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 38 Copyright©博看网 . All Rights Reserved.