高中理科数学解题方法篇 求异思维

发布 2019-06-26 10:14:37 阅读 8962

第二轮讲练思维方法·求异思维。

所谓求异思维是一种不依常规、寻求变异、从多方面探索答案的思维形式.求异思维又叫发散思维,它具有不落俗套、标新立异、不拘一格的特点.因此,用求异思维解题有利于培养思维的多向性、灵活性和独特性.

在平面解析几何中,培养学生的求异思维能力,要注意以下几个方面.

一)变换思维方向。

解证解析几何习题,常常会出现“思路自然、运算麻烦”的局面,甚至会到“山穷水尽疑无路”的地步.这时,若能变换思维角度,多方位思考,多渠道辟径,就会超过思维障碍,呈现“柳暗花明又一村”的美景.

例1 已知点a(1,-1)、b(7,2),以a为圆心、8为半径作⊙a,以b为圆心,6为半径作⊙b,求这两个圆外公切线交点p的坐标.

分析】 如图1-4.解本题的自然思路是,先求出两条外公切线的方程,再解方程求出交点坐标.但这种解法是入手容易出手难,由于运算量过大,使思维陷入困境.如果能换一个角度思考,联想到公切。

径之比),那么便可用线段定比分点公式,使问题获得巧解.

解】 如图1-4,设m、n是一条外公切线与两个圆的切点,连结ab、bp,则a、b、p三点共线,再连结am、bn,则am⊥mp、bn⊥mp.

bn∥am.

设点p的坐标为(x,y),则由线段定比分点公式,得。

故点p的坐标为(25,11).

例2 如图1-5,直线y=kx+b与圆x2+y2=1交于b、c两点,与双曲线x2-y2=1交于a、d两点,若b、c恰好是线段ad的三等分点,求k与b的值.

分析】 如图1-5,解本题的自然思路是,由|ab|=|bc|=|cd|入手,先计算出|ab|、|bc|、|cd|(即用k、b表示),然后解方程组求得k、b的值.但由于线段ab、cd的端点不在同一曲线上,从而上述解法运算相当麻烦.如果变换思考角度,由|ab|=|cd|出发,可得线段bc与ad的中点重合,进而可用韦达定理,列出k、b的一个关系式,再。

解】 如图1-5,把y=kx+b代入x2-y2=1中,整理,得。

1+k2)x2+2bkx+b2-1=0 ①

从而由韦达定理,得。

把y=kx+b代入x2-y2=1中,整理,得。

1-k2)x2-2bkx-(b2+1)=0 ②

|ab|=|cd|, ad与bc的中点重点.

解之,得k=0或b=0.

当k=0时,方程①化为x2=1-b2,二)一题多解。

在解析几何中,进行一题多解训练是培养求异思维能力的一种极好形式.

例3 已知直线l过坐标原点,抛物线c的顶点在原点,焦点在x轴正半轴上,若点a(-1,0)和点b(0,8)关于l的对称点都在c上,求直线l和抛物线c的方程.(2023年全国高考理科试题)

分析1】 设直线l的方程为y=kx,抛物线c的方程为y2=2px(p>0),先求出a、b关于l对称的点a′、b′的坐标(用k表示),再代入抛物线c的方程中,可得k、p的方程组,最后解方程组即可.

解法1】 如图1-6.由已知可设抛物线c的方程为。

y2=2px(p>0).

由于直线l不与两坐标轴重合,故可设l的方程为。

y=kx(k≠0).

设a′、b′分别是a、b关于l的对称点,则由 a′a⊥l可得直线aa′的方程为。

将①、②联立,解得线段aa′的中点m的坐标为。

分别把a′、b′的坐标代入抛物线c的方程中,得。

由③÷④消去p,整理,得。

k2-k-1=0. ⑤

又由④知k>0. ⑥

分析2】 如图1-7,设直线l的倾斜角为α,则l的斜率为。

用α的三角函数表示点a′、b′的坐标,再把这些坐标用k表示,以下同解法1.

l的斜率为k.

|oa′|=oa|=1,ob′|=ob|=8,∠xoa′=-2α),由三角函数的定义,得a′的坐标为。

xa=|oa′|cos∠xoa′=-cos2α,ya=|oa′|sin∠xoa′=-sin2α

以下同解法1,从略.

又|ob′|=8,|oa′|=1,从而此题可设极坐标方程去解.

解法3】 如图1-7,以o为极点,ox为极轴建立极坐标系,把x=ρcosθ代入方程y2=2px(p>0)中,得抛物线的坐标方程为。

由已知可设点b′的极坐标为(8,α)a′的极坐标为(1, 直线l平分∠bob′,8,oa′⊥ob′列出p、t1、t2的方程组,进而去求解.

|oa′|=oa|=1,|ob′|=ob|=8,又由oa′⊥ob′,得koa·kob=-1,分析5】 如图1-7,由于|oa′|=1,|ob′|=8,∠a′

解法5】 如图1-7.把直角坐标系视为复平面,设点a′

得点b′对应的复数为(x1+y1i)8i=-8y1+8x1i.

点a′、b′的坐标为。

x1,y1)、(8y1,8x1).

把它们分别代入抛物线c的方程y2=2px(p>0)中,得。

即koa'=-2,又|oa′|=1,以下同解法4,从略.

分析6】 本题也可以把抛物线的参数方程与复数法结合起来去解.

数乘法的几何意义,得。

由复数相等的条件,得。

消去p,解得t2=2.

从而b′的坐标为(8p,4p).

线段bb′的中点c的坐标为(4p,2p+4),分析7】 在解法5中,利用复数乘法的几何意义,发现了a′、b′坐标之间的关系式,从而获得简解.如图1-8,点b′与点a′的坐标关系也可用平面几何法得到.

解法7】 如图1-8,作a′c⊥ox于c,b′d⊥ox于d.设a′、b′的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2).

∠b′od+∠a′oc=90°, rt△a′co∽rt△odb′.

又|oa′|=1,|ob′|=8, |od|=8|a′c|,|b′d|=8|oc|.

于是x2=-8y1,y2=8x1.

以下同解法5,从略.

解说】 本例给出了七种解法.解法1是本题的一般解法,它的关键是求点a、b关于l的对称点的坐标.解法2是三角法,它。

法3是极坐标法,巧妙利用了a′、b′的特殊位置.解法4是利用抛物线的参数方程去解的.解法5和解法7是从寻找a′、b′的坐标关系式入手的,分别用复数法和相似形法获解.解法6把参数法与复数法结合起来,体现了思维的灵活性.总之,本例运用了解析几何的多种方法,是对学生进行求异思维训练的极好例题.

三)逆向思维。

在人们的思维活动中,如果把a→b的思维过程看作正向思维的话,那么就把与之相反的思维过程b→a叫做逆向思维.

在平常的学习中,人们习惯于正向思维,而不善长逆向思维.因此,为了培养思维的多向性和灵活性,就必须加强逆向思维训练.在解题遇到困难时,若能灵活地进行逆向思维,往往出奇制胜,获得巧解.

在解析几何中,培养学生逆向思维能力,要注意逆用解析式的几何意义、逆用曲线与方程的概念和逆用圆锥曲线的定义.

例4 设a、b是两个实数,a=,b=,c=是平面xoy内的点焦,讨论是否存在a和b,使得:(1)a∩b≠;(2)(a,b)∈c.(2023年全国高考理科试题)

解】 由已知可得,a、b是否存在等价于混合组。

以上二式的几何意义是:如图1-9,在平面ao′b中,na+b=3(n2+5)是直线,a2+b2≤144是圆面(即圆x2+y2=144的边界及其内部).因此,这个混合组有解的充要条件是直线na+b=3(n2+5)与圆a2+b2=144有公共点,即圆心o′(0,0)到这条直线的距离d≤12.

即(n2+5)2≤16(n2+1), n4-6n2+9≤0,即(n2-3)2≤0.

又(n2-3)2≥0, n2=3.这与n是整数矛盾.

故满足题中两个条件的实数a、b不存在.

解说】 这种解法中,把混合组翻译成几何语言(直线和圆面是否有公共点)就是解析法的逆向思维.教学实践表明,学生普遍认为这种解法难想,其实,“难就难在逆向思维”,普遍认为这种解法巧妙,其实,“巧就巧在逆向思维”.

习题1.21.已知圆c1:(x+1)2+(y-2)2=4与圆c2:(x-3)2+(y-4)2=25,求它们外公切线交点p的坐标.

2.已知直线l过点p(1,4),求它在两坐标轴正向截距之和最小时的方程.(要求至少5种解法)

要求至少4种证法).(2023年全国高考理科试题)

4.长度为3的线段ab的两端点在抛物线y2=x上移动,记线段ab的中点为m,求点m到y轴的最短距离,并求此时点m的坐标.(要求至少4种解法).(2023年全国高考理科试题)

5.已知2a+3b=5,求证:直线ax+by-5=0必过一个定点.

7.已知三个集合m={(x,y)|y2=x+1},s={(x,y)|4x2+2x-2y+5=0},p={(x,y)|y=ax+m},问是否存在正整数a、m使得(m∪s)∩p=?(其中表示空集)

习题1.2答案或提示。

3.证法1:设a、b的坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2),pa|=r,则圆p的方程为(x-x0)2+y2=r2,与椭圆方程联立,消去y,得。

把a、b的坐标代入椭圆方程中,后把所。

、(ρ2,θ2),点p的坐标为(t,0),则t=x0+c.由|pa|=|pb|,可得。

5.逆用点在直线的概念,得定点为(2,3).

6.在直角坐标系中,由已知两个等式可知,直线ax+by=c过点。

重合的条件,可证得结论.

也无实数解.故a=1,m=2.

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