标题: 数学中的转化思想
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数学中的转化思想
转化思想是解决数学问题的一种最基本的数学思想,在研究数学问题时,我们通常是将未知问题转化为已知的问题,将复杂的问题转化为简单的问题,将抽象的问题转化为具体的问题,将实际问题转化为数学问题,我们也常常在不同的数学问题之间互相转化,可以说在解决数学问题时转化思想几乎是无处不在的。
例题分析
  例1  解方程组
    分析:从表面上看此题属于二元三次方程组的求解问题,超过我们所掌握的知识范围,但仔细分析可将方程组变形为
     ,再利用换元法,问题就迎刃而解了。
    解:设
    原方程组可化为
    解之,得     即
    解之,得      
  例2  若m、n、p同时满足下面二式: ,求 的取值范围。
    分析:直接利用已知条件中的两个等式得到 的取值范围不好下手,如果换个角度考虑 可变形为 ,令 , , ,则已知条件可转化为方程组 ,进而找到a、b与c的关系,可以确定所求式子的取值范围。
    解:设 ,则
     
    由(1)、(2)可得
             (3)
              (4)
    此时,     (5)
     由(3)得
     ,由(4)得
     
     由(5)得
  例3  如图, 中,BC=4, ,P为BC上一点,过点P作PD//AB,交AC于D。连结AP,问点P在BC上何处时, 面积最大?

    分析:本题从已知条件上看是一个几何问题,而求最大值又是一个代数问题,因此把几何问题转化为代数中的函数问题是解题的关键,为了完成这种转化,需要把位置关系转化为数量关系,得出函数解析式。
    解:设BP=x, 的面积为y
    作 于H
    则
     
     
     
     
    化简得   
    配方得   
       即P为BC中点时, 的面积最大
    这时 的面积最大值为
  例4  已知二次函数 过点O(0,0),A( ),B( )和C( )四点。
    (1)确定这个函数的解析式及m的值;
    (2)判断 的形状;
    (3)若有一动圆⊙M,点M在x轴上,与AC相切于T点,⊙M和OA、OC分别交于点R、S,求证 弧长为定值。
    分析:(1)由于二次函数过三个定点,因此可以利用待定系数法确定函数的解析式,进而求出m的值。
    (2)分别计算出OA、OC、AC的长即可判定 的形状。
    (3)这一问综合性较强,需要根据条件列出点的坐标,再利用方程和距离公式求解。
    解:(1) 的图象过点O(0,0)、A( )、B( )
         解得
     二次函数解析式为
     的图象过点
     
    (2)
         
     是等边三角形
    (3)设点M的坐标为(P,0)
     ⊙M与AC相切于T点
     ⊙M的半径为
    若⊙M与OA、OC分别交于 则
     
     
    由(1)、(2)知, 是方程 的两个根
    即 的两根为
     
         
         
     
     是等边三角形,
      的弧长为 (定值)
    说明:本例是一个综合问题,尤其是第(3)小题体现了代数与几何的综合,需将几何中的点用坐标表示出来,再通过代数方法列出方程通过距离公式确定 的形状,从而确定 的度数,最后计算出 的弧长。
  例5  如图,两圆同心,大圆的弦AD交小圆于B、C两点,AE切小圆于点E,连结CE,直线BE交大圆于P、Q两点,已知BE=AE=b,AB=a。
    求证:(1)CD、CE的长是方程 的两个根;
          (2)求PB的长。

    分析:此例不仅把线段CD、CE的长作为关于x的一元二次方程的根,还将含线段长a、b的代数式作为方程的系数,所以解此例的关键是用几何知识寻找线段CD、CE与实数a、b的等量关系,用含a、b的代数式表示CD、CE的长。
    略解:(1)依题意,可证
    得CE=AC
    由切割线定理,得 ,即
    又CD=AB=a
     
     的长是方程 的两个根
    (2)由相交弦定理,得
    即
    解得   (不合题意,舍去)
     
易错题分析
  例1. 四边形ABCD中, ,AC平分 , , ,求BC和AB的长。
    分析:本题是四边形问题,通常要转化为直角三角形来解决。由已知 ,AC平分 ,所以想到由C点作 于E,作 于F。由已知 可求出CF,由 ,可知CE的长,通过解 可求出BC的长。BE也可求,再通过解 由勾股定理求出AE的长,这样,AB的长就求出来了。
    解:作 于E, 于F
     
     
    在 中,
     
    在 中,
    由勾股定理,
     
   综上所述: 。

    点评:本题有的同学没有思路,但如果想到由已知 ,想到作AD边上的高线,再由AC平分 想到从C点作角的两边的垂线段,总之,把四边形转化为直角三角形解决问题。
  例2. 四边形ABCD中, , , , ,求AB。
    分析:本题是四边形问题,可以通过分割或补全直角三角形进行转化,从而解决问题。
    解:过D点作 的延长线于E,若 为钝角,作 延长线于F,(若 为锐角,作 于F,同理)
    在 中, , ,
     ,
     
     四边形EBFD是矩形
     
     
    在 中,
     
     

    点评:本题通过分割或补全直角三角形来求解四边形,注意对 的讨论。 有可能是锐角、直角或钝角,但无论 是什么角,都不影响解题的结果。
  例3. 在四边形ABCD中, , , ,求CD的长。
    分析:本题也是四边形问题,需要转化为直角三角形解决。
    解:若 是锐角,( 是钝角或直角同理)过C点作 于F,过C点作 的延长线于E。
     
     
     四边形AECF是矩形
     
    在 中,
     
    在 中,
     

点评:以上三个题组成一个题组,都是解四边形的问题。在四边形中,常常通过分割或补全直角三角形来求解四边形。其实质就是把四边形的问题转化为直角三角形的问题,所运用的数学思想就是转化的思想。以上三题容易错的地方是如何把四边形通过分割或补全直角三角形,另外要注意计算不要出错。

练习
一. 选择题:
1. 若x、y都是实数,且 ,则 的值是(    )
    A. 12        B. -12        C.          D. 9
2. 设关于 的二次方程 的两根为 ,若 ,则 的值是(    )
    A. 3        B. -1        C. 3或-1        D. -3
3. 如图,梯形ABCD中,AB//DC,AB=a,BD=b,CD=c,且a、b、c使方程  有两个相等实数根,则 和 的关系是(    )
    A.      B.      C.      D.  

4. 在关于x的一元二次方程 中,a、b、c是 的三条边, ,那么这个方程根的情况是(    )
A. 没有实数根                B. 有两个相等的实数根            
C. 有实数根                D. 有两个不相等的实数根
5. 已知a、b、c是 三边的长,b>a=c,且方程 两根的差的绝对值等于 ,则 中最大角的度数是(    )
    A.          B.          C.          D.  
6. 已知a、b、c是 三条边长,关于x的方程 有两个相等的实数根,且 ,则 的值是(    )
    A. 1        B.          C.          D.  
7. 若 是直角三角形两锐角,那么关于x的一元二次方程 根的情况是(    )
A. 有两个相等的正根        B. 有两个不等的负根            
C. 有一正根和一个负根        D. 没有实数根
二. 填空题:
1. 在长方形内有1989个点,以这1993个点(包括长方形四个顶点)为顶点画三角形,使每个三角形内部都不包含其它已知点,则这个长方形被分成________个三角形。
2. 方程 在区间(-4,0)中有两个不相等实根,则m的取值范围是_______。
3. 在 中, ,D是BC中点, 于E, ,AE=7,则DE的长为_______。
三. 解答题:
1. 解分式方程: .

2. 已知 为实数,证明: 。






3. 如图,AB是半圆O的直径,O是圆心,若 , ,求四边形ABCD的周长和面积。






4. 已知:如图,在 中,E是BC的中点,D在AC边上,若AC长是1,且 , ,求 。





5. 已知边长为1的正方形ABCD内接于⊙O,延长BC到点E,使CE=BC,连接AE交⊙O于F,求证:EF、FA的长是方程 的两根。


疑难解答
    A. 教师自己设计问题:
1. 怎样运用转化思想证明模拟试题中的解答题的第2小题?
2. 模拟试题中解答题的第4小题怎样把一般三角形转化为特殊三角形?
B. 对问题的解答:
1. 模拟试题中解答题的第2小题是证明不等式的问题,可以转化为一元二次方程根的判别式来证明,这就需要构造出合适的一元二次方程,可以
设 ,则

,即 ,
为实数,
将上面方程看成 的一元二次方程时, ,   ,

2. 答: 和 都是一般斜三角形,直接根据已知条件不易求得结果,但是由于 中AC已知,且 ,若以AC为一边和以 为一内角构成直角三角形或一个等边三角形,则这两种三角形面积都能求。
    (1)如图:过C作AB的垂线交AB的延长线于G
      可证
     

    这是构成直角三角形的解法

(2)如图:以AC为一边, 为一内角,构成正三角形ACG

    作 的平分线交GA于F
    则                     
可证
                          




试题答案
一.
  1. B    2. C    3. A    4. D    5. B    6. D    7. A
二.
  1. 3980个    2.      3.  
三.
  1. 提示:原方程转化为
    即 ,令   解方程后检验
    知 是原方程的解
  2. 提示:可转化为一元二次方程根的判别式来证明
  3. 提示:连结OD、OC,作 于E,可得 ,四边形周长
  4. 提示:可以构造直角三角形或等边三角形来解,
  5. 提示:由勾股定理,得 ,由割线定理,得 , , ,将 代入方程左边 ,右边=0, 是方程 的根,同理 也是方程 的根,\EF、FA是方程 的两根。



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