立足整體換元 回歸基本流程

廣東省廣東北江中學(512026) 陳繼平

一、以小見大,比值換元為一元問題

問題1已知實數x,y 滿足x2+(y?2)2=1, 則的取值范圍是( )

A.B.[1,2] C.(0,2] D.

筆者所在學校的學生數學學習的整體水平還不錯,但給出這個題目后大部分同學還是很難想到怎么處理,更別提用最簡單的幾何意義來處理了,但我們立足于通法,發(fā)現過程本質是比值換元為一元函數問題,把取值范圍問題轉化成函數的值域問題則自然得多.

由于x2+(y?2)2=1 表示的圓恒在的上方, 結合線性規(guī)劃知識可知于是ω =設則設結合圖形,由線性規(guī)劃知識易知或于是t2 或t?4.當t2 時,則當t?4時,< 0,1f(t) < 3,則特別的x=0,y=1 或3,則綜上:1ω2,故選B

二、由此及彼,比值換元處理綜合問題

從上面一個選擇題以小見大,發(fā)現比值換元后轉化成一元函數是我們很熟悉的問題,也避免多元變量對我們的干擾,起到化繁為簡的目的,下面利用上面的處理策略,由此及彼的解決函數不等式的綜合問題,以求立足基本通法,更加進一步的理解換元過程的本質.

問題2設函數f(x)=x2,g(x)=a ln x+bx(a > 0)．設G(x)=f(x)+2?g(x)有兩個零點x1,x2,且x1,x0,x2成等差數列,試探究G′(x0)值的符號．

解析G′(x0)的符號為正.理由如下:

因為G(x)=x2+2?a ln x?bx 有兩個零點x1,x2, 則有兩式相減得?b(x2?x1)=0,即x2+x1?b=于是

①當01,且G′(x0)=設則則u(t) =在(1,+∞) 上為增函數．而u(1)=0, 所以u(t)>0,即ln又因為a>0,x2?x1>0,所以G′(x0)>0.

②當00.

綜上所述: G′(x0)的符號為正.

由以上分析總結不難發(fā)現,對于二元變量x1,x2的處理是該問題的關鍵,通過兩邊提取x2?x1,經過換元將G′(x0)的符號的判定問題轉化成一元函數u(t)的符號的判定問題.

問題3已知函數f(x)=2 ln x?x2(x > 0),如果函數g(x)=f(x)?ax 的圖像與x 軸交于兩點A(x1,0),B(x2,0),且0 < x1< x2,求證: g′(px1+qx2) < 0(其中正常數p,q滿足p+q =1,q >p).

解析因為f(x)?ax=0 有兩個實根x1,x2, 所以兩式相減得2(ln x1?ln x2)?所以因為于是

因為p < q, 所以2p < p+q=1, 并且0 < x1< x2,所 以(2p?1)(x2?x1) < 0.要 證: g′(px1+qx2) <0, 只 需 證:只需證:即

三、觸類旁通,差值換元為一元問題

題目4已知函數

(1) 若函數f(x) 的圖象在x=0 處的切線方程為y =2x+b,求a,b 的值;

(2)若函數f(x)在R 上是增函數,求實數a 的取值范圍;

解析(1)(2)略.

從以上問題可以看出一個共同點, 不論問題怎么變化,都使用了整體打包x1?x2進行換元為t 的方式,追根溯源其本質是一種消元的轉化意識.

四、類比推廣,和值或積值換元為一元問題

事實上立足于這種思想, 我們能找到或編制有關于x1+x2和x1x2這類和值或積值換元嗎? 答案是太多太多.尤其在解幾中會經常碰到,例如: 過橢圓2x2+y2=2 的焦點的直線交橢圓A,B 兩點,求△AOB 面積的最大值.簡析:設過焦點(0,1)的直線方程為y=kx+1 與2x2+y2=2聯立,消去y, 得(2+k2)x2+2kx?1=0,其中兩根x1,x2為A,B 橫坐標.將△AOB 看作△AOF 與△BOF 組合而成 ,|OF|是公共邊 ,它們在公共邊上的高為|x1?x2|.故

(當k =0 時取等√號),即當直線為y =1 時, 得到△AOB 的面積最大值為不難發(fā)現解幾中利用韋達定理整體打包x1+x2和x1x2的本質都是一類和值或積值換元.

通過以上諸如此類問題的思考,我們有理由相信立足于基本通法,理解過程是換元的本質,回歸到基本方法這個流程上來,就不會掉入就題論題的陷阱.這樣即幫助學生達到做一題,通一類,會一片的效果,同時也對教師的高效課堂提供了一種有效途徑.