中学数学中常用的七类构造法.docx
上传人:王子****青蛙 上传时间:2024-09-13 格式:DOCX 页数:10 大小:434KB 金币:10 举报 版权申诉
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1.1一个简单例子证明存在两个无理数,使是有理数[1]传统证明方法是,假设对于任何两个无理数,都有是无理数。那么就有一定是无理数,进而也是无理数,而是有理数,所以假设不成立而我们如果令,我们已知和都是无理数,此时是有理数,问题得证。上面这个问题中我们用到的第二种方法就是中学中常用的构造法。构造法的发展历史到底什么是构造法呢?构造法就是按照固定方式,经过有限步骤能够实现的方法。引用韦尔(H.Weyl)在《数学的思维方式》一文中的一句话“当数学家们转向抽象时,有一件最为门外汉所不能理解的事情,那就是直觉的图像必须被转化为一种符号构造。”[2]这表明构造法从数学产生时就已经存在,因为数学发展所必须具备的数学符号就是用来构造对象的。除此之外,数学最初的定义有很多都是构造性的定义,比如:将线段绕其一个端点在平面内旋转一周,它的另一端点所画出的图形叫圆。构造法起源于数学之初,但它的发展是在19世纪末。19世纪末,克罗内克和庞加莱基于数学的可信性,提出了“存在必须是被构造的”观点,创立了早期的直观数学学派。但是他们把直观数学推崇到极致,反对一切非构造性数学内容,搞得数学复杂难懂。随后马尔科夫提出算法数学,把一切数学概念归结为一个基本概念——算法的构造性方法。但是算法数学以递归函数为基础,大部分人同样难以理解。直到1867年美国数学家比肖泊发表《构造性分析》一书,摆脱了算法数学对递归函数的依赖,宣告现代构造数学的形成。时至今日,构造法不仅开创了组合数学、计算机科学等新领域,而且在数值分析,拓扑学领域也大有用武之地。[3]1.3中学数学需要数学构造法除了高等数学,现在的中学阶段对于构造法也是相当重视的。《高中数学教学大纲》中就明确规定了学习数学不仅包括数学内容,数学语言,更重要是数学思想、方法。在高中数学解题过程里,我们常常会遇到无从下手、常规的方法不能快速、有效解决的问题,这时我们可以另辟蹊径,利用这种特殊的数学方法尝试解决问题——构造法。运用构造法解题常常是因为我们常规思维定式探求解题思路受阻,这时我们根据题设特点,用已知元素和关系式构造一个新的数学形式,如:函数、方程、图形等,这样可以绕过阻碍,得到解题的思路和方法。中学阶段应用构造法时所需要构造的新的数学形式很多,包括构造图形、构造方程、构造函数、构造数列、构造命题、构造向量类、构造特殊模型等。我们就上面七种构造形式来一一探究,熟悉构造法解题过程中运用的构造技巧,以及构造法解题的本质,对问题的化归。代数是数字和文字的组合,但是这并不代表代数和图形完全没有关系,对于一些代数的问题,我们如果能通过途径构造相应的图形,此时解题过程便十分直观、清晰。已知求证:.[4]因为所以,,证明:构造如图的直角三角形,根据定理,三角形两边之和大于第三边,所以,而,,所以综上所述,上面这个问题因为出现了形如的式子,所以我们想到构造一个直角三角形,如果题目中没有给出这么明显的唯一特征,我们能不能构造呢?正数,满足条件,求证:由求证的不等式,我们想到这是不是和面积有关,于是我们构造一个三角形,并且题干中证明:构造一个如图的等边三角形,其中各个边角的关系如下,考虑图形中的面积关系,有,又,,,,带入,得++<,整理得:.[5]上面得解题方法中利用了三角形的面积公式,不等式两边的都是,所以约掉,最后化简到的形式。考虑到面积更为简单的形式可以是长方形的面积,此时我们可以构造一个矩形,又,我们不妨构造一个如图1.3的正方形.方法二,证明:构造一个如图所示的正方形PQRT,其中各边关系如下,,又正方形有如下关系,,带入数据得。虽然数与形是数学中不同的领域,但是这两个领域不是相互独立的。解题中亦是如此,如果在数学问题中我们给一些代数关系赋予几何意义,那么问题往往变得形象、直观。当然在利用图形直观分析解决问题时,我们构造的图形也有简单复杂之分,所以构造图形时我们要注意一点,构造几何图形要有正确的思考方法,不能盲目去套用图形。从上面两个问题中我们可以简单总结一下思考原则:首先寻找题目中的条件与所求结论中的几何含义,然后考虑可以借用哪些有关的几何概念和性质,最后根据这些选择一个最好的几何图形。方程作为数学解题中一个很重要的工具,是因为方程能把未知和已知联系在一起。遇到一些无从下手的问题时,构造方程可以把条件和结论之间联系起来,使问题中隐藏的关系显露出来,从而快速找到问题的突破口,进而解决问题。例2.1若,且,求证:题干中给出的是的具体值,要求的结论是的取值范围,我们尝试由出发,有,此时出现了要求的,但是多出来了,我们不妨利用方程,把解出来,这是和显然是方程的两个根,于是题目隐藏的关系暴露出来,解题思路也由此而生。证明:由,有,显然,设,则构造