修订 | 拓广思维,让数学不再高冷
举一反三,在数学上即为“推广”,在我们做题中这种举一反三的思想固然重要,但是在这过程中,我们很容易就形成了思维定势。
思维定势,也称惯性思维,它是由一定的心理活动所形成的准备状态,对以后的感知、记忆、思维、情感等心理活动和行为活动起正向的或反向的推动作用。
▌怎样创新?
在数学史上的创新有许许多多:
虚数的创造
非欧几何
矩阵代数
微积分
......
(
,但且仅当
时取等)
有个经典的实验;把六只蜜蜂和同样多的苍蝇装进一个玻璃瓶中,然后将瓶子平放,让瓶底朝着窗户。结果发生了什么情况?蜜蜂不停地想在瓶底上找到出口,一直到它们力竭而饿死;而苍蝇则会在不到两分钟之内,穿过另一端的瓶颈逃逸一空。由于蜜蜂基于出口就在光亮处的思维方式,想当然地设定了出口的方位,并且不停地重复着这种合乎逻辑的行动。可以说,正是由于这种思维定势,它们才没有能走出囚室。而那些苍蝇则对所谓的逻辑毫不留意,全然没有对亮光的定势,而是四下乱飞,终于走出了囚室,
我们在做题的时候,就如“蜜蜂”一样,只会根据“阳光”找“出口”,从而困在“瓶子”里,但如果我们像“苍蝇”一样,不局限于“阳光”,从多个方面寻找“出口”,才能走出困境。
接下来我们来看两到例题,体验创新的简便。
▌射球问题
一足球场长60米,宽40米,球门长10米,在窄边正中间假设一名球员在下边线上射球,假设无其他干扰,问在何处射球最佳?
首先我们根据实际问题数学模型,转换问题:
在何处时
最大。
▌三角函数?平面几何?
对于一名普通高中生来说,看到这道题的第一想法就是用一个函数来表示
,便有了以下标准的解法:
设
然后用均值不等式便可求出其最值:
根据其单调性可知即
时,角度最大。此时
,即
时成立。
这样的方法应该是每个高中老师所教授的方法,而且老师希望每位同学都要学会。但是从宏观角度来看,这本是一道几何题,却用代数的方法解决了,那此题是否能换一个思路,用几何的方法解决呢?
稍微涉猎广泛一点的同学就会了解到一个定理叫米勒定理。
在点
运动过程中,
会在
的外接圆与
相切时最大
其证明也很简洁,以下是此新方案所引用的定理证明:
的外接圆与
相切于点
时,在
上任取异于
的一点,因为
是圆周角,
是圆外角,所以
,则
最大。
由此可见此题还可用平面几定理进行作答:
∵ 相切
∴ 根据切割线定理有:
由定理便可直接得到
时射门最佳。
我们再来看一道看似简单实则很难的比较大小的题
▌谁大谁小?
比较大小:(1)
和
(2)
和
第一道题感觉应该要构造一个函数
刚好可以把题目中的两个数的大小比较转化成
和
的大小比较,通过去计算
的导函数并令其等于 0 便可计算出
的极值点,便可算出其单调区间。

我们来看看第二道题:
和
。
通过我们对第一题的理解,是否这道题也要构造函数呢?我们可以有以下思路:
方法一:构造函数
刚好可以构造出两个要比较大小的数
和
,但是此时令
的导函数等于零并不好解,不容易算出其单调区间:
这就是我们被第一道题的思维所干扰得到的定势思路,但是我们可以在有条件的情况下用计算机绘制图像:
但是是否有更好的思路呢?(不用作图软件)
▌做差也是创新?
对于比较大小的问题我们除了构造函数法,还可以用作差法来与零进行比较。在计算器的计算下我们可知:
可见他们做差后与零比较有点难。
方法二:如果我们把这个差放大也许对放大后的差与零的比较更为容易,不妨我们把差值放大七倍:
而
又
思维拓广是学好数学的一大关键性因素,其实数学原本丰富多彩,答案也亦丰富多彩,只是需要你善于换个思维看问题。(完)