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“反客为主”巧解题
有一些数学题,题中涉及到若干个量,其中有常量、也有变量,同学们在解答时,由于思维定势,不太习惯把其中的常量暂视为变量、而把其中的变量暂视为常量的做法,结果求解过程异常复杂甚至难以解出。其实,常量与变量是相对的,是辩证统一的关系,如果根据需要,将它们的地位调换,即“反客为主”,常常使许多难题巧妙获解,下面举例说明:
一. “反客为主”解高次方程
【例1】解方程x322x22x210
简析:这是一个关于x的一元三次方程,若采取因式分解法求解,一时真不知道如何分解;若利用三次方程的求根公式来求解,显然十分繁琐,况且考纲也没有要求中学生掌握三次方程的求根公式。怎么办?我们仔细观察原方程的系数,发现2与2累次出现,如果把2用a表示,则原方程就是x3-2ax2+a2x-a+1=0由于x不为0,此方程可整理成关于a的一元二次方程:xa2-(2x2+1)a+(x3+1)=0。利用二次方程求根公式不难解得a=x+1或a=x-1+方程的根为:
11
,于是有2=x+1或2=x-1+,从而可求出原xx
x121,x2
2122121221
,x3。(解答略)
22
注:①将一个高次方程中累次出现的系数k与k分别用a与a2来表示,再转化为解关于a的一元二次方程,这种“反客为主”的求解法,体现了化归的数学思想,也说明了常量与变量的辩证统一的关系,同学们要细心领会并掌握它。
②请同学们仿例,解方程2x3(15)x225x550。 二. “反客为主”解方程组
【例2】解关于x、y、z、ω的方程组
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xaya2za3a4
xbyb2zb3b4
234
xcyczcc234xdydzdd
简析:本题若采取常规消元法求解,无疑十分麻烦。仔细观察原方程,不难发现这四个方程形式一致,即可视a、b、c、d是关于t的一元四次方程t4-t3-zt2-yt-x=0的四个根。由韦达定理:a+b+c+d=,ab+ac+ad+bc+bd+cd=-z,abc+abd+acd+bcd=y,abcd=-x。从而可得原方程组的解为(x,y,z,)=(-abcd,abc+abd+acd+bcd,-ab-ac-ad-bc-bd-cd,a+b+c+d)。(解答略)
注:①本题告诉我们,未知数与已知数在一定条件下是可相互转化的,这就是辩证法。②由本题的简析可知,本题可推广到一般情形,请同学们自己完成。
三. “反客为主”求值域
【例3】设a∈R,f(x)=ax2+x-a(-1≤x≤1),若a≤1,求函数f(x)的值域。 简析:将f(x)视为x的二次函数来求解,难度较大,若将f(x)视为a的一次函数,即令g(a)=(x2-1)a+x,则问题转化为求函数g(a)在[-1,1]上的值域。这样处理也许容易一些,不妨一试。
解:当x=±1时,显然g(a)1,下设-1<x<1。
因为,关于a 的一次函数g(a)=(x2-1)a+x在a∈[-1,1]上单调递减,所以g(1) ≤g(a) ≤g(-1)。又g(1)=(x+
2
12515
)-≥,g(-1)=-(x-)2424
+
555555
,即g(a),故所求的函数f(x)的值域为[-,]。 444444
注:本题变更主元,将一个难处理的二次函数f(x)视为一次函数g(a),根据这个
一次函数g(a)在[-1,1]上单调递减性,很容易地解决了问题,足见“反客为主”这一数学方法的威力。
四. “反客为主”定参数
【例4】设a为正整数,且关于x的二次方程ax2+2(2a-1)x+4(a-3)=0至少有一个整数根,试确定参数a的值。
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简析:若针对x的二次方程用求根公式,再对判别式讨论,异常复杂。如果变更主元,从原方程解出参数a,再由a≥1,这样处理可以一试。
解:设x0是原方程的一个整数根,若视a为主元,则原方程可化为a=
2x012(x02)2
(x02)。由a为正整数知,
2x012(x02)2
1,解得:-4≤x0≤2且x0≠-2。
从而x0只可能取-4、-3、-1、0、1、2,逐一代入a的表达式中,可得a的取值为1、6、10、3、
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、1。故满足条件的所有整数a的值共四个:1、3、6、10。 9
注:设a为整数,且关于x的二次方程ax2+2(a-3)x+(a-2)=0至少有一个整数根,试确定参数a的值。(答案:2,-4,-10)
五. “反客为主”证不等式
【例5】已知a∈R且0<a<1,求证;对任意的x≠0,都有不等式
12x4xa122x16xa2lg恒成立。 lg
33
1tt2a21t2t4a简析:若令2=t(t>0,t≠1),则问题转化为证明lg(,)lg
33
x
即证明(a2-3a)t4+2at3+(2a-2)t2+2t-2<0(*)
上述(*)是关于变量t的四次不等式,再证下去,思维受阻,怎么办?
我们重新审视(*),(*)中有两个变元,主元是t,参元是a,t的最高次数是4,而a的最高次数是2,何不把这个关于t的四次式视为关于a的二次式呢?即令g(a)=t4a2-(3t4-2t3-2t2)a-2(t2-t+1),a∈(0,1),从而转证g(a) <0,也许能柳暗花明,不妨一试。
证明:因为,关于a的二次函数g(a)=t4a2-(3t4-2t3-2t)a-2(t2-t+1)是开口向上的抛物线,又g(0)=-2(t2-t+1)<0,且g(1)=-2(t-1)2(t2+t+1)<0,故g(a)在(0,1)上恒为负,即g(a) <0在(0,1)上恒成立,这就证明了(*)成立,故原不等式成立。
注:本题变更(*)中主元,将一个难以求证的四次不等式转化为一个较容易讨论的二次不等式,借助二次函数g(a)的图象成功获解,再次说明“反客为主”的数学方法的重要性,希望同学们对这一数学方法引起重视。
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