高中數(shù)學解題方法之換元法

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  解數(shù)學題時,把某個式子看成一個整體,用一個變量去代替它,從而使問題得到簡化,這叫換元法。換元的實質是轉化,關鍵是構造元和設元,理論依據(jù)是等量代換,目的是變換研究對象,將問題移至新對象的知識背景中去研究,從而使非標準型問題標準化、復雜問題簡單化,變得容易處理。

  換元法又稱輔助元素法、變量代換法。通過引進新的變量,可以把分散的條件聯(lián)系起來,隱含的條件顯露出來,或者把條件與結論聯(lián)系起來。或者變?yōu)槭煜さ男问,把復雜的計算和推證簡化。

  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用。

  換元的方法有:局部換元、三角換元、均值換元等。局部換元又稱整體換元,是在已知或者未知中,某個代數(shù)式幾次出現(xiàn),而用一個字母來代替它從而簡化問題,當然有時候要通過變形才能發(fā)現(xiàn)。例如解不等式:4 +2 -2≥0,先變形為設2 =t(t>0),而變?yōu)槭煜さ囊辉尾坏仁角蠼夂椭笖?shù)方程的問題。

  三角換元,應用于去根號,或者變換為三角形式易求時,主要利用已知代數(shù)式中與三角知識中有某點聯(lián)系進行換元。如求函數(shù)y= + 的值域時,易發(fā)現(xiàn)x∈[0,1],設x=sin α ,α∈[0, ],問題變成了熟悉的求三角函數(shù)值域。為什么會想到如此設,其中主要應該是發(fā)現(xiàn)值域的聯(lián)系,又有去根號的需要。如變量x、y適合條件x +y =r (r>0)時,則可作三角代換x=rcosθ、y=rsinθ化為三角問題。

  均值換元,如遇到x+y=S形式時,設x= +t,y= -t等等。

  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,一定要使新變量范圍對應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>0和α∈[0, ]。

  


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