转化思想在解题中的应用

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高中数学思想方法较多,其中转化思想是常用的

一种数学思想方法.在解题时,灵活运用转化思想,可

将几何问题转化代数问题、将不等式问题转化为函数

问题、将立体几何问题转换为平面几何问题,等等,从

而达到化难为易、化繁为简的目的,可有效地提升解

题的效率.

一、转化思想在解不等式问题中的应用

不等式与函数、方程的关系紧密.在解题时,我们

可以将难以处理的不等式问题转化为函数、方程问

题,利用函数的图象和性质、方程的根和判别式来求

不等式的解集,讨论不等式恒成立的条件等.运用转化

思想,不仅为解不等式问题提供了新的思路,还能提

升解题的效率.

例1.已知a是常数,对任意实数x,不等式

|x+1|-|2-x|≤a≤|x+1|+|2-x|都成立,求a的值.

解:(1)设f(x)=|x+1|-|2-x|,

则f(x)=ì

í

îï

ï-3,x≤-1,

2x-1,-1

3,x≥2,

∴f(x)的最大值为3.

∵对任意实数x,|x+1|-|2-x|≤a都成立,

即f(x)≤a,∴a≥3.

设h(x)=|x+1|+|2-x|,则h(x)=ì

í

îï

ï-2x+1,x≤-1,

3,-1

2x-1,x≥2,

∴h(x)的最小值为3.

∵对任意实数x,|x+1|+|2-x|≥a都成立,

即h(x)≥a,∴a≤3,∴a=3.

本题若直接解不等式很难使问题获解,而运用转

化思想,将不等式恒成立问题转化为函数问题,通过

讨论函数的最值,得到使不等式恒成立的条件,建立

了新的不等式,便能快速求得a的值.

二、转化思想在解立体几何问题中的应用

有些立体几何问题较为复杂,采用常规的方法难

以使问题得解,此时我们不妨转换思路,运用转化思

想来解题,将立体几何问题转化为平面几何问题、向

量问题来求解.这样能有效降低解题的难度,达到化难

为易的目的.

例2.在直三棱柱ABC-A1B

1C

1中,平面A

1BC⊥侧面

A

1ABB

1,且AA

1=AB=2.(1)求证:AB⊥BC;(2)若直线AC

与平面A1BC所成的角为π

6,则在线段A1C上是否存

在点E,使得二面角A-BE-C的大小为2π

3?请说明理由.解:(1)略;

(2)由(1)得AD⊥平面A

1BC,连

接CD,

∴∠ACD是直线AC与平面

A

1BC所成的角,即∠ACD=π

6,

又AD=1

2AB1=2,

∴AC=22,BC=2.

以B为坐标原点,BC,BA,BB1所在直线为x轴,y

轴,z轴建立如图所示的空间直角坐标系B-xyz,则

A(0,2,0),B(0,0,0),A

1(0,2,2),C(2,0,0),B

1(0,0,2).∴

AB=

(0,-2,0),

A1C=(2,-2,-2),

AB1=(0,-2,2),

AA1=(0,0,2).

假设A1C上存在点E,使得二面角A-BE-C的大小

为2π

3,连接AE,BE,

设

A1E=λ

A1C=(2λ,-2λ,-2λ),

∴

AE=

AA1+

A1E=(2λ,-2λ,2-2λ).

设平面EAB的法向量为

n=(x,y,z),

则ì

í

î

n·

A1E=0,

n·

AB=0,即ì

í

î2λ-2λy+(2-2λ)z=0,

-2y=0,

令x=1,得

n=(1,0,λ

λ-1),由(1)知AB1⊥平面

A

1BC,

∴

AB1=(0,-2,2)为平面CEB的一个法向量.

∵二面角A-BE-C的大小为2π

3,λ<1,

∴cos〈

AB1,n〉=

AB1·n

|

AB1||n|=2λ

λ-1

22×1+λ2

(λ-1)2=

cos2π

3=-1

2,解得λ=1

2,

∴线段A

1C上存在点E,且E为线段A

1C的中点,

使得二面角A-BE-C的大小为2π

3.

这里通过建立空间直角坐标系,将立体几何中的

线面垂直以及二面角问题转化为向量问题,将线面垂

直关系以及二面角用向量表示出来,利用空间向量的

坐标运算法则求得结果.

综合上述分析,我们可以发现,运用转化思想解

题的关键在于结合题意将问题转化为我们熟悉的、简

单的、易于求解的问题.这样我们就可以运用熟悉的知

识和方法来解题,大大提升了解题的效率.

(作者单位:广东省惠州市惠阳区惠阳一中高中部)戴成林

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