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高中数学解题思维与思想 导读 数学家G . 波利亚在怎样解题中说过：数学教学的目的在于培养学生的 思维能力，培养良好思维品质的途径，是进行有效的训练，本策略结合数学教学的 实际情况，从以下四个方面进行讲解： 一、数学思维的变通性 根据题设的相关知识，提出灵活设想和解题方案 二、数学思维的反思性 提出独特见解，检查思维过程，不盲从、不轻信。 三、数学思维的严密性 考察问题严格、准确，运算和推理精确无误。 四、数学思维的开拓性 对一个问题从多方面考虑、对一个对象从多种角度观察、对一个题目运用多 种不同的解法。 什么”转变，从而培养他们的思维能力。 思维与思想 的即时性、针对性、实用性，已在教学实践中得到了全面验 证。 一、高中数学解题思维策略 第一讲数学思维的变通性 一、概念 数学问题千变万化，要想既快又准的解题，总用一套固定的方案是行不通的，必须具有思 维的变通性善于根据题设的相关知识，提出灵活的设想和解题方案。根据数学思维变通性的 主要体现，本讲将着重进行以下几个方面的训练： （1）善于观察 心理学告诉我们：感觉和知觉是认识事物的最初级形式，而观察则是知觉的高级状态，是 一种有目的、有计划、比较持久的知觉。观察是认识事物最基本的途径，它是了解问题、发现问 题和解决问题的前提。 任何一道数学题，都包含一定的数学条件和关系。要想解决它， 就必须依据题目的具体特征， 对题目进行深入的、细致的、透彻的观察，然后认真思考，透过表面现象看其本质，这样才能确 定解题思路，找到解题方法。 例如，求和 )1( 1 43 1 32 1 21 1 nn . 这些分数相加， 通分很困难， 但每项都是两相邻自然数的积的倒数，且 1 11 ) 1( 1 nnnn ， 因此，原式等于 1 1 1 1 11 3 1 2 1 2 1 1 nnn 问题很快就解决了。 （2）善于联想 联想是问题转化的桥梁。稍具难度的问题和基础知识的联系，都是不明显的、间接的、复 杂的。因此，解题的方法怎样、速度如何，取决于能否由观察到的特征，灵活运用有关知识，做 出相应的联想，将问题打开缺口，不断深入。 例如，解方程组 3 2 xy yx . 这个方程指明两个数的和为2，这两个数的积为3。由此联想到韦达定理，x、y是一元 二次方程032 2 tt的两个根， 所以 3 1 y x 或 1 3 y x . 可见，联想可使问题变得简单。 （3）善于将问题进行转化 数学家 G. 波利亚在怎样解题中说过：数学解题是命题的连续变换。可见，解题过程是 通过问题的转化才能完成的。转化是解数学题的一种十分重要的思维方法。那么怎样转化呢？概 括地讲，就是把复杂问题转化成简单问题，把抽象问题转化成具体问题，把未知问题转化成已知 问题。在解题时，观察具体特征，联想有关问题之后，就要寻求转化关系。 例如，已知 cbacba 1111 ,)0,0(cbaabc, 求证a、b、c三数中必有两个互为相反数。 恰当的转化使问题变得熟悉、简单。要证的结论，可以转化为：0)()(accbba 思维变通性的对立面是思维的保守性，即思维定势。思维定势是指一个人用同一种思维方法 解决若干问题以后，往往会用同样的思维方法解决以后的问题。它表现就是记类型、记方法、套 公式，使思维受到限制，它是提高思维变通性的极大的障碍，必须加以克服。 综上所述，善于观察、善于联想、善于进行问题转化，是数学思维变通性的具体体现。要想 提高思维变通性，必须作相应的思维训练。 二、思维训练实例 （1）观察能力的训练 虽然观察看起来是一种表面现象，但它是认识事物内部规律的基础。所以，必须重视观察能 力的训练，使学生不但能用常规方法解题，而且能根据题目的具体特征，采用特殊方法来解题。 例 1 已知dcba,都是实数，求证.)()( 222222 dbcadcba 思路分析从题目的外表形式观察到，要证的 结论的右端与平面上两点间的距离公式很相似，而 左端可看作是点到原点的距离公式。根据其特点， 可采用下面巧妙而简捷的证法，这正是思维变通的体现。 证明不妨设),(),(dcBbaA如图 121 所示， 则.)()( 22 dbcaAB , 2222 dcOBbaOA 在 OAB中，由三角形三边之间的关系知： ABOBOA当且仅当O在 AB上时，等号成立。 因此， .)()( 222222 dbcadcba 思维障碍很多学生看到这个不等式证明题，马上想到采用分析法、综合法等，而此题利用 这些方法证明很繁。学生没能从外表形式上观察到它与平面上两点间距离公式相似的原因，是对 这个公式不熟，进一步讲是对基础知识的掌握不牢固。因此，平时应多注意数学公式、定理的运 用练习。 例2 已知xyx623 22 ，试求 22 yx的最大值。 解由xyx623 22 得 .20, 03 2 3 ,0 .3 2 3 22 22 xxxy xxy 又, 2 9 )3( 2 1 3 2 322222 xxxxyx 当2x时， 22 yx有最大值，最大值为.4 2 9 ) 32( 2 1 2 思 路 分 析要 求 22 yx的 最 大 值 ， 由 已 知 条 件 很 快 将 22 yx变 为 一 元 二 次 函 数 , 2 9 )3( 2 1 )( 2 xxf然后求极值点的x值，联系到0 2 y，这一条件，既快又准地求出最 大值。上述解法观察到了隐蔽条件，体现了思维的变通性。 思维障碍大部分学生的作法如下： 由xyx623 22 得,3 2 322 xxy x y O ),(baA ),(dcB 图12 , 2 9 )3( 2 1 3 2 3 22222 xxxxyx 当3x时， 22 yx取最大值，最大值为 2 9 这种解法由于忽略了0 2 y这一条件，致使计算结果出现错误。因此，要注意审题，不仅 能从表面形式上发现特点，而且还能从已知条件中发现其隐蔽条件，既要注意主要的已知条件， 又要注意次要条件，这样，才能正确地解题，提高思维的变通性。 有些问题的观察要从相应的图像着手。 例3 已知二次函数),0(0)( 2 acbxaxxf满足关系 )2()2(xfxf，试比较)5.0(f与)(f的大小。 思路分析由已知条件)2()2(xfxf可知，在与 2x 左右等距离的点的函数值相 等，说明该函数的图像关于直线 2x 对称，又由 已知条件知它的开口向上，所以，可根据该函数的大致 图像简捷地解出此题。 解（如图 122）由)2()2(xfxf， 知)(xf是以直线2x为对称轴，开口向上的抛物线 它与2x距离越近的点，函数值越小。 )()5.0(25 .02ff 思维障碍有些同学对比较)5 .0(f与)(f的大小，只想到求出它们的值。而此题函数)(xf 的表达式不确定无法代值，所以无法比较。出现这种情况的原因，是没有充分挖掘已知条件的含 义，因而思维受到阻碍，做题时要全面看问题，对每一个已知条件都要仔细推敲，找出它的真正 含义，这样才能顺利解题。提高思维的变通性。 （2）联想能力的训练 例4 在ABC中，若C为钝角，则tgBtgA的值 (A) 等于 1 (B)小于 1 (C) 大于 1 (D) 不能确定 思路分析此题是在ABC中确定三角函数tgBtgA的值。 因此，联想到三角函数正切的两 角和公式 tgBtgA tgBtgA BAtg 1 )(可得下面解法。 解C为钝角，0tgC. 在ABC中)(BACCBA x y O 2 图12 且均为锐角，、BA .1. 01,0,0 . 0 1 )()( tgBtgAtgBtgAtgBtgA tgBtgA tgBtgA BAtgBAtgtgC 即 故应选择（ B） 思维障碍有的学生可能觉得此题条件太少，难以下手，原因是对三角函数的基本公式掌握 得不牢固，不能准确把握公式的特征，因而不能很快联想到运用基本公式。 例5 若.2,0)(4)( 2 zxyzyyxxz证明： 思路分析此题一般是通过因式分解来证。但是，如果注意观察已知条件的特点，不难发现 它与一元二次方程的判别式相似。于是，我们联想到借助一元二次方程的知识来证题。 证明当0yx时，等式0)(4)( 2 zyyxxz 可看作是关于t的一元二次方程0)()()( 2 zytxztyx有等根的条件，在进一步 观察这个方程，它的两个相等实根是1 ，根据韦达定理就有： 1 yx zy 即zxy2 若0yx，由已知条件易得,0xz即zyx, 显然也有zxy2. 例6 已知 cba、 均为正实数, 满足关系式 222 cba, 又n为不小于3的自然数，求 证:. nnn cba 思路分析由条件 222 cba联想到勾股定理,cba、可构成直角三角形的三边，进一 步联想到三角函数的定义可得如下证法。 证明设 cba、 所对的角分别为 A、B、.C 则C是直角， A为锐角，于是 ,cos,sin c b A c a A且, 1cos0,1sin0AA 当3n时，有AAAA nn22 coscos,sinsin 于是有1cossincossin 22 AAAA nn 即, 1)()( nn c b c a 从而就有. nnn cba 思维阻碍由于这是一个关于自然数n的命题，一些学生都会想到用数学归纳法来证明，难 以进行数与形的联想，原因是平时不注意代数与几何之间的联系，单纯学代数，学几何，因而不 能将题目条件的数字或式子特征与直观图形联想起来。 （3）问题转化的训练 我们所遇见的数学题大都是生疏的、复杂的。在解题时，不仅要先观察具体特征，联想有关 知识，而且要将其转化成我们比较熟悉的，简单的问题来解。恰当的转化，往往使问题很快得到 解决，所以，进行问题转化的训练是很必要的。 1转化成容易解决的明显题目 例 11 已知, 1 111 cba cba求证a、b、c中至少有一个等于1。 思路分析结论没有用数学式子表示，很难直接证明。首先将结论用数学式子表示，转化成 我们熟悉的形式。a、b、c中至少有一个为1，也就是说111cba、中至少有一个为零， 这样，问题就容易解决了。 证明., 1 111 abcabacbc cba 于是.0)()1()1)(1)(1(cbabcacababccba 111cba、中至少有一个为零，即a、b、c中至少有一个为1。 思维障碍很多学生只在已知条件上下功夫，左变右变，还是不知如何证明三者中至少有一 个为1，其原因是不能把要证的结论“翻译”成数学式子，把陌生问题变为熟悉问题。因此，多 练习这种“翻译”，是提高转化能力的一种有效手段。 例12 直线L的方程为 2 p x，其中0p；椭圆E的中心为)0, 2 2( p O， 焦点在X轴 上，长半轴为2，短半轴为1，它的一个顶点为)0, 2 ( p A，问p在什么范围内取值时，椭圆上有四 个不同的点，它们中的每一点到点A的距离等于该点到直线L的距离。 思路分析从题目的要求及解析几何的知识可知，四个不同的点应在抛物线 pxy2 2 （1） 是，又从已知条件可得椭圆 E的方程为 1 4 ) 2 2( 2 2 y p x （2） 因此，问题转化为当方程组（1）、（ 2）有四个不同的实数解时，求p的取值范围。将（2） 代入（ 1）得： .02 4 )47( 2 2 p p xpx（3） 确定p的范围，实际上就是求（3）有两个不等正根的充要条件，解不等式组： 047 02 4 0)2 4 (4)47( 2 2 2 p p p p p p 在0p的条件下，得.130p 本题在解题过程中，不断地把问题化归为标准问题：解方程组和不等式组的问题。 2逆向思维的训练 逆向思维不是按习惯思维方向进行思考，而是从其反方向进行思考的一种思维方式。当问题 的正面考虑有阻碍时，应考虑问题的反面，从反面入手，使问题得到解决。 例 13 已知函数nmxxxf 2 2)(，求证) 1(f、)2(f、)3(f中至少有一个不小于1. 思路分析反证法被誉为“数学家最精良的武器之一”，它也是中学数学常用的解题方法。 当要证结论中有“至少”等字样，或以否定形式给出时，一般可考虑采用反证法。 证明（反证法）假设原命题不成立，即)1(f、)2(f、) 3(f都小于 1。 则 17319 729 13 13181 1281 121 1)3( 1)2( 1)1 ( nm nm nm nm nm nm f f f 得9211nm， 与矛盾，所以假设不成立，即) 1(f、)2(f、) 3(f中至少有一个不小于1。 3一题多解训练 由于每个学生在观察时抓住问题的特点不同、运用的知识不同，因而，同一问题可能得到几 种不同的解法，这就是“一题多解”。通过一题多解训练，可使学生认真观察、多方联想、恰当 转化，提高数学思维的变通性。 例 14 已知复数z的模为 2，求iz的最大值。 解法一 （代数法）设，、)(Ryxyixz .25) 1(.4 2222 yyxizyx则 .32, 2 max izyy时，当 解法二 （三角法）设),sin(cos2iz 则.sin45)1sin2cos4 22 （iz . 31sin max iz时，当 解法三 （几何法） 。所对应的点之间的距离与表示 上的点，是圆点 iziz yxzz4,2 22 如图 123 所示，可知当iz2时，.3 max iz 解法四 （运用模的性质） 312iziz 而当iz2时，. 3. 3 max iziz 解法五 （运用模的性质） 1)()( )( 2 izzzziziziz .)(),(25的虚部）表zzIzI 又.3, 9,2)( max 2 max izizzI 第二讲数学思维的反思性 一、概述 数学思维的反思性表现在思维活动中善于提出独立见解，精细地检查思维过程，不盲从、 不轻信。 在解决问题时能不断地验证所拟定的假设，获得独特的解决问题的方法，它和创造性思维存在着 高度相关。本讲重点加强学生思维的严密性的训练，培养他们的创造性思维。 二、思维训练实例 (1) 检查思路是否正确，注意发现其中的错误。 例 1 已知 b x axxf)(，若,6)2(3,0)1(3ff求)3(f的范围。 错误解法由条件得 6 2 23 03 b a ba × 2得 156a × 2得 3 2 33 8b y x O i -2i 图123 Z +得. 3 43 )3( 3 10 , 3 43 3 3 3 10 f b a即 错误分析采用这种解法，忽视了这样一个事实：作为满足条件的函数 b x axxf)(，其 值是同时受ba和制约的。当a取最大（小）值时，b不一定取最大（小）值，因而整个解题思 路是错误的。 正确解法由题意有 2 2)2( )1 ( b af baf 解得：),2() 1(2 3 2 ),1()2(2 3 1 ffbffa ).1 ( 9 5 )2( 9 16 3 3)3(ff b af 把)1 (f和)2(f的范围代入得. 3 37 )3( 3 16 f 在本题中能够检查出解题思路错误，并给出正确解法，就体现了思维具有反思性。只有牢固 地掌握基础知识，才能反思性地看问题。 例2 证明勾股定理：已知在ABC中，90C，求证. 222 bac 错误证法在ABCRt中，,cos,sin c b A c a A而1cossin 22 AA， 1)()( 22 c b c a ，即. 222 bac 错误分析在现行的中学体系中，1cossin 22 AA这个公式本身是从勾股定理推出来的。 这种利用所要证明的结论，作为推理的前提条件，叫循环论证。循环论证的错误是在不知不觉中 产生的，而且不易发觉。因此，在学习中对所学的每个公式、法则、定理，既要熟悉它们的内容， 又要熟悉它们的证明方法和所依据的论据。这样才能避免循环论证的错误。发现本题犯了循环论 证的错误，正是思维具有反思性的体现。 (2) 验算的训练 验算是解题后对结果进行检验的过程。通过验算，可以检查解题过程的正确性，增强思维的 反思性。 例3 已知数列 n a的前n项和12 n n S，求. n a 错误解法.222)12()12( 111 1 nnnnn nnn SSa 错误分析显然， 当1n时，123 11 11 Sa， 错误原因，没有注意公式 1nnn SSa 成立的条件是).(2Nnn因此在运用 1nnn SSa时，必须检验1n时的情形。即： ),2( ) 1( 1 NnnS nS a n n 例4 实数a为何值时，圆012 222 aaxyx与抛物线xy 2 1 2 有两个公共点。 错误解法将圆012 222 aaxyx与抛物线xy 2 1 2 联立，消去y， 得).0(01) 2 1 2( 22 xaxax 因为有两个公共点，所以方程有两个相等正根，得 .01 0 2 1 2 0 2 a a 解之，得. 8 17 a 错误分析（如图 221；22 2）显然，当0a时，圆与抛物线有两个公共点。 要使圆与抛物线有两个交点的充要条件是方程有一正根、一负根；或有两个相等正根。 当方程有一正根、一负根时，得 . 01 0 2 a 解之，得 .11a 因此，当 8 17 a或11a时，圆012 222 aaxyx与抛物线xy 2 12 有两个 公共点。 思考题：实数a为何值时，圆012 222 aaxyx与抛物线xy 2 12 ， （1）有一个公共点； （2）有三个公共点； （3）有四个公共点； （4）没有公共点。 养成验算的习惯，可以有效地增强思维反思性。如：在解无理方程、无理不等式；对数方程、 x y O 图221 x y O 图222 对数不等式时，由于变形后方程或不等式两端代数式的定义域可能会发生变化，这样就有可能产 生增根或失根，因此必须进行检验，舍弃增根，找回失根。 (3) 独立思考，敢于发表不同见解 受思维定势或别人提示的影响，解题时盲目附和，不能提出自己的看法，这不利于增强思维 的反思性。因此，在解决问题时，应积极地独立思考，敢于对题目解法发表自己的见解，这样才 能增强思维的反思性，从而培养创造性思维。 例5 30 支足球队进行淘汰赛，决出一个冠军，问需要安排多少场比赛？ 解因为每场要淘汰1 个队， 30 个队要淘汰29 个队才能决出一个冠军。因此应安排29 场比 赛。 思 路 分 析传统的思维方法是：30 支队比赛，每次出两支队，应有15742129 场比赛。 而上面这个解法没有盲目附和，考虑到每场比赛淘汰1 个队， 要淘汰 29 支队， 那么必有 29 场比赛。 例6 解方程.cos32 2 xxx 考察方程两端相应的函数xyxycos,2)1( 2 ，它们的图象无交点。 所以此方程无解。 例 7 设、是方程062 2 kkxx的两个实根，则 22 ) 1() 1(的最小值是 （） 不存在)(;18)(; 8)(; 4 49 )(DCBA 思路分析本例只有一个答案正确，设了3 个陷阱，很容易上当。 利用一元二次方程根与系数的关系易得：, 6,2kk . 4 49 ) 4 3 (4 2)(22)( 1212)1()1( 2 2 2222 k 有的学生一看到 4 49 ，常受选择答案（A）的诱惑，盲从附和。这正是思维缺乏反思性的体 现。如果能以反思性的态度考察各个选择答案的来源和它们之间的区别，就能从中选出正确答案。 原方程有两个实根、， ,0)6(44 2 kk.32kk或 当3k时， 22 )1() 1(的最小值是8；当2k时， 22 )1()1(的最小值 是 18； 这时就可以作出正确选择，只有（B）正确。 第三讲数学思维的严密性 二、概述 在中学数学中，思维的严密性表现为思维过程服从于严格的逻辑规则，考察问题时严格、准确， 进行运算和推理时精确无误。数学是一门具有高度抽象性和精密逻辑性的科学，论证的严密性是 数学的根本特点之一。但是，由于认知水平和心里特征等因素的影响，中学生的思维过程常常出 现不严密现象，主要表现在以下几个方面： 概念模糊概念是数学理论体系中十分重要的组成部分。它是构成判断、推理的要素。因此必须 弄清概念，搞清概念的内涵和外延，为判断和推理奠定基础。概念不清就容易陷入思维混乱，产 生错误。 判断错误判断是对思维对象的性质、关系、状态、存在等情况有所断定的一种思维形式。数学 中的判断通常称为命题。在数学中， 如果概念不清， 很容易导致判断错误。例如， “函数 x y) 3 1 ( 是一个减函数”就是一个错误判断。 推理错误推理是运用已知判断推导出新的判断的思维形式。它是判断和判断的联合。任何一 个论证都是由推理来实现的，推理出错，说明思维不严密。 例如，解不等式. 1 x x 解, 1, 12 x x x , 1x或.1x这个推理是错误的。在由 x x 1 推导1 2 x时，没有讨论x的正、负， 理由不充分，所以出错。 二、思维训练实例 思维的严密性是学好数学的关键之一。训练的有效途径之一是查错。 (1) 有关概念的训练 概念是抽象思维的基础，数学推理离不开概念。 “正确理解数学概念是掌握数学基础知识的前提。” 中学数学教学大纲 （试行草案） 例1、不等式 ).23(log)423(log 2 )2( 2 )2( 22xxxx xx 错误解法, 12 2 x , 23423 22 xxxx .2 2 3 ,062 2 xxxx或 错误分析当2x时，真数023 2 xx且2x在所求的范围内（因 2 3 2） ，说明解法 错误。原因是没有弄清对数定义。此题忽视了“对数的真数大于零”这一条件造成解法错误，表 现出思维的不严密性。 正确解法12 2 x 23423 023 0423 22 2 2 xxxx xx xx 2 2 3 12 3 131 3 131 xx xx xx 或 或 或 .22xx或 例2、求过点)1 , 0(的直线，使它与抛物线xy2 2 仅有一个交点。 错误解法设所求的过点)1 , 0(的直线为1kxy，则它与抛物线的交点为 xy kxy 2 1 2 ，消去y得：.02)1( 2 xkx 整理得.01)22( 22 xkxk直线与抛物线仅有一个交点， ,0解得. 2 1 k所求直线为.1 2 1 xy 错误分析此处解法共有三处错误： 第一，设所求直线为1kxy时，没有考虑0k与斜率不存在的情形，实际上就是承认了该直 线的斜率是存在的，且不为零，这是不严密的。 第二，题中要求直线与抛物线只有一个交点，它包含相交和相切两种情况，而上述解法没有考虑 相切的情况，只考虑相交的情况。原因是对于直线与抛物线“相切”和“只有一个交点”的关系 理解不透。 第三，将直线方程与抛物线方程联立后得一个一元二次方程，要考虑它的判别式，所以它的二次 项系数不能为零，即,0k而上述解法没作考虑，表现出思维不严密。 正确解法当所求直线斜率不存在时，即直线垂直x轴，因为过点) 1 ,0(，所以, 0x即y轴，它 正好与抛物线xy2 2 相切。 当所求直线斜率为零时，直线为, 1y平行x轴，它正好与抛物线xy2 2 只有一个交点。 设所求的过点) 1 ,0(的直线为1kxy)0(k则 xy kxy 2 1 2 ，.01)22( 22 xkxk令,0解 得. 2 1 k所 求 直 线 为 . 1 2 1 xy 综上，满足条件的直线为： . 1 2 1 , 0, 1xyxy (2)判断的训练 造成判断错误的原因很多，我们在学习中，应重视如下几个方面。 注意定理、公式成立的条件 数学上的定理和公式都是在一定条件下成立的。如果忽视了成立的条件，解题中难免出现错 误。 例3、实数m，使方程021)4( 2 miximx至少有一个实根。 错误解法方程至少有一个实根， .020)21 (4)4( 22 mmiim ,52m或.52m 错误分析实数集合是复数集合的真子集，所以在实数范围内成立的公式、定理，在复数范围内 不一定成立，必须经过严格推广后方可使用。一元二次方程根的判别式是对实系数一元二次方程 而言的，而此题目盲目地把它推广到复系数一元二次方程中，造成解法错误。 正确解法设a是方程的实数根，则 . 0)24(1 ,021)4( 2 2 imamaa miaima 由于ma、都是实数， 024 01 2 ma maa 解得.2m 例 4已知双曲线的右准线为4x，右焦点)0,10(F, 离心率2e, 求双曲线方程。 错解 1.60,40,10,4 2222 2 acbac c a x 故所求的双曲线方程为 .1 6040 22 yx 错解 2由焦点)0,10(F知,10c .75, 5,2 222 acba a c e 故所求的双曲线方程为 .1 7525 22 yx 错解分析这两个解法都是误认为双曲线的中心在原点，而题中并没有告诉中心在原点这个 条件。由于判断错误，而造成解法错误。随意增加、遗漏题设条件，都会产生错误解法。 正解 1设),(yxP为双曲线上任意一点，因为双曲线的右准线为4x，右焦点)0 ,10(F， 离心率2e，由双曲线的定义知 . 2 |4| )10( 22 x yx 整理得.1 4816 )2( 22 yx 正解 2依题意，设双曲线的中心为)0,(m 则 .2 10 4 2 a c mc m c a 解得 .2 8 4 m c a 所以,481664 222 acb 故所求双曲线方程为.1 4816 )2( 22 yx 注意充分条件、必要条件和充分必要条件在解题中的运用 我们知道： 如果A成立，那么B成立，即BA，则称A是B的充分条件。 如果B成立，那么A成立，即AB，则称A是B的必要条件。 如果BA，则称A是B的充分必要条件。 充分条件和必要条件中我们的学习中经常遇到。像讨论方程组的解，求满足条件的点的轨迹等等。 但充分条件和必要条件中解题中的作用不同，稍用疏忽，就会出错。 例 5解不等式.31xx 错误解法要使原不等式成立，只需 , )3(1 03 01 2 xx x x 解得.53x 错误分析不等式BA成立的充分必要条件是： 2 0 0 BA B A 或 0 0 B A 原不等式的解法只考虑了一种情况 2 )3(1 03 01 xx x x ，而忽视了另一种情况 03 01 x x ，所考虑的 情况只是原不等式成立的充分条件，而不是充分必要条件，其错误解法的实质，是把充分条件当 成了充分必要条件。 正确解法要使原不等式成立，则 2 )3(1 03 01 xx x x 或 03 01 x x 53x，或.31x 原不等式的解集为51|xx 例 6（轨迹问题）求与y轴相切于右侧，并与 06: 22 xyxC也相切的圆的圆心 的轨迹方程。 错误解法如图 321 所示， 已知 C的方程为.9)3( 22 yx 设点)0)(,(xyxP为所求轨迹上任意一点，并且P与y轴相切于M点， 与 C相切于 N点。根据已知条件得 3|PMCP，即.3) 3( 22 xyx 化简得).0(12 2 xxy 错误分析本题只考虑了所求轨迹的纯粹性（即所求的轨迹上的点都满足条件），而没有考 虑所求轨迹的完备性（即满足条件的点都在所求的轨迹上）。事实上，符合题目条件的点的坐标 并不都满足所求的方程。从动圆与已知圆内切，可以发现以x轴正半轴上任一点为圆心，此点到 原点的距离为半径（不等于3）的圆也符合条件，所以)30(0xxy且也是所求的方程。 ·P · C(3,0) y x O 图32 1 M N 即动圆圆心的轨迹方程是和)0(12 2 xxy )30(0xxy且。因此，在求轨迹时，一定要完整的、细致地、周密地分析问题，这样， 才能保证所求轨迹的纯粹性和完备性。 防止以偏概全的错误 以偏概全是指思考不全面，遗漏特殊情况，致使解答不完全，不能给出问题的全部答案，从 而表现出思维的不严密性。 例 7设等比数列 n a的全n项和为 n S. 若 963 2SSS，求数列的公比q. 错误解法,2 963 SSS q qa q qa q qa 1 )1( 2 1 )1( 1 )1 ( 9 1 6 1 3 1 .012( 363 ）整理得qqq 1 2 4 ,0) 1)(12(.0120 3 3336 qq qqqqq 或 得方程由 错误分析在错解中，由 q qa q qa q qa 1 )1( 2 1 )1( 1 )1( 9 1 6 1 3 1 .012( 363 ）整理得qqq时，应有.10 1qa和 在等比数列中，0 1a 是显然的，但 公比q完全可能为1，因此，在解题时应先讨论公比1q的情况，再在1q的情况下，对式子 进行整理变形。 正确解法若1q，则有.9,6,3 191613 aSaSaS 但0 1 a，即得,2 963 SSS与题设矛盾，故1q. 又依题意,2 963 SSS 可得 q qa q qa q qa 1 )1( 2 1 )1 ( 1 )1( 9 1 6 1 3 1 .012( 363 ）整理得qqq即,0) 1)(12( 33 qq 因为1q，所以, 01 3 q所以.012 3 q 所以. 2 4 3 q 说明此题为 1996 年全国高考文史类数学试题第（21）题，不少考生的解法同错误解法，根 据评分标准而痛失2 分。 避免直观代替论证 我们知道直观图形常常为我们解题带来方便。但是，如果完全以图形的直观联系为依据来进 行推理，这就会使思维出现不严密现象。 例 8 （如图 322） ， 具有公共y轴的两个直角坐标平面和所成的二面角轴y 等于60. 已知内的曲线C的方程是)0(2 2 pxpy， 求曲线C在内的射影的曲线方程。 错误解法依题意，可知曲线C是抛物线， 在内的焦点坐标是. 0),0, 2 (p p F 因为二面角轴y等于60， 且轴，轴轴，轴yxyx所以.60xxo 设焦点F在内的射影是),(yxF，那么，F位于x轴上， 从而,90,60,0FOFOFFy 所以. 42 1 2 60cos pp FOOF所以点)0, 4 ( p F是所求射影的焦点。依题意，射影是一条 抛物线，开口向右，顶点在原点。 所以曲线 C 在内的射影的曲线方程是. 2 pxy 错误分析上述解答错误的主要原因是，凭直观误认为曲线）的焦点，是射影 (F 其次，未经证明C默认条抛物线内的射影（曲线）是一在。 正确解法在内，设点),(yxM是曲线上任意一点 （如图 323）过点M作MN，垂足为N， 过N作yNH轴，垂足为.H连接MH， 则yMH轴。所以MHN是二面角 轴y的平面角，依题意，MHN60. y O x F 图3 y O x F 图3 M N H 在. 2 1 60cos,xHMHNMNHRt中 又知xHM /轴（或M与O重合）， xHN /轴（或H与O重合），设),(yxN， 则 . 2 2 1 yy xx yy xx 因为点),(yxM在曲线)0(2 2 pxpy上，所以).2(2 2 xpy 即所求射影的方程为).0(4 2 ppxy (3)推理的训练 数学推理是由已知的数学命题得出新命题的基本思维形式，它是数学求解的核心。以已知的 真实数学命题，即定义、公理、定理、性质等为依据，选择恰当的解题方法，达到解题目标，得 出结论的一系列推理过程。在推理过程中，必须注意所使用的命题之间的相互关系（充分性、必 要性、充要性等） ，做到思考缜密、推理严密。 例 9设椭圆的中心是坐标原点，长轴x在轴上，离心率 2 3 e，已知点) 2 3 ,0(P到这个椭 圆上的最远距离是7，求这个椭圆的方程。 错误解法依题意可设椭圆方程为)0(1 2 2 2 2 ba b y a x 则 4 3 1 2 2 2 22 2 2 2 a b a ba a c e， 所以 4 1 2 2 a b ，即.2ba 设椭圆上的点),(yx到点P的距离为d， 则 222 ) 2 3 (yxd .34) 2 1 (3 4 9 3)1( 22 2 2 2 2 by yy b y a 所以当 2 1 y时， 2 d有最大值，从而d也有最大值。 所以 22 )7(34b，由此解得：.4,1 22 ab 于是所求椭圆的方程为.1 4 2 2 y x 错解分析尽管上面解法的最后结果是正确的，但这种解法却是错误的。结果正确只是碰巧 而已。由当 2 1 y时， 2 d有最大值，这步推理是错误的，没有考虑y到的取值范围。事实上， 由于点),(yx在椭圆上，所以有byb，因此在求 2 d的最大值时，应分类讨论。即： 若 2 1 b，则当by时， 2 d（从而d）有最大值。 于是,) 2 3 ()7( 22 b从而解得矛盾。与 2 1 , 2 1 2 3 7bb 所以必有 2 1 b，此时当 2 1 y时， 2 d（从而d）有最大值， 所以 22 )7(34b，解得.4, 1 22 ab 于是所求椭圆的方程为.1 4 2 2 y x 例 10求 xx y 22 cos 8 sin 2 的最小值 错解 1 |cossin| 8 cos 8 sin 2 2 cos 8 sin 2 2222 xxxxxx y .16,.16 |2sin| 16 min y x 错解 2.261182221)cos cos 8 ()sin sin 2 ( 2 2 2 2 x x x x y 错误分析在解法 1 中，16y的充要条件是.1|2sin| cos 8 sin 2 22 x xx 且 即.1|sin| 2 1 |xtgx且这是自相矛盾的。.16 min y 在解法 2 中，261y的充要条件是 ,22cos2sincos cos 8 sin sin 2 222 2 2 2 xxx x x x ，即且这是不可能的。 正确解法1xxy 22 sec8csc2 .18 42210 )4(210 )1 (8)1(2 22 22 22 xtgxctg xtgxctg xtgxctg 其中，当.1824 222 yxctgxtgxctg时，即.18 min y 正 确 解 法 2 取正常数k，易得 kxk x xk x y)cos cos 8 ()sin sin 2 ( 2 2 2 2 .268222kkkkk 其中“”取“”的充要条件是 .18 2 1 cos cos 8 sin sin 2 22 2 2 2 kxtgxk x xk x 且，即且 因此，当,1826 2 12 kkyxtg时，.18 min y 第四讲数学思维的开拓性 一、概述 数学思维开拓性指的是对一个问题能从多方面考虑；对一个对象能从多种角度观察；对一个题目 能想出多种不同的解法，即一题多解。 “数学是一个有机的整体，它的各个部分之间存在概念的亲缘关系。我们在学习每一分支时， 注意了横向联系，把亲缘关系结成一张网，就可覆盖全部内容，使之融会贯通”，这里所说的横 向联系，主要是靠一题多解来完成的。通过用不同的方法解决同一道数学题，既可以开拓解题思 路，巩固所学知识；又可激发学习数学的兴趣和积极性，达到开发潜能，发展智力，提高能力的 目的。从而培养创新精神和创造能力。 在一题多解的训练中，我们要密切注意每种解法的特点，善于发现解题规律，从中发现最有 意义的简捷解法。 数学思维的开拓性主要体现在： (1)一题的多种解法 例如已知复数z满足1| z，求|iz的最大值。 我们可以考虑用下面几种方法来解决： 运用复数的代数形式； 运用复数的三角形式； 运用复数的几何意义； 运用复数模的性质（三角不等式）| 212121 zzzzzz； 运用复数的模与共轭复数的关系zzz 2 |； （数形结合）运用复数方程表示的几何图形，转化为两圆1| z与riz|有公共点时， r的最大值。 (2)一题的多种解释 例如，函数式 2 2 1 axy可以有以下几种解释： 可以看成自由落体公式. 2 1 2 gts 可以看成动能公式. 2 1 2 mvE 可以看成热量公式. 2 12 RIQ 又如