逆向思维策略在数学解题中的运用

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  摘要:逆向思维又称反向思维,是从对立的角度考虑问题的思维方式.当正向思考有困难时,不妨转换思考方式,进行逆向思考,常能化难为易,使问题迅速而准确地解决.善于逆向思维是思维灵活的一种表现。
  关键词:高中数学;教学;逆向思维;思维方式;灵活性
  【中图分类号】 G633.6【文献标识码】 B【文章编号】 1671-1297(2012)06-0090-01
  数学中任何一种解题方法都要以某种思维方式为背景,思考问题的角度对解题有直接的影响. 在解题活动中,我们难免会遇到这种情形:从正面直接探求,常常一筹莫展;若改变思维方向,从逆向或反面探求,往往可使问题迎刃而解。所谓逆向思维,即从问题的反面入手,先观察结果的对立面或假定需证的结论不成立,看能推演出什么结果,从而解决问题。
  本文通过实例来探讨如何运用逆向思维策略解决数学问题。
  一 变更主元法
  有些题目按常规思路,从主元角度讨论十分繁琐,若变换一下角度,反客为主,视参数为主元,则问题变得容易解决了。
  例1 若不等式mx2-2x-m+1<0对于满足︱m︱≤2的一切实数m都成立,求实数x的取值范围。
  分析 视x为主元难度较大,更换主元,视m为主元,
  则f(m)=(x2-1)m+(1-2x)<0,显然f(m)的几何意义为-2≤m≤2上的一条线段,
  故f(-2)<0
  f(2)<0即-2x2-2x+3<0
  2x2-2x-1<0
  在含参变量的函数、方程、不等式或解析几何等诸多问题,巧妙运用反客为主的方法,往往能使问题得到简捷、别致的解决。
  一个数学问题,若正面情况比较复杂,或从正面无法入手时,我们常常从结论的反面去探索,得出反面结论后,再返回到正面,这种逆向思维的方法称为“正难则反”,最常见的方法有补集法、反证法。
  二 补集法
  例2 关于x的方程x2+2mx+2㎡-1=0至少有一负根,求实数m的取值范围。
  分析 本题若正面考虑,则须分下列三种情况加以讨论:
  (1)有两个负根;(2)有一正根和一负根;(3)有一负根和一零根
  显然,这样解题过程较繁,若我们从命题的反面入手,即先从方程没有负根时探求实数m的范围A,再求出至少有一负根时实数m的范围CRA。
  略解 设全集为{m︱Δ≥0}={m︱-1≤m≤1}
  若方程没有负根,即只有正跟或零根时m的范围为集合A.
  由Δ≥0
  x1+x2≥0
  x1•x2 得-1≤m≤1
  2m≤0
  2m2≥0
  ∴-1≤m≤-22
  由A={m︱-1≤m≤-22}
  故所求实数m的取值范围为-22  对那些从正面求解很困难或者很烦琐的问题,可以从反面进行探索,把不符合条件的求出来,然后再从总体内淘汰掉,即可得到原问题的解,这是补集思想方法的运用。
  三 反证法
  用反证法证明命题,即从否定命题的结论入手,并运用命题的条件合乎逻辑地推出矛盾,从而指出否定结论错误,肯定结论正确。
  例3 设f(x)是定义在R上的增函数,a、b∈R,且f(a)+f(b)≥f(-a)+f(-b),求证:a+b≥0
  分析 本题较为抽象,从正面不易推证,可考虑其反面的情况,即“a+b<0”,问题即可迅速获解。
  略证 假设a+b<0,则a<-b,依题意知f(a)  当直接推证一个命题为真陷入困境时,若改用反证法,则往往奏效。
  四 分析法
  数学思维的程序具有双向性(正向或逆向),若按正向思维无从入手时,宜及时逆转思维方向,不妨把“未知”当“已知”,通过分析,推理寻找“需知”。
  例4 对一切不小于3的自然数n,求证:2n(n-1)2 ﹥n!
  分析 本题若用比较法或综合法,不便入手;采用数学归纳法,过程较繁,若注意到n(n-1)n的代数结构特征,联想到1+2+3+…+(n-1)=n(n-1)n,逆用此公式,于是,只需证明21+2+3+……+(n-1)﹥n!
  即 2•22•23•……2n-1﹥n! (1)
  又 =2n-1=c0n-1+c1n-1+c2n-1+……+cn-1n-1
  =1+(n-1)+(c2n-1+……+cn-1n-1 )﹥n
  ∴ 1•2•22•……2n-1﹥1•2•3…•n=n!
  ∴(1)式成立,即不等式2n(n-1)2 ﹥n!成立。
  以上证明过程有两大特点:(1)逆用数列求和公式及组合数性质,并适当放缩,从而使证明过程简化;(2)采用分析法,便于操作,分析法实质是执因索果,是逆向思维的一种具体形式。
  此外,逆向思维的求解方法在排列、组合、概率等有关题目中有着广泛的应用,一般当解题陷入“山重水复疑无路”的困境时,运用逆向思维策略可步入“柳暗花明又一村”的天地。
  通过以上几例可以看出逆向思维、正难则反的策略作用是巨大的,特别是论证综合性较强的题目运用更为广泛。逆向思维具有求异性、探索性和发散性等特征,能培养学生突破原有的思维模式寻求新的思维方式的能力,所以当习惯于正向思维时,某种逆向思维就会开拓新的境界.逆向思维能力的强弱,能反映一个学生能否学好数学的标志之一,运用所学知识进行逆向思维,可以提高学生解题的灵活性,培养学生的思维水平。
  总之,在数学解题过程中,按正向思维难以入手时,要善于反其道而行之,对以上逆向思维的方法进行适当的归纳和训练,这对优化学生的思维结构,培养创新能力大有裨益。
  参考文献
  [1] 陆广地.一题多变,训练能力.高中数学教与学,2004.8
  [2] 胡党华.重视解题后的再思考.中学数学研究,2002.6
  [3] 包建芳.从基础出发,向简单化归.高中数学教与学,2004.3
  
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