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高中數(shù)學:8種三角函數(shù)中的數(shù)學思想方法

 艾先強 2023-01-07 發(fā)布于陜西

一. 方程的思想

遇見等量關(guān)系,,
一定要想著是不是方程。
方程的本質(zhì)是什么,?
是等式的另外一種表達
有一個未知數(shù)需要一個方程式
有多個未知數(shù)需要多個方程式
以已知的信息推論導(dǎo)出未知信息
這個推導(dǎo)過程就是:
數(shù)量關(guān)系的發(fā)現(xiàn)
數(shù)量關(guān)系的轉(zhuǎn)換
數(shù)量關(guān)系的計算

例1. 已知sinθ+cosθ=,,θ(0,π),,則cotθ=________,。
解析:由sinθ+cosθ=平方得
sinθcosθ=,。
又θ(0,π),,
所以sinθ>0,,cosθ<0,
且sinθ>,,
將sinθ,,cosθ看作是方程的兩根。
所以sinθ=,,cosθ=,。
從而cotθ=,應(yīng)填,。

二. 函數(shù)的思想

遇見XY關(guān)系,,
一定要想著是不是函數(shù)。
函數(shù)的本質(zhì)是什么,?
是變化關(guān)系的數(shù)學表達方式
在變化中,,
一個要素隨著另外一個要素的變化而變化。
最常見的是X與Y的數(shù)量關(guān)系,,
只要是關(guān)于X的代數(shù)式,,
就構(gòu)建函數(shù)關(guān)系引入Y或者f(X)。
例2. 已知x,,y ∈[],,
且x3+sinx-2a=0①,
4y3+sinycosy+a=0②,,
求cos(x+2y)的值,。
解析:設(shè)f(u)=u3+sinu。
由①式得f(x)=2a,,由②式得
f(2y)=-2a,。
因為f(u)在區(qū)間[]上是單調(diào)奇函數(shù),
所以f(x)=-f(2y)=f(-2y),。
又所因x,-2y∈[],,
所以x=-2y,即x+2y=0,。
所以cos(x+2y)=1,。

三. 數(shù)形結(jié)合的思想

遇見能畫圖的一定要畫圖,
遇見不能畫圖的,,試著構(gòu)建畫圖,。
函數(shù)相關(guān)的畫圖,
作出函數(shù)的圖像、大概變化趨勢,、關(guān)鍵節(jié)點,。
幾何相關(guān)的畫圖,
作出幾何圖形的:
輔助線,,連接線,,半徑、直徑,、切線,、垂直線等。
例3. 函數(shù)f(x)=sinx+2,,x∈[0,,2π]的圖象與直線y=k有且僅有兩個不同的交點,則k的取值范圍是______,。
解析:f(x)=
函數(shù)f(x)=sinx+2,,x∈[0,2π]的圖象(如圖1)與直線y=k有且僅有兩個不同的交點,,則1<k<3,。

四. 化歸的思想

化歸,
是解題思想,,
是思維策略,,
更是有效的數(shù)學思維方式。
所謂的化歸思想方法,,
就是在研究和解決有關(guān)數(shù)學問題時采用某種手段將問題通過變換使之轉(zhuǎn)化,,進而達到解決的一種方法。
將復(fù)雜問題通過變換轉(zhuǎn)化為簡單問題,;
將難解問題通過變換轉(zhuǎn)化為容易求解問題,;
將未解決的問題通過變換轉(zhuǎn)化為已解決的問題。
化歸的基本功能是:
生疏化成熟悉,,
復(fù)雜化成簡單,,
抽象化成直觀,
含糊化成明朗,。
說到底,化歸的實質(zhì)就是以運動變化發(fā)展的觀點,,以及事物之間相互聯(lián)系,,相互制約的觀點看待問題,善于對所要解決的問題進行變換轉(zhuǎn)化,,使問題得以解決,。
實現(xiàn)方法有:
待定系數(shù)法
配方法,
整體代入法
化動為靜
由抽象到具體
由一般到特殊
由特殊到一般
……
例4. 設(shè)α為第四象限的角,,若,,則tan2α=_________。
解析:因為
=
=
=,,
所以,,tan2=
又因為為第四象限的角,,
所以tan=,,
從而求得tan2=

五. 分類討論的思想

分類討論幾乎涵蓋了所有的科目的主要內(nèi)容,,我們在解決實際問題時經(jīng)常會遇到不能將問題按統(tǒng)一標準解決,,尤其是一些復(fù)雜問題和存在多種可能的問題,這就要把問題按照一定的標準去分類,,然后綜合分類結(jié)果得出結(jié)論,。這種方法就是分類討論,也就是分情況討論,。
,,
絕對值為5,則可能是正的5,,也可能是負的5,。
如,
等腰三角形的一個角為為70°,,求另外兩個角的度數(shù),。
這就存在兩種情況的幾何問題:1)當此三角形的頂角為70°時,另兩個角都為(180°-70°)/2=55°,;2)當此三角形的一個底角為70°時,,另一個底角也為70°,頂角為40°,。
分類討論常用在以下類型問題中:

(一)數(shù)學概念中的分類討論,。如絕對值、函數(shù)圖像的增減性等,;

(二)幾何圖形中的不確定性問題需要分類討論,。如動點、圖形存在性問題,;

(三)含有變量的代數(shù)式需要分類討論,。如含有mn等參數(shù)的方程,、不等式,;

分類討論的原則:

確定標準,、分類的情況既不重復(fù)也不遺漏、逐類分級討論,。

例5. 若△ABC的三內(nèi)角滿足sinA=①,,問此三角形是否可能為直角三角形?
解析:假設(shè)△ABC可以為直角三角形,。
(1)若B=90°,,則A=90°-C,代入①中,,得
sin(90°-C)=,,
所以cos2C=1+sinC,1-sin2C=1+sinC,,
所以sinC=1,,即C=90°。這是不可能的,,所以B≠90°,。
(2)同理,C≠90°,。
(3)若A=90°,。
①式右邊=
①式左邊=sinA=sin90°=1。
所以此三角形可為直角三角形,,此時A=90°,。

六. 換元的方法

解一些復(fù)雜的因式分解問題,常用到換元法,,即對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的多項式,,若把其中某些部分看成一個整體,用新字母代替(即換元),,則能使復(fù)雜的問題簡單化,,明朗化,在減少多項式項數(shù),降低多項式結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等方面有獨到作用,。

換元法又稱變量替換法 , 是我們解題常用的方法之一 ,。利用換元法 , 可以化繁為簡 , 化難為易 , 從而找到解題的捷徑 。它可以化高次為低次,、化分式為整式,、化無理式為有理式、化超越式為代數(shù)式,,在研究方程,、不等式、函數(shù),、數(shù)列,、三角等問題中有廣泛的應(yīng)用。

換元法是指引入一個或幾個新的變量代替原來的某些變量的變量求出結(jié)果之后,,返回去求原變量的結(jié)果.換元法通過引入新的元素將分散的條件聯(lián)系起來,,或者把隱含的條件顯示出來,或者把條件與結(jié)論聯(lián)系起來,,或者變?yōu)槭煜さ膯栴}.其理論根據(jù)是等量代換.

高中數(shù)學中換元法主要有以下兩類:

(1)整體換元:以“元”換“式”,。

(2)三角換元 ,以“式”換“元”,。

(3)此外,,還有對稱換元、均值換元,、萬能換元等.換元法應(yīng)用比較廣泛,。如解方程,解不等式,,證明不等式,,求函數(shù)的值域,求數(shù)列的通項與和等,,另外在解析幾何中也有廣泛的應(yīng)用,。

我們使用換元法時,要遵循有利于運算,、有利于標準化的原則,,換元后要注重新變量范圍的選取,一定要使新變量取值范圍對應(yīng)于原變量的取值范圍,,不能縮小也不能擴大,。如上幾例中的t>0sinα∈[-1,1 ]

可以先觀察算式,,可發(fā)現(xiàn)這種需換元法之算式中總含有相同的式子,,然后把它們用一個字母替換,推演出答案,,然后若在答案中有此字母,,即將該式帶入其中,遂可算出,。

注意:換元后勿忘還元,。

例6. 已知sin3θ+cos3θ=1,求sinθ+cosθ的值,。
解析:因為sin3θ+cos3θ
=(sinθ+cosθ)(sin2θ+cos2θ-sinθcosθ)
=(sinθ+cosθ)(1-sinθcosθ)
所以(sinθ+cosθ)(1-sinθcosθ)=1,。
設(shè)sinθ+cosθ=x(),
則sinθcosθ=,。
所以x,,
即x3-3x+2=0,,(x-1)2(x+2)=0。
因為,,
所以x-1=0,,得x=1。
所以sinθ+cosθ=1,。

七. 整體的方法

整體法,,就是研究某些數(shù)學問題時,往往不是以問題的某個組成部分為著眼點,,而是有意識地放大問題的視角,,將要解決的問題看成整體,通過研究得到整體形式或整體處理后,,達到順利而又簡捷地解決問題的目的,。

只有所求的問題含有(或通過變形含有)已知條件中的“整體”才可以使用整體法。

利用整體思想,,把一些看似彼此獨立,,實質(zhì)上緊密相連的量作為整體進行處理,不僅會使問題化繁為簡,,化難為易,,而且有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力,提高分析問題和解決問題的能力,。

事實上,,有許多數(shù)學問題,如果我們糾纏于題目中的“細枝未節(jié)”,,則解題過程冗繁,,還有可能解不出,但若能統(tǒng)觀全局,,用整體思想方法來處理,,則可化繁為簡,出奇制勝,。

整體代入

若a-2b=3,,則9-2a+4b的值為___

【解析】把a-2b=3整體代入9-2a+4b=9-2(a-2b) =9-2×3=3

解決此類的常規(guī)方法是先求出a、b的值,,然后代入求值,,但將已知式整體代入到變形后的求值式,便十分簡捷地求得代數(shù)式的值,。

例7. 證明cos,。
證明:設(shè)
b=,,
則ab=
=
=,。
因為b≠0,,
所以a=。即原式得證,。

八. 類比聯(lián)想的方法

類比聯(lián)想法是指由某一事物的觸發(fā)而引起和該事物在性質(zhì)上或形態(tài)上相似事物的聯(lián)想,。當某一事物與另一事物的某個方面一致或類似,,我們便可使用類比的思想將一致或類似的兩方面來推想,、判斷出事物在其他不同方面的聯(lián)系。高中數(shù)學中也可通過靈活使用類比的思想方法,,將已學的知識與新的知識進行類比,,即將數(shù)學知識串聯(lián)起來,引導(dǎo)我們解決復(fù)雜,、繁瑣的數(shù)學問題,。
類比的分類:
1、降維類比 將三維空間的對象降到二維(或一維)空間中的對象,,此種類比方法即為降維類比,。 
2、結(jié)構(gòu)類比 某些待解決的問題沒有現(xiàn)成的類比物,,但可通過觀察,,憑借結(jié)構(gòu)上的相似性等尋找類比問題,然后可通過適當?shù)拇鷵Q,,將原問題轉(zhuǎn)化為類比問題來解決,。 
3、簡化類比 簡化類比,,就是將原命題類比到比原命題簡單的類比命題,,通過類比命題的解決思路和方法的啟發(fā),尋求原命題的解決思路與方法,。比如可先將多元問題類比為少元問題,,高次問題類比到低次問題,普遍問題類比為特殊問題等,。
例8. 已知λ為非零常數(shù),,x∈R,且f(x+λ)=,。問f(x)是否是周期函數(shù),?若是,求出它的一個周期,;若不是,,請說明理由。
分析:由于探索的是周期函數(shù)的問題,,容易聯(lián)想到三角函數(shù),。又f(x+λ)=的結(jié)構(gòu)的形式極易與tan(x+)=進行類比,,故可把tanx看成是f(x)的一個原型實例,且題中的λ相當于實例中的,。由于周期函數(shù)tanx的周期T=4·,,故可猜想f(x)也為周期函數(shù),且周期為4λ,。
解:f(x+2λ)=f[(x+λ)+λ]
=,,
則f(x+4)=f[(x+2)+2]
=
所以f(x)是周期函數(shù),,且4是它的一個周期,。

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