激發(fā)聯(lián)想、學會構造

郭小青

數(shù)學是一門創(chuàng)造性的藝術，蘊含著豐富的美，而靈活、巧妙的構造令人拍手叫絕，能為數(shù)學問題的解決增添色彩，更具研究和欣賞價值。構造法是一種極其富有技巧性和創(chuàng)造性的解題方法，體現(xiàn)了數(shù)學中發(fā)現(xiàn)、類比、化歸的思想，滲透著猜想、探索、特殊化等重要的數(shù)學方法。美國著名數(shù)學教育家波利亞說過，掌握數(shù)學就意味著要善于解題。運用構造法解數(shù)學題可激發(fā)學生的發(fā)散思維，利于培養(yǎng)學生思維的敏捷性、創(chuàng)造性和解題能力。下面通過幾個實例說明構造法的巧妙應用。

引例：已知：a，b∈R+且a+b=1.求證：■+■≥■。

要證明上述問題，方法很多，如比較法、分析法、綜合法，但是此題是一個無理不等式，直覺上是要先轉化為有理不等式，再通過平方后變形化簡運用基本不等式即可完成。但問題是我們能否通過聯(lián)想、構造法來解決這一問題呢，如何構造相對應的數(shù)學模型呢？本文以下簡述幾種常用的構造方法。

一、依據(jù)幾何特征，聯(lián)想構造平面幾何圖形

先仔細觀察此題結構，聯(lián)想相應的幾何背景，借助背景圖形的直覺功能，使較為抽象的數(shù)量關系轉化為更直觀的幾何圖形，以形助數(shù)，簡單明了地抓住問題的本質。

證明1：由■，■聯(lián)想到勾股定理，它們都表示直角三角形的斜邊長，因此可構造直角三角形來證明；

如圖1所示：AB=BC=CD=1，BE=a，CE=b，則AE=■，DE=■，AD=■。

顯然有AE+DE≥AD，故原不等式成立，當且僅當E為BC的中點，即a=b時，等號成立。

鞏固練習1：若水杯中的b克糖水里含有a克糖，假如再添上m克糖，糖水會變得更甜，試將這一事實用數(shù)學關系式反映出來，并證明之。

思路分析：此題反映的事實質上是化學問題，由濃度概念（糖水加糖甜更甜）轉化為數(shù)學問題：已知實數(shù)a，b，m∈R+且a

證明：由題意得■<■（b>a>0，m>0）

證明：（構造幾何圖形）如圖2示，在Rt？駐ABC及Rt？駐ADF中，AB=a，AC=b，BD=m，作CE∥BD

∵？駐ABC∽？駐ADF，顯然CF>CE，

∴■=■<■=■

二、學會轉化，構造平面內兩點間的距離公式

證明2：觀察不等式結構聯(lián)想到平面內兩點距離公式，能否建立兩者間的關系呢？

顯然原不等式中含有兩個變量a、b，不防消去變量b，可得到■+■≥■，即■+■≥■。

容易發(fā)現(xiàn)：左邊表示x軸上動點P（a，0）（0

可構造圖3：取B點關于x軸對稱點C（1，-1），則|PA|+|PB|≥|AC|=■，即證。

證明3：通過均值代換構造兩點距離公式；令a=■+m，b=■-m（-■

左邊=■+■=■+■.塔表示x軸上動點Q（m，0）（-■

鞏固練習2：問當x取何值時，函數(shù)y=■+■有最小值，并求出最小值。

解析：

∵ y=■+■

=■+■

=■+■

注意到此時觀察式子結構特點，從而聯(lián)想到平面兩點距離公式，

求y=■+■的最小值就是求軸x上的點到A、B兩點的距離之和的最小值。如圖4示：作點A（1，-2）關于x軸的對稱點A'（1，2），根據(jù)平面幾何知識，A'B就是所求的最小值，易知：ymin=A'B=■=5。

設P的坐標為（x，0），則由得■=■，得x=■，所以當x=■時，ymin=5。

三、通過類比聯(lián)想，直接構造復數(shù)或向量的模

通過觀察結構特征，發(fā)揮聯(lián)想，對已有的認知結構模式相類比，從而探索問題新的意義，突破思維定勢，構造新的模型，達到優(yōu)化解題效果。

證明4：由■，■聯(lián)想到復數(shù)、向量的模及其三角定理。

可設Z1=a+i，Z2=b+i.則|Z1|=■，|Z2|=■，|Z1+Z2|=■=■，再根據(jù)復數(shù)模定理|Z1+Z2|≤|Z1|+|Z2|，即證■+■≥■。

四、分析關系特征，直接換元，構造三角函數(shù)模型。

由關系式a+b=1直接聯(lián)想cos2θ+sin2θ=1，可采用三角代換，將不等式問題轉化到三角函數(shù)問題。

證明5：令a=cos2θ，b=sin2θ（0<θ<■），則有：

左邊=■+■=■+■

≥2■

=2■

∵ 0

∴ 左邊≥2■=2■=5，當且僅當θ=■時，即a=b時，等號成立。

五、激活想象，發(fā)散思維，作較深層次的背景探究，回歸構建基本函數(shù)模型

本題表面上看是無理不等式的證明，并有兩個變量相互制約，常采用純不等式的方法去證明。但如何仔細挖掘此題的結構特征，能否聯(lián)想到相關的函數(shù)模型，利用函數(shù)的圖像、性質解決，是否更有效呢？

證明6：由■，■聯(lián)想到與函數(shù)f（x）=■有關，將問題轉化到研究函數(shù)f（x）=■的性質入手，容易得到函數(shù)f（x）=■的圖象是等軸雙曲線y2-x2=1的上一支，且在第一象限。

觀察圖像可發(fā)現(xiàn)f（x）=■在R上是凹函數(shù)。即滿足■≥f（■）。因此■≥f（■）=f（■）

∴ f（a）+f（b）≥2f（■）=■

此解法思路頗為新穎，知識性較綜合，具有較大的靈活性和技巧性。在運用過程中，應有目的、有意識地進行函數(shù)模型構造，始終“盯住”要證、要解的目標。有利于訓練學生的思維能力和想象能力。

由以上例題可看出構造法可以使某些抽象的代數(shù)問題直觀化、生動化，能夠變抽象思維為形象思維，有助于把握數(shù)學問題的本質。構造法其實質就是通過對條件和結論的分析，構造輔助元素，它可以是一個圖形、一個方程（組）、一個等式、一個函數(shù)、一個等價命題等，架起一座連接條件和結論的橋梁，從而使問題迎刃而解，解題過程簡捷明了。

由此可見，構造法是多么的重要。但由于它異于常規(guī)的思維，因此掌握起來有一定難度。只要同學們平時多加強這方面的訓練，在做題中要注意培養(yǎng)這種思想意識，開拓自己的思維視野，不斷在實踐中摸索，去粗取精，相信會取得很好的效果。

責任編輯黃博彥