例谈数学解答题中的多方位思维结构

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  在高中数学的学习中,许多学生陷入题海中,做题很多,进步不大.这和他们在解题中思维方向单一是密不可分的.我们不应该沉溺在为解题而解题的恶性循环中,应在解题中,改变封闭式的单向解题结构为开放性的多向思维结构;应尽可能地创造机会,不能仅仅运用课本中所学知识探索和解决所有问题.这就要求我们许多时候能够把题设中已经证明的结论作为工具,解决问题.
  例1已知扇形的圆心角为2α(定值),半径为R(定值),分别按图1,2作扇形的内接矩形,若按图1作出的矩形面积的最大值为12R2tanα,则按图2作出的矩形面积的最大值为().
   图1图2分析许多学生拿到题目就是令点坐标或者连线设角,几乎没有办法解答.我们能不能把由图1作出的矩形面积的最大值为12R2tanα作为一个已知的结论呢?这样问题就迎刃而解了.这样把题设中的结论作为工具解决问题的方法大家实在应该重视.
  解图1作出的矩形面积的最大值为12R2tanα,图2可拆分成两个,图1角是2α,图2拆分后角是α,故矩形面积的最大值为12R2tanα2,两个则为R2tanα2.
  例2已知函数f(x)=︱x-a︱-lnx.
  (1)若a=1,求f(x)的单调区间及f(x)的最小值.
  (2)若a>0,求f(x)的单调区间.
  (3)试比较ln2222+ln3232+…+lnn2n2与(n-1)(2n+1)2(n+1)(n∈N+且n≥2)的大小.
  分析前两个问题难度不大,(1)(0,1)上是减函数,(1,+∞)是上增函数,f(x)min=f(1)=0.问题(3)让大家费解,一看似乎无从下手.实际上,我们可以把(1)的答案作为我们的工具解决问题.
  解(3)由(1)得,a=1时,f(x)=︱x-1︱-lnx=x-1-lnx在[1,+∞)上是增函数且f(x)min=0.所以x-1>lnx在(1,+∞)是恒成立的.
  n≥2时,n2-1>lnn2,两边除以n2,得lnn2n2<1-1n2<1-1n(n+1)=1-1n-1n+1.
  把n=2,3,4,…,n代入,累加得:
  左边<(n-1)-12-13+13-14+…+1n-1n+1=n-1-12-1n+1=(n-1)(2n+1)2(n+1)=右边.
  例3已知函数f(x)=1-xax+lnx.
  (1) 若f(x)在[1,+∞)上为增函数,求正实数a的取值范围.
  (2) 当a=1时,若直线y=b与函数y=f(x)的图像在12,2上有两个不同交点,求实数b的取值范围.
  (3) 求证:lnn>12+13+14+…+1n(n∈N+且n≥2).
  分析(1)a≥1时f(x)在[1,+∞)上为增函数.
  (2)我们掌握了把题设中的结论作为工具解决问题的方法,入手十分方便.
  由(1)得a=1时,f(x)在[1,+∞)上为增函数,所以函数f(x)在12,1上是减函数,在[1,2]是增函数.易得:0  (3)问题难度大,常规方法入手很难.我们仍然从(1)出发,a≥1时,f(x)在[1,+∞)上为增函数;a=1时f(x)=1-xx+lnx在[1,+∞)上為增函数,∴f(x)≥f(1)=0.∴x≥1时有lnx≥1-1x,当且仅当x=1等号成立.取x=2,32,43,54,…,nn-1代入得:
  ln2>1-12=12,ln32=ln3-ln2>1-23=13,
  ln43=ln4-ln3>1-34=14,…,
  lnnn-1=lnn-ln(n-1)>1-n-1n=1n.
  累加得lnn>12+13+14+…+1n(n∈N+且n≥2).
  实际上,这样的例子举不胜举.请大家认真体会下这样的思维过程,相信对您会大有裨益的.
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