件。而且,即使開始時沒有注意到目標,走了一段“彎路”,但只要及時“抬頭看路”,把握前進的方向,還是能使解題重回正軌。

如本題,在得到等式②後,若尚能抓住目標c:a,則仍可找到正確的變形使解題通向成功。

實際上,②式兩邊同時除以a²,得1+e²-10e=0。再根據0

,即得正確答案:e=5-2

也可視②中的c為常數,解關於a的一元二次方程,得出 a與c的關係;或運用比例性質亦可求出c:a。

總而言之,本題不管採用什麼解法,都使我們看到解題中明確目標的重要性。如果解題者對解題目標胸中無數,就會盲目地對條件進行變形,這就很難匯出有用的結果。即使一些有用的結果產生了,也會因目標不確而失之交臂。

我們再舉一個例子。

例2、已知cosα+cosβ=a ①,sinα+sinβ=b ② ,

求cos(α+β)。

【誤解】目標為:cos(α+β)=常數。

一些同學看到這個目標,馬上聯想到相似知識,將目標狀態變為:

cosαcosβ-sinαsinβ=常數。

而題設條件中含有sinα、cosα、sinβ、cosβ,又想到利用公式:

sin²α+cos²α=1,sin²β+cos²β=1。

於是,①²+②²,得2+2sinαsinβ+2cosαcosβ=a²+b²,

由此得cos(α-β)=(α²+b²-2)/2 ③

注意到③中的cos(α-β)與目標cos(α+β)相差一個符號,由此想到調整原有變形,由①²-②²,得

cos²α-sin²α+cos²β-sin²β+2cosαcosβ-2sinαsinβ=a²-b²,

由此得cos2α+cos2β+2cos(α+β)=a²-b² ④

至此,似乎無法消去上式中的“cos2α+cos2β”,仍無法求出cos(α+β)。

這樣,解題者便懷疑原有思路的正確性,從而別開上述結果,重新進行嘗試:

①×②,得sinαcosα+sinβcosβ+cosαsinβ+cosβsinα=ab,

即(sin2α)/2+(sin2β)/2+sin(α+β)=ab ⑤

此式與目標相距更遠!這樣,便不知如何做了。有的解題者甚至還嘗試著考察①+②,①-②等等,真是使盡渾身解數,還是收效甚微。

究其失敗的原因,是解題者未能把握住解題目標的本質,對有用的資訊未能產生有效的反應。

正確的解法如下:

【分析與解】首先,本題的目標狀態是:cos(α+β)=常數。

一般地說,我們的眼光不能囿於原始目標這個點上,而應該在更寬泛的範圍去理解目標,我們將這個“寬泛的範圍”稱之為面,目標狀態稱為點,透過以面帶點,準確地把握目標的特徵。

對於本題,其目標可理解為:關於角α+β的一個三角函式值(不一定求餘弦,得到其它三角函式值是可以轉化為餘弦的)。

在這種理解下,自然想到在條件中設法構造角α+β,這才是正確的把握了目標。瞄準這一目標,變形就變得清晰而自然了。

為構造角α+β,自然想到①、②兩式左邊和差化積,得

2cos

cos

=a,2sin

cos

=b。

與目標比較,只需消去cos

。於是,兩式相除,得

tan

=

現在再瞄準目標,發現只需將目標中的“α+β”轉化為“

”,將餘弦轉化為正切,即可利用這一中間結果。

這很容易聯想到相似知識:能同時實現這兩個轉化的公式是“萬能公式”——cos(α+β)=

,其中t= tan

於是,cos(α+β)=

=

=

。解題順利獲得成功。

同上例一樣,即使開始時走了一些彎路,但只要及時瞄準目標:構造角α+β,便可以使解題重回正軌。

比如,前面得到④式後,已經產生了角α+β,只需將剩餘部分的cos2α+cos2β也轉化為角α+β的函式即可。

由此想到和差化積,於是④可變為

2cos(α+β)cos(α-β)+2cos(α+β)=a²-b²。⑥

將⑥與目標比較,發現只須消去cos(α-β)。這利用等式③,問題便可獲解。

由以上兩個例子可以看出,如果我們解題中能瞄準目標,並能準確地把握目標,則思維就會變得非常具體,變形或推理就具有目的性和對對性,也就可有效避免一些不必要的演算或推理,使解題順利走向成功。

一旦解題遇到困難,甚至發現自己在“繞圈子”,那麼,你首先應考慮的問題是“我究竟在幹什麼?”也就是說,你應該停下來,靜心地想一想你所做的工作是否對準了你的目標?目標是否正確?能否更換一個目標?當你一旦發現自己的行動與目標的差距時,你就會恍然大悟,找到正確的解題途徑了。

我們看一個邏輯方面的例子。

例3、某國有說謊和說真話的兩種人,說謊者句句謊言,說真話者句句為真。在一次閒聊中,A說B和C兩人都說謊,而B矢口否認,但C說B確實說謊。試問這三人中究竟有幾人說謊?

請你先思考一下,本題的目標是什麼?然後再試試能否得到正確答案。

在解決這類邏輯問題時,通常應把所有可能的情形列成表格,以便從表格揭示的各種關係中找到解題途徑,也許你對眼前這道題也作了類似的嘗試吧?但你決不會成功,因為你這樣來解題時,已經把題目的目標改變了!

實際上,原題的目標是判斷三人中有幾個人說謊,而不是判斷誰在說謊,透過這一提示,你也許能找到問題的答案了。

儘管我們不能判斷B、C誰在說謊,但可以斷定他們兩人中恰有一個人說謊,這是因為他們兩人的話是對立的,不能同真或同假。由此還可推斷A的話為假,因為B和C不可能都說謊。於是,本題的答案是:三人中恰有兩人說謊。

但是,除可斷定A說謊外,B、C兩人誰究竟說謊?根據本題的條件是無法確定的。如果你立足於討論誰在說謊,那麼你就永遠也找不到答案。

由此可見,隨意地改變問題的目際,儘管你認為他們之間無多大差別,甚至幾乎是一致的,都可能使問題面目全非,這就充分說明了正確把握目標的重要性。

那麼,解題中怎樣才能準確地把握解題目標呢?對此,我們將在後面的文章中詳細介紹。

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