有些数学问题表面上看难以求解,但如果我们创造性地运用已知条件,以已知条件为素材,以所求结论为方向,有效地运用数学知识,构造出一种辅助问题及其数学形式,就能使问题在新的形式下获得简解,这就是解题中的“构造”策略.
所谓构造法,就是根据问题的条件和结论给出的信息,把问题作适当的加工处理,有效地运用数学知识,构造出与问题相关的数学模式,揭示问题的本质,从而使得问题在新的形式下获解的方法.构造法的本质是创造性地应用数学知识去解决数学问题,它不只是一种解题方法,而且是创造解题方法的方法.
常用的构造方法有:构造方程、构造函数、构造图形、构造反例等.
构造方程就是用已知条件作材料,用所求结论作方向,构造出一个方程,使得问题在利用方程的知识下简捷解决.本文重点谈谈如何构造一元二次方程解决问题,构造一元二次方程的常用方法有:
(1)利用方程的根的定义构造:当已知等式具有相同的结构,就可把某两个变元看成是关于某个字母的一元二次方程的两根.
(2)逆用根与系数的关系(韦达定理)构造:若问题中有形如x y=a,xy=b的关系式时,则x、y可看作方程z²-az b=0的两个实数根.
(3)确定主元构造:对于含有多个变元的等式,可以将等式整理为关于某个字母的一元二次方程.
【例题求解】
1、利用方程的根的定义构造:
【分析】由m≠n,可得m,n是方程3x² 6x-5=0的两个不相等的实数根,根据根与系数的关系即可求解.
【解析】
【练一练】
【答案】-32.
2、逆用根与系数的关系(韦达定理)构造:
例2、求证:对任意一个矩形A,总存在一个矩形B,使得矩形B与矩形A的周长和面积的比等于k(k≥1).
【分析】设已知矩形A的长与宽分别为a,b,所求矩形B的长与宽为x,y,则矩形A的周长是2(a b),面积为ab,矩形B的周长为2(x y),面积为xy,得出方程组,转化成方程后求出△的值,即可得出答案.
【证明】设已知矩形A的长与宽分别为a,b,所求矩形B的长与宽为x,y,则矩形A的周长是2(a b),面积为ab,矩形B的周长为2(x y),面积为xy,则
∴x,y是方程t2-k(a b)t kab=0的两个实数根.
∴当△=[k(a b)]2-4kab≥0,方程有解.
∴对于长与宽分别为a,b的矩形A,
∵(a-b)2≥0,
∴a2 b2≥2ab,a2 b2 2ab≥4ab,
∴(a b)2≥4ab,
∴当k≥1时,所有的矩形都有周长与面积同时扩大k倍的矩形,即对任何矩形A,总存在一个矩形B,使得矩形B与矩形A的周长和面积比等于同一个常数k(k≥1).
【练一练】
若实数a、b满足a2 ab b2=1,且t=ab-a2-b2,则t的取值范围是 .
【答案】-3≤t≤-1/3.(提示:首先将两式进行相加再相减,得出a b,ab有关t的关系式,再构造一元二次方程,利用根的判别式大于或等于0进行解决.)
3、确定主元构造:
例3、求方程x2y2 9x2 y2-12xy=9的非负整数解.
【分析】把原方程整理为关于x(或y)(即为主元)的一元二次方程,再由△≥0入手求解.
【解析】
原方程可化为关于x的一元二次方程:
(y² 9)x²-12yx (y²-9)=0,
∵方程有整数解,
∴△=(-12y)²-4(y² 9)(y²-9)≥0,
即y4-36y2-81≤0,
∴(y²-18)²≤81 324<21²,
∴-21<y²-18<21,
∴0≤y²<39,
∴y=0,1,2,3,4,5,6.
经检验,当y=0时,x=1;当y=3时,x=0或x=2;当y=6时,x=1,符合题意.
∴原方程的非负整数解为(x,y)=(1,0),(0,3),(2,3),(1,6).
【练一练】
若实数a,b满足2 0.5a-ab b²=0,则a的取值范围是 .
【答案】a≤-2或a≥4