在解题中有时我们会觉得似乎条件不足,从而使解题陷入困境,其实此时恰恰是同学们研究学习的开始.若在学习过程中能把握这一特殊的现象,适时地开展研究性学习,在问题中寻找方法感悟新知,定能摆脱困境提高思维能力.笔者从下面几个方面浅谈研究性学习的展开.
一、特殊性研究
有些问题的提出,按常规思路来解决似乎不太可能,而此时正是包含了问题的特殊性.若我们能从问题的特殊角度加以研究,消除一些思维定势,定能开辟出新的解题思路.
例1 已知数列{an}是等差数列,a7=5,求S13.
分析:(1)此题的一般解法是:设等差数列{an}的首项为a1,公差为d,因为a7=5,所以有a1+6d=5,此时要先求出a1和d的值,再求S13,显然这里只有一个方程,要求两个未知量的值是不可能的,似乎条件不足.
(2)要求S13,是否可以不求出a1和d?可仔细分析一下,a1+6d与S13是否存在某种特殊的联系?此时:S13=13a1+13(13-1)2d=13a1+13×6d=13(a1+6d),因此有S13=65.
例2 若对一切实数x,y都有f(x+y)=f(x)+f(y),则f(x)的奇偶性是 .
分析:(1)判断函数的奇偶性的一般步骤:判断定义域是否关于原点对称→求f(-x)的解析式→比较f(-x)与f(x)的关系.对于本题,由于没有给出函数具体的解析式,故无从下手去求f(-x)的解析式,似乎条件不足.
(2)要判断函数的奇偶性,在定义域关于原点对称的前提条件下,关键是判断f(-x)与f(x)的关系,由题意对一切实数都满足f(x+y)=f(x)+f(y),令x=y=0,则有
f(0)=f(0)+f(0),得f(0)=0.令y=-x,则有f(0)=f(x)+f(-x)=0,即f(-x)=-f(x),所以f(x)是R上的奇函数.
(3)由对一切实数x,y都有f(x+y)=f(x)+f(y),我们可以联想我们熟悉的函数模型中是否有符合的,不难发现f(x)=kx(k≠0)满足f(x+y)=f(x)+f(y),于是不难得出函数f(x)是R上的奇函数.
二、深刻性研究
有些问题觉得条件不足是因为我们忽略了一些隐含的条件,对问题没有进行深入的研究.若我们能对问题进行全面的分析和仔细的研究,挖掘出隐含的条件,一定能使问题得以解决.
例3 设3sin2α-cos2β=3,α,β∈[0,π2],求α,β的值.
分析:已知一个条件等式,求两个未知量,通常情况下是不容易求出来的,因而在条件等式中肯定隐含着某个不易察觉的限制关系,因此对等式进行变形得cos2β=3sin2α-3,由有界性cos2β≥0,可知3sin2α-3≥0,故sin2α≥1,再由正弦函数的有界性sin2α≤1,得sin2α=1,∴cosβ=0,∵α,β∈[0,π2],∴α=π4,β=π2.
例4 在复平面的单位圆上,有把圆三等分的三点,它们分别对应复数Z1,Z2,Z3,试求
(Z1+Z2)(Z2+Z3)(Z3+Z1)Z1Z2Z3的值.
分析:此题因为缺少有效的等量关系的条件,故很难解决.而对于Z1,Z2,Z3这三个复数,它们所具备的条件是:它们的模等于1,它们对应的三点构成正三角形,且三角形的中心在坐标原点,从而有:Z1+Z2+Z3=0,若抓住了这一条件,解题变得很自然了.
原式=(-Z1)(-Z2)(-Z3)Z1Z2Z3=-1
三、辅助性研究
有些问题我们可以根据题目的特点,附加一些条件,使它们起到中间变量的过渡作用,从而使问题得以解决.
例5 已知自然数x1,x2,x3,x4,x5,满足x1+x2+x3+x4+x5=x1x2x3x4x5,求x5的最大值.
分析:此题粗看一下,似乎很难,仔细观察一下发现,x1,x2,x3,x4,x5都是自然数,总有一个大小关系,所以可附加条件:x1≤x2≤x3≤x4≤x5,且不影响整个解题的过程.于是有:x1+x2+x3+x4+x5≤5x5,即x1x2x3x4x5≤5x5,那么x1x2x3x4≤5,因此有下列几种可能:
(1)x1=x2=x3=x4=1,则x5+4=x5,显然不成立;
(2)x1=x2=x3=1,x4=2,3,4,5,则相应地有5+x5=2x5,6+x5=3x5,
7+x5=4x5,8+x5=5x5,显然有x5=5,3,2
(3)x1=x2=1,x4=x3=2,则6+x5=4x5,x5=2
因此有x5的最大值为5.
四、讨论性研究
有些问题本身具有不确定性,不可能直接加以解决.这时需要我们对问题进行分类,在不同的条件下加以解决.
例6 数列{an}的前n项和为Sn,且满足:a1=a(a≠0),an+1=rSn(n∈N*,r∈R,r≠-1)
(Ⅰ)求数列{an}的通项公式;
(Ⅱ)若存在k∈N*,使得Sk+1,Sk,Sk+2成等差数列,试判断对于任意的m∈N*,且m≥2,am+1,am,am+2是否成等差数列,并证明你的结论.
分析:本小题主要考查等差数列、等比数列的基础知识,同时考查推理论证能力,以及特殊与一般的思想.仔细推敲不难发现数列{an}的通项公式与r有关,因此在解题的过程中要对实数r进行分类讨论,往往学生因考虑问题不够全面而导致漏解.
解:(Ⅰ)由已知an+1=rSn可得an+2=rSn+1,两式相减可得
an+2-an+1=r(Sn+1-Sn)=ran+1
即an+2=(r+1)an+1
又a2=ra1=ra,所以r=0时,
数列{an}为:a,0,…,0,…
当r≠0,r≠-1时,由已知a≠0,所以an≠0
于是由an+2=(r+1)an+1可得an+2an+1=r+1(n∈N*),
∴a2,a3,…,an,…成等比数列,
∴当n≥2时,an=r(r+1)n-2a
综上,数列{an}的通项公式为
an=a,n=1r(r+1)n-2a,n≥2
(Ⅱ)对于任意的m∈N*,且m≥2,am+1,am,am+2成等差数列,证明如下:
当r=0时,由(Ⅰ)知,an=a,n=10,n≥2
∴对于任意的m∈N*,且m≥2,am+1,am,am+2成等差数列,
当r≠0,r≠-1时,
∵Sk+2=Sk+ak+1+ak+2,Sk+1=Sk+ak+1.
若存在k∈N*,使得Sk+1,Sk,Sk+2成等差数列,
则Sk+1+Sk+2=2Sk,
ak+2+2ak+1=0
对于任意的m∈N*,且m≥2,am+1=-2am,从而am+2=4am
∴am+1+am+2=2am,即am+1,am,am+2成等差数列,
综上,对于任意的m∈N*,且m≥2,am+1,am,am+2成等差数列.
从上述的几种情况我们可以看出,若在解题中感觉条件不足,使解题陷入困境,我们应该从问题的本身进行分析和思考,从特殊性、深刻性、辅助性三方面加以研究,然后再注意思维的开阔性,从讨论和开放这两方面进行研究.所以在解题中只要我们对发现的问题加以研究,一定能摆脱困境,走向成功.
(作者:丁称兴,江苏省溧水高级中学)