數學解題的幾種思維模式

1、類比簡化思維

類比是根據兩個不同的對象,在某些特征性質、關係的類同之處,猜測它們在其它方麵可能有類同之處,作出某種判斷推理,並加以證明。在解題中通常遇到較複雜的問題,往往可以將它與其同類的簡單問題作類比。通過簡單問題尋找到解題的途徑,然後再類比解決原來要求解的問題。

例1已知a,b,c∈R+,求證:aabbcc≥(abc)a+b+c3。

思維方法考慮簡化研究的問題,先類比二元不等式的情況,相應可尋找到類比的對象為:已知a,b∈R+,求證aabb≥(ab)a+b2。即要證a2ab2baa+bba+b≥1,即(ab)a-b。顯然,在a≥b>0或b>a>0兩種情況下,上式都成立。也就是原式得證。

現在類比原來三元不等式,也就可仿二元不等式的情況進行證明。要證aabbcc≥(abc)a+b+c3成立,即需要(a3ab3bc3c)/aa+b+cba+b+cca+b+c≥1,

a2a-b-cb2b-a-cc2c-a-b≥1,

aa-bac-a·bb-cba-b·cc-acb-c≥1,

即(ab)a-b·(bc)b-c(ca)c-a≥1,

由a、b、c的大小關係,不失去一般性可設a≥b≥c>0,立即可得

(ab)a-b≥1,(bc)b-c≥1,(ca)c-a≥1。

三式相乘即得上麵不等式成立,亦就是原題要證的不等式成立。

例2、設ai≥0(i=1,2,……,n),且a1+a2+…an=1,求證:1≤a1+a2+…+an≤n。

思考方法n元問題比較複雜,不易直接得證。根據特殊與一般的對立統一辯證思想方法,利用類比減元進行簡化。先探討二元的情況,研究其證明的思路,然後類比證明一般問題。類比對象為:若a1,a2≥0,a1+a2=1,求證:1≤a1+a2≤2。顯然,由基本不等式知0≤2a1a2≤a1+a2=1。於是1≤a1+a2+2a1a2≤2,即1≤(a1+a2)2≤2,得1≤(a1+a2)≤2。再用此命題類比去證原一般命題。

證明:∵ai,aj≥0,∴有0≤2aiaj≤ai+aj,(1≤i≤j≤n),得0≤2Σaiaj≤(n-1)(a1+a2+…+an)=n-1,於是

1≤(a1+a2+…+an)+Σaiaj≤n,

1≤(a1+a2+…+an)2≤n,

即得1≤a1+a2+…+an≤n。

2、構造模型思維

構造模型思維,就是利用抽象的普遍性,把一些具體的問題轉化為數學的形或式,為待解決的問題設計一個合理的結構或數學模型,適當地加以解答。

例3略

例4、求函數y=x2+x+1-x2-x+1(x∈R)的值域。

思維方法考慮函數式的結構特征,可將每個根式構造成複數之模。

∵x2+x+1=x2+x+14+34

=(x+12)2+(32)2,

x2-x+1=x2-x+14+34

=(x-12)2+(32)2,

∴可設Z1=(x+12)+32i,

Z2=(x-12)+32i。

考察兩個複數的模大小,即可求出該函數的值域。

解:設Z1=(x+12)+32i,Z2=(x-12)+32i則Z1-Z2=1,|Z1|=x2+x+1,|Z2|=x2-x+1。

因此,y=|Z1|-|Z2|,由於|y|=||Z1|-|Z2||≤|Z1-Z2|=1,即|y|≤1,而|y|=1時的條件是OZ1與OZ2同向。但OZ1與OZ2是不同向,故|y|<1。即y的值域為(1,-1)。

例5求函數f(x,y)=

x2+y2-16x-6y+73+x2+y2-4x+10y+29的最值。