摘?要:模式化是一種常用的數(shù)學(xué)方法,也是一種有效的思維策略。所謂模式化,就是通過建立解決問題的模式,或運(yùn)用原有解題模式解決新問題的方法。比如,分類加法計數(shù)原理和分步乘法計數(shù)原理就是解決計數(shù)問題的常用數(shù)學(xué)模型。因此,運(yùn)用模式化方法解題本質(zhì)上就是建立模式或運(yùn)用模式。模式化的解題策略體現(xiàn)了化歸的思想方法,有時是化生為熟,有時則分解為簡單的、基本的問題。同時,它還是類比、聯(lián)想等思維活動得以展開的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:模式化;解題;數(shù)學(xué)
一、 模式識別,直接運(yùn)用模型
例1?停車場內(nèi)某排共有10個車位,現(xiàn)有6輛汽車停放在這些車位上,有且僅有3個相鄰的車位是空位的排法有多少種?
分析:根據(jù)題意,可將相鄰的3個空位捆綁起來,作為一個空位,這樣,就可以先將6輛汽車排成一排,再將兩個空位插入空檔,故共有A66A27種排法。
評注:根據(jù)題設(shè)條件,可自然地想到處理相鄰和不相鄰問題的排列模型:捆綁法和插空法。
例2?定義:max{a,b}表示a,b中的較大者。設(shè)函數(shù)f(x)=max{1-x,1+x},g(x)=|x2+k|,若函數(shù)y=f(x)-g(x)恰有4個零點(diǎn),則實數(shù)k的取值范圍是????。
分析:f(x)=max{1-x,1+x}?g(x)=|x2+k|(k∈R)恰有4個零點(diǎn),
當(dāng)k=54時,f(x)與g(x)相切。如圖,
結(jié)合圖形:則k的取值范圍(-∞,-1)∪1,54。
評注:根據(jù)本題題設(shè),可以發(fā)現(xiàn)問題即為函數(shù)的零點(diǎn)問題,處理辦法即為數(shù)形結(jié)合,屬于典型的函數(shù)與方程模型。
二、 變換轉(zhuǎn)化,創(chuàng)造條件運(yùn)用模型
例3?已知(x2-x+1)5=a0+a1(x+1)+a2(x+1)2+…+a10(x+1)10,
求a0+a2+a4+a6+a8+a10和a1+a3+a5+a7+a9的值。
分析:聯(lián)想到處理二項展開式的系數(shù)和、奇數(shù)項與偶數(shù)項的系數(shù)和等問題的解題模式:通過賦值,使字母因式的值為1或-1,構(gòu)造關(guān)于系數(shù)和,或奇(偶)項系數(shù)和的思想,自然可以考慮在已知恒等式中分別令x=0與x=-2,得到a0+a1+a2+…+a10=1,a0-a1+a2-…+a10=75,兩式相加,可得a0+a2+a4+a6+a8+a10=12(75+1)=8404。兩式相減,可得a1+a3+a5+a7+a9=12(1-75)=-8403。
評注:本題通過聯(lián)想類似模型,揭示兩者關(guān)系,利用已有模型的操作方法獲得解題思路。
三、 結(jié)構(gòu)分析,建立新的模型
例4?如圖所示,從A處沿街道走到B處,要求所走路程最短,共有多少種不同的走法?
分析:如果用枚舉的方法進(jìn)行分類研究,由于種類較多顯得較為煩瑣,而且這樣的模式難以推廣到一般情形。
注意到在按題目要求從A走到B的過程中,需要走東西方向4段街道,南北方法5段街道,不同走法的區(qū)別就在于所走9段街道中的哪幾個步驟走東西路,于是共有走法種數(shù)為C49。
評注:這個問題的解法可以一般化(即模式化):如東西n條街道,南北m條街道,則走法種數(shù)為Cn-1m+n-2。
例5?正四面體的各頂點(diǎn)為A1,A2,A3,A4,進(jìn)入某頂點(diǎn)的動點(diǎn)x不停留在同一頂點(diǎn)上,每隔1秒鐘向其他三個頂點(diǎn)以相同的概率移動。n秒后x在Ai(i=1,2,3,4)的概率用Pi(n)(n=0,1,2,…)表示當(dāng)P1(0)=14,P2(0)=12,P3(0)=18,P4(0)=18時,求Pi(n)(n=0,1,2,…)。
分析:根據(jù)題意,我們可以考慮構(gòu)造數(shù)列模型研究這個問題,并應(yīng)該從遞推關(guān)系上著手探索。為此,我們先考慮P1(n)的遞推關(guān)系。
解:依題意,P1(n+1)=13P2(n)+13P3(n)+13P4(n),又因為n秒后動點(diǎn)x一定在A1,A2,A3,A4中的某個頂點(diǎn)上,所以P1(n)+P2(n)+P3(n)+P4(n)=1,于是有P1(n+1)=13[1-P1(n)]。
所以P1(n+1)-14=-13P1(n)-14,即數(shù)列P1(n)-14是以-13為公比的等比數(shù)列,注意到P1(0)=14,可得P1(n)=14。
用同樣的方法,可求得P2(n)=141+(-13)n,P3(n)=P4(n)=14-18-13n。
評注:本題關(guān)鍵在于抓住遞推的特征,構(gòu)造了數(shù)列模型溝通了相鄰項之間的關(guān)系,實現(xiàn)了實際問題的數(shù)學(xué)化。同時,我們還可看到,對遞推數(shù)列,我們也通過變形,構(gòu)造了等比數(shù)列模型,使得數(shù)學(xué)問題得到解決。
作者簡介:
駱國峰,江蘇省鎮(zhèn)江市,江蘇省大港中學(xué)。