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换元法又称辅助元素法或变量代换法。它通过引进新的变量,把陌生的形式变为熟悉的形式,把复杂的计算和推证简化。下面从换元常用的方法入手,举例说明它们在解题时的重要作用,为高三复习助一臂之力。
一、局部换元
局部换元是在已知或者未知中,某個代数式几次出现,而用一个字母来代替它从而简化问题;或者是某个代数式比较复杂时,用一个变量来替换它,从而把问题化归为另一个更为简单的问题。
例1求函数f(x)=x2+1x2-2x-2x的值域(x∈R)。
解:令x+1x=t,
则有y=t2-2t-2=(t-1)2+3。
因为|x+1x|≥2,所以t≥2或t≤-2。
所以f(x)≥4(当且仅当x=1时等号成立)。
点评:求解题时容易错认为当t=1时取得最小值。使用换元法时,要遵循有利于运算、有利于标准化的原则,换元后要注重新变量范围的选取,一定要使新变量范围对应于原变量的取值范围,不能缩小也不能扩大。
二、三角换元
当有些解析式中代数式的关系与三角函数的关系式相似时,我们常常把一些代数式替换为三角函数,把原问题转化为三角函数的问题,这种换元称为三角换元。
例2已知x2+4y2=36,确定x+y的取值范围。
解:令x=6cosθ,y=3sinθ,
则x+y=6cosθ+3sinθ≤35。
所以-35≤x+y≤35。
点评:从x2+4y2=36想到公式sin2θ+cos2θ=1,所以三角换元就水到渠成了。
例3求函数y=x+4-x2的值域。
解:因为x2+(4-x2)2=4,
所以可令x=2cosθ,4-x2=2sinθ,(θ∈[0,π])。
所以y=x+4-x2
=2cosθ+2sinθ
=22sinθ+π4。
因为θ∈[0,π],所以-2≤y≤22。
点评:本题通过三角换元,把一个含有根号的代数式,转化为一个三角函数的最值问题,三角换元时特别要注意换元后角度的变化范围。
三、均值换元
当解析式中出现多个变量之和为常数时,我们可以用均值来进行换元,达到简化问题的效果,我们把这种换元称为均值换元。
例4已知正实数a,b,c满足a+b+c=1,求证:a2+b2+c2≥1。
证明:令a=13+x,b=13+y,c=13+z,由a+b+c=1可知,x+y+z=0。
所以a2+b2+c2
=13+x2+13+y2+13+z2
=13+x2+y2+z2≥13。
(当且仅当x=y=z=0时,即a=b=c=13时等号成立)
点评:通过均值换元,可以消去一些项,从而达到简化解题过程的目的。
作者单位:江苏省宜兴市官林中学
一、局部换元
局部换元是在已知或者未知中,某個代数式几次出现,而用一个字母来代替它从而简化问题;或者是某个代数式比较复杂时,用一个变量来替换它,从而把问题化归为另一个更为简单的问题。
例1求函数f(x)=x2+1x2-2x-2x的值域(x∈R)。
解:令x+1x=t,
则有y=t2-2t-2=(t-1)2+3。
因为|x+1x|≥2,所以t≥2或t≤-2。
所以f(x)≥4(当且仅当x=1时等号成立)。
点评:求解题时容易错认为当t=1时取得最小值。使用换元法时,要遵循有利于运算、有利于标准化的原则,换元后要注重新变量范围的选取,一定要使新变量范围对应于原变量的取值范围,不能缩小也不能扩大。
二、三角换元
当有些解析式中代数式的关系与三角函数的关系式相似时,我们常常把一些代数式替换为三角函数,把原问题转化为三角函数的问题,这种换元称为三角换元。
例2已知x2+4y2=36,确定x+y的取值范围。
解:令x=6cosθ,y=3sinθ,
则x+y=6cosθ+3sinθ≤35。
所以-35≤x+y≤35。
点评:从x2+4y2=36想到公式sin2θ+cos2θ=1,所以三角换元就水到渠成了。
例3求函数y=x+4-x2的值域。
解:因为x2+(4-x2)2=4,
所以可令x=2cosθ,4-x2=2sinθ,(θ∈[0,π])。
所以y=x+4-x2
=2cosθ+2sinθ
=22sinθ+π4。
因为θ∈[0,π],所以-2≤y≤22。
点评:本题通过三角换元,把一个含有根号的代数式,转化为一个三角函数的最值问题,三角换元时特别要注意换元后角度的变化范围。
三、均值换元
当解析式中出现多个变量之和为常数时,我们可以用均值来进行换元,达到简化问题的效果,我们把这种换元称为均值换元。
例4已知正实数a,b,c满足a+b+c=1,求证:a2+b2+c2≥1。
证明:令a=13+x,b=13+y,c=13+z,由a+b+c=1可知,x+y+z=0。
所以a2+b2+c2
=13+x2+13+y2+13+z2
=13+x2+y2+z2≥13。
(当且仅当x=y=z=0时,即a=b=c=13时等号成立)
点评:通过均值换元,可以消去一些项,从而达到简化解题过程的目的。
作者单位:江苏省宜兴市官林中学