兩道最值題

題一

見圖1。

圖1

三種原創(chuàng)方法,如圖2和圖3。

圖2


圖3

方法一的三角換元是通法,從 cos2\theta 變到sin 2(\theta +\frac{\pi }{4} )? 需要有點洞察力,看透cos2\theta和\theta +\frac{\pi }{4} 的關(guān)系。如有趨同的意識也能產(chǎn)生試著把cos2\theta 變形出\theta +\frac{\pi }{4} 的念頭。后面就是數(shù)形結(jié)合,從一元二次函數(shù)圖像得出導(dǎo)數(shù)的變化趨勢,我們是從\beta 到cos\beta ,再從cos\beta 到導(dǎo)數(shù)f^, (\beta ) 來間接得到導(dǎo)數(shù)隨\beta 的變化關(guān)系的。這類似分步法,兩階段法。有時步子過大容易扯傷,一步直接到位不行不容易就分為兩步或更多步,例如流程設(shè)計中設(shè)計多個環(huán)節(jié),計數(shù)中乘法原理的多步。

方法二是運用合情設(shè)想合情想象得到的。首先,考慮到2x^2+x+y自己孤身變形難以產(chǎn)生便于解題的結(jié)構(gòu)形式,俗話說孤陰不生。所以把它和已知條件x^2 +y^2結(jié)合,也就是發(fā)生關(guān)系,期望能產(chǎn)生便于解題的結(jié)構(gòu)形式。合情設(shè)想結(jié)合方式為相減算子,待定系數(shù)\lambda 起到調(diào)節(jié)作用。 合情設(shè)想想象這樣結(jié)合組合后,能出現(xiàn)“-平方-平方+常數(shù)”的模式。再根據(jù)取等條件求出\lambda ,這也驗證了該設(shè)想可行。

方法3,用均值不等式放縮,與方法2本質(zhì)上是一樣的,但顯得簡潔。

題二

已知a、b為正數(shù),且3a-5b=4a^2 b^2 。求\frac{1}{a} +\frac{1} 的最小值。


原創(chuàng)方法如下圖4.

圖4

這個方法是如何想出來的?

1)見微知著的思想,看到3a-5b,這是二元一次,從蛛絲馬跡中見微知著,完形補美想到剩余的對應(yīng)的另一個二元一次方程式,而\frac{1}{a} +\frac{1} 變形為\frac{a+b}{ab} 后,分子中的a+b不正是可以作為另一個二元一次式?a+b一次項的出現(xiàn),它與3a-5b一次項對應(yīng);而分母中ab的出現(xiàn),它與3a-5b左邊的4a^2 b^2對應(yīng),且都能最終歸一到基本元素ab。這些出現(xiàn)也是預(yù)兆(吉兆)與信號,增加了這個見微知著念頭可行的權(quán)重。把這兩個二元一次聯(lián)系聯(lián)結(jié)組合起來,兩個聯(lián)立就是一個完整的二元一次方程組,這個完整的二元一次方程組就是見微知著的”著”,就是小中見大的"大"。有時候,當(dāng)見微知著聯(lián)想到的某些事物在問題中不存在時,我們還要主動把它創(chuàng)造出來,沒有條件就要主動創(chuàng)造條件。不存在的隱藏的事物&關(guān)系&規(guī)律&結(jié)構(gòu)是"無",從各種見微知著的聯(lián)想類比等手段入手,順藤摸瓜按需創(chuàng)造出還不存在的這些東西,化隱為顯,撥云見日,這也屬于”有中生無”。

2)”看成”的能力與眼光以及模式識別的思想,在這道題中觀察題目,把3a-4b=4a^2 b^2的左邊看成為&識別為二元一次方程式的一部分,右邊看成常數(shù)。

? ? ? 這樣的模式識別,也體現(xiàn)本人先前講過的避重就輕、刪繁就簡、軟件設(shè)計中的高內(nèi)聚低耦合思想&從耦合最小的地方解耦分離的思想。對3a-4b=4a^2 b^2如果看成關(guān)于a或b的一元二次方程或ab的4次,顯然會導(dǎo)致問題變繁,變復(fù)雜化,也把一次和高次耦合在一起,增大了耦合度,對這道題導(dǎo)致問題變復(fù)雜。而切換思維視角與眼光,把3a-4b=4a^2 b^2的左邊看成二元一次,右邊看成常數(shù),看成和a、b無關(guān)的事物,例如看成3a-4b=m,這相當(dāng)于把一次式和右邊的四次進(jìn)行了解耦分離,分離后,a的一次只與b的一次同類高內(nèi)聚在一起,而一次和高次(四次)進(jìn)行了分離解耦,這種分離,耦合度最低,這樣的分離遵循庖丁解牛之道,從耦合最小最薄弱的地方進(jìn)行解耦分離。a+b=tab類似

3)辯證轉(zhuǎn)化和面向?qū)ο笏枷?,代?shù)式和等式的辯證轉(zhuǎn)化。根據(jù)計算機(jī)軟件設(shè)計中的面向?qū)ο笏枷耄?img src="https://math.jianshu.com/math?formula=%5Cfrac%7B1%7D%7Ba%7D%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bb%7D%20" alt="\frac{1}{a} +\frac{1} " mathimg="1">看成一個對象,最小值是這個對象的一個屬性。且根據(jù)面向?qū)ο蟮姆庋b手法,要有一個標(biāo)識&對象類來從整體上指代\frac{1}{a} +\frac{1} ,也就是令或設(shè)\frac{1}{a} +\frac{1} =t,用t這個對象實例來指代它。這樣封裝之后,也將代數(shù)式\frac{1}{a} +\frac{1} 轉(zhuǎn)化為等式\frac{1}{a} +\frac{1} =t,這也增加了條件,變形后增加了一個方程式:a+b=tab。

軟件設(shè)計中的面向?qū)ο笏枷牒驼w思想是一脈相通的,且面向?qū)ο笏枷肟梢院w整體思想,它比整體思想的含義更豐富??梢?,融匯借鑒遷移軟件設(shè)計中的一些思想方法,可以使我們的數(shù)學(xué)思維方法論更通透更系統(tǒng),可以更自然地自覺地產(chǎn)生靠譜的解題念頭。這也是本人一直強調(diào)的,通透系統(tǒng)的數(shù)學(xué)思維方法論一定是眾多學(xué)科融合的,且不能只限于哲學(xué)、心理學(xué)、思維學(xué)等少數(shù)學(xué)科的融匯。道在日用,思維之道思維智慧也在日用,只是吃瓜群眾日用而不知,這就是需要有人來捅破這層窗戶紙,需要真正到位的思維熏陶鍛煉。

4) 解方程求出a與b后,兩式相乘得到關(guān)于ab(整體)與t的等式,這是觀察a、b之后作出的直覺行為,當(dāng)然要有組合思想、組合變化&變換的意識、關(guān)系思想(相乘就是創(chuàng)建了新的關(guān)系新的結(jié)構(gòu))作為支撐。

5)辯證法的變化觀和聯(lián)系觀。從面的內(nèi)容可以看出,解題思維過程中,思維就是在不斷地運動變化,在不斷地尋求聯(lián)系(關(guān)系),創(chuàng)造關(guān)系。萬化由心,(心意識)思維(內(nèi)容)在變化,對應(yīng)地,解題操作和紙面上的東西也在變化。

熏陶鍛煉數(shù)學(xué)思維能力不是空話,在這道題的解題實戰(zhàn)思維過程中,如果點撥引導(dǎo)到位,就能讓學(xué)生們體驗到上述1)到5)中提及的多種數(shù)學(xué)思維方法、思想方法、策略與原則,這不就是在真正熏陶鍛煉學(xué)生們的數(shù)學(xué)思維能力?這不正是在傳授思維智慧思維之道?

我們幾十年來的教育一直是灌輸知識,以學(xué)科知識為中心,不以學(xué)科思維為中心或喊著鍛煉學(xué)科思維的口號,實際上卻是及其不到位的學(xué)科思維鍛煉熏陶,特別是數(shù)學(xué)教育,這樣的教育是有”毒”的,是飲鴆止渴,事倍功半,只能靠題海戰(zhàn)術(shù)和大量培訓(xùn)折騰學(xué)生,短期內(nèi)暫時可以解決升學(xué)考試和競賽,長遠(yuǎn)看來卻是貽害無窮,只不過被忽悠的眾多吃瓜家長和學(xué)生不知道這些真相,沒人講出學(xué)科教育特別是數(shù)學(xué)教育的皇帝新裝。

? ? ? 道悅(王國波)? 2022.9.4于廣州

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