本節我們用幾個具體例子,介紹“四步解題法”的實際操作過程(四步解題法的内容,請查閱前面的文章)。
首先要讨論的,就是在“四步解題法之整體框架”中談到的那個變異後的極值問題:
例1、已知x+2xy+4y=1,求x²+xy-x+2y的極小值。
【分析與解】 先“明确目标”:問題的目标狀态是“x²+xy-x+2y≥常數”。
經驗告訴我們,達到這一目标的常用方法是,通過換元或消元,使之化為一元函數的極值求解或利用基本不等式求解。
然後“尋找條件”:已知條件為x+2xy+4y=1,發現其功能是:式子x+2xy+4y可以換作常數“1” (整體消元)。
接着“發現差異”:比較兩個狀态的差異,發現目标狀态含有“xy+2y”,它與條件中的式子“x+2xy+4y”比較接近,但又不盡相同。
下面來“構造相同”:先将系數變得相同,這将“xy +2y”乘以2,即可變成條件中式子的一部分“2xy +4y”。再配上x,就可利用條件,整體式子換成1(消元)。于是想到下面的變形:
x²+xy-x+2y=[2x²+(2xy+4y+x)-3x]/2=(2x²-3x+1)/2。
至此,問題已被轉化為求(2x²-3x+1)/2的極小值,而這個問題是“已經”解決了的,故可實施解題方案。詳細解答留給讀者完成。
上面的分析過程告訴我們,解題的關鍵在于那種構造性的湊配,而這種湊配來源于對條件與結論間的差異的認識,隻要想到“構造相同”,以利用條件,解題便水到渠成。
顯然,在上面的分析過程中,我們隻進行了一個“循環”,就發現了解法,這是一個較易分析的例子。而且,一旦掌握了這種分析的本質,解題過程還可簡化。
實際上,我們隻須将條件式變形為xy+2y=(1-x)/2,然後代入所求極值的式子即可。這種局部性的構造,來源于對局部差異的認識。
例2、對一切實數x、y,有f(x+y)=f(x)+f(y),f(1)=1,讨論f(x)的奇偶性。
【分析與解】 先明确目标:本題的目标是證明f(-x)=f(x);或證明f(-x)=-f(x);或以上兩式同時成立;或找到反例,說明以上兩式均不成立。
現在來尋找條件:題給條件為
f(1)=1,且f(x+y)=f(x)+f(y) ①
由于目标有多種可能,我們希望利用條件,否定其中一些可能,使目标變得更具體,這隻須找一個符合①的特殊函數來試驗。
取f(x)=x,此時f(x)為奇函數。又f(1)=1,從而f(1)不恒為0,不可能是“既奇又偶”函數。由此可知,我們的目标是,證明或否定
f(-x)=-f(x)。 ②
下面發現差異:觀察①與②,發現它們的差異是,目标②中不含y而含有“-x”。這樣,不難想到“構造相同”的方法是,在①中令y=-x。
于是,由①得f(0)=f(x)+f(-x) ③
繼續發現差異:再比較②與③,為了便于發現差異,我們把②改寫為0 =f(x)+f(-x)。
至此,問題已發生轉化,目标已變為證明或否定f(0)= 0。
現在進一步發現差異:再觀察條件①,發現⑤與①的差異是,⑤中不含x、y,于是,可在①中令x=y=0來消除差異,實現目标⑤。
于是,由①,得f(0)=f(0)+f(0),故 f(0)=0。
至此,問題已被解決,詳細解答留給讀者完成。
顯然,本題的分析過程中,進行了多個子循環:“明确目标,發現差異,構造相同”。
有話要說...