高考数学命题的新视角-类比推理题

高考数学命题的新视角——类比推理题泉州五中数学组赵志毅类比是常见而重要的一种数学思想方法，它是指在新事物与已知事物之间的某些方面作类似的比较，把已经获得的知识、方法、理论迁移到新事物中，从而解决新问题。类比不仅是一种富有创造性的方法，而且更能体现数学的美感。（一）不同知识点之间的类比数学中的不同知识点在教材中是相对分散的，知识点之间的联系需要教师通过自己的数学设计展示给学生，从而使得学生的概念图网络更加丰富和结构化。它不仅可以在知识复习中使用，也可以在新知识的学习中进行。1、立体几何中的类比推理【例『】若从点O所作的两条射线OM、ON上分别有点M］、M2与点N］、N2，则三角TOC\o"1-5"\h\zSOMON形面积之比为：严片=11若从点O所作的不在同一个平面内的三条射线OP、SOMON叫竹22OQ和OR上分别有点P1、P2与点Q1、Q2和R1、R2，则类似的结论为：。VOVO—PQR~1F1VO—P2Q2R2-（证明略）-（证明略）-1—OPOQOR评注本题主要考查由平面到空间的类比。要求考生由平面上三角形面积比的结论类比得出空间三棱锥体积比的相应结论。【例2】在ADEF中有余弦定理：DE2=DF2+EF2一2DF-EFcosZDFE.拓展到空间，类比三角形的余弦定理，写出斜三棱柱ABC—£BU的3个侧面面积与其中两个侧面所成二面角之间的关系式，并予以证明。【分析】根据类比猜想得出S2=S2+S2—2S-Scos9.其中9为AA1C1CABB1A1BCC1B1ABB1A1BCC1B1侧面为ABBA与BCCB所成的二面角的平面角。1111证明：作斜三棱柱ABC—ABC的直截面DEF，则ZDFE为面ABBA与面BCCB1111111所成角，在ADEF中有余弦定理：DE2=DF2+EF2—2DF-EFcosZ9，同乘以AA2，1得

DE2・AA2=DF2・AA2+EF2・AA2一2DF・AA・EF・AAcosZ011111即S2=S2+S2一2S・Scos0・AA1C1CABB1A1BCC1B1ABB1A1BCC1B1评注本题考查由平面三角形的余弦定理到空间斜三角柱的拓展推广，因为类比是数学发现的重要源泉，因此平时的教学与复习中更要注意类比等思想方法的学习。【例3】在平面几何中有“正三角形内任一点到三边的距离之和为定值”，那么在立体几何中有什么结论呢？解析“正三角形”类比到空间“正四面体”，“任一点到三边距离之和”类比到空间为“任一点到四个面的距离之和”，于是猜想的结论为：正四面体内任一点到其各面距离之和为定值。如图1,设边长为a的正三角形ABC内任P到其三边的距离分别为d、d、d,123将AABC分割成三个小三角形AAPB,ABPC,AAPC，则有—(d+d+d)=S123AABC即距离之和为正三形的高（定值）。类似地，如图2,设棱长为a的正四面体A-BCD内任一点PA-BCD内任一点P到四个面的距离分别为1234D【例4】在平面几何中，有勾股定理：设AABC的两边AB、AC互相垂直，则AB2+AC2=BC2。拓展到空间，类比平面几何的勾股定理，研究三棱锥的侧面面积与底面面积间的关系，可得出的正确结论是：“设三棱锥A-BCD的三个侧面ABC、ACD、ADB两两互相垂直，则。”答案为S2+S2+S2=S2°AABCAACDAADBABCD类比不仅可以提供探求新背景下结论的思路，而且也为寻求结论的证明提供方法上的指导。将平面图形中的三角形与立体图形中的多面体进行类比，使不同数学分支之间的知识得到了巧妙的沟通，也使解题过程得到美化，让人有意犹未尽却又顺理成章的感觉。2、解析几何中的类比推理【例5】已知两个圆：X2+y2二1①与x2+(y—3)2二1②，则由①式减去②式可得上述两圆的对称轴方程，将上述命题在曲线仍为圆的情况下加以推广，既要求得到一个更一般的命题，而已知命题要成为所推广命题的一个特例，推广的命题为【分析】将题设中所给出的特殊方程①、②推广归纳到一般情况：设圆的方程为(X—a)2+(y—b)2二r2③与(x—c)2+(y—d)2二r2④，其中a丰c或b丰d，则由③式减去④式可得两圆的对称轴方程。评注本题通过类比推广，可以由特殊型命题直接归纳概括出一般型命题。3、数列中的类比推理【例6】定义“等和数列”：在一个数列中，如果每一项与它的后一项的和都为同一个常数，那么这个数列叫做等和数列，这个常数叫做该数列的公和。已知数列｛a｝，是等和n数列，且％=2，公和为5,那么a的值为，这个数列的前n项和S的计算公TOC\o"1-5"\h\z118n式为。【分析】由等和数列的定义，易知a—2,a—3(〃=1,2,...),故a=3-2n—12n18551当n为偶数时，S—n；当n为奇数时，S—n一^.n2n22评注本题以“等和数列”为载体，解决本题的关键是课本中所学的等差数列的有关知识及其数学活动的经验，本题还考查分类讨论的数学思想方法。4、函数中的类比推理【例7】设函数f(x)—-，利用课本中推导等差数列前n项和公式的方法，可2x+12求得f(—5)+f(—4)+…+f(0)+…+f(5)+f(6)的值。【分析】此题得用类比课本中推导等差数列前n项和公式的倒序相加法，观察每一个因式的特点，尝试着计算f(x)+f(1—x):

・・・f(x)1,f(1・・・f(x)1,f(1-x)—亠=2；=娶21-x+y/22+\2•2x%■'2+2x2x2x+、：21+~2°2x・・・f(x)+f(1-x)=「2门「七发现f(x)+f(1—x)正好是个定值，•：2S——2~x12，•:S=31：2.评注此题依据大纲和课本，在常见中求新意，在平凡中见奇巧，将分析和解决问题的能力的老本放在了突出的位置。本题通过弱化或强化条件与结论，揭示出它与某类问题的联系与区别并变更出新的命题。这样，通过从课本出发，无论是对内容的发散，还是对解题思维的深入，都能收到固本拓新之用，收到“秀枝一株，嫁接成林”之效，从而有效于发展学生创新的思维。5、排列组合中的类比推理已知数列｛a｝(n为正整数)的首项为①，公比为的已知数列｛a｝(n为正整数)的首项为①，公比为的q等比数列。n1求和：(1)aC0-aCi+aC2;(2)aC0-aCi+aC2-aC3.12223213233343由(1)的结果，归纳概括出关于正整数n的一个结论，并加以证明。1)2)分析】本题由(1)的结论，通过大胆猜测，归纳猜想出一般性的结论：1)aC0—aC1+aC2—a—2aq+aq2—a(1—q)2,1222321111aC0—aC1+aC2—aC3—a—3aq+3aq2—aq3—a(1—q)3.1323334311111(2)归纳概括的结论为：若数列｛a｝是首项为a〔，公比为q的等比数列，则n1aC0—aC1+aC2—aC3++(—1)naCn—a(1—q)n.(证明略)1n2n3n4nn+1n1评注本题主要考查探索能力、类比归纳能力与论证能力，突出了创新能力的考查；通过抓住问题的实质，探讨具有共同的属性，可以由特殊型命题直接归纳概括出一般型命题。6、新定义、新运算中的类比【例9】若记号“*”表示两个实数a与b的算术平均的运算，即a*b—竺+纟，贝I」两边均含有运算符号“*”和“+”，且对于任意3个实数a，b，c都能成立的一个等式可以是。【分析】由于本题是探索性和开放性问题，问题的解决需要经过一定的探索过程，并且a+b答案不惟一。这题要把握住a*b——，还要注意到试题的要求不仅类比推广到三个数，而且等式两边均含有运算符号“*”和“+”，则可容易得到a+(b*c)=(a+b)*(a+c).正确的结论还有：(a*b)+c—(a*c)+(b*c),(a*b)+c—(b*a)+c等。

【例10】对于直角坐标平面内的任意两点A®人）、BW，叮，定义它们之间的一种“距离”||AB||Tx-xI+1y-丁21.给下列三个命题：①若点C线段AB上，则IIAC+||CB||=||AB||；②在AABC中，若ZC二90。，贝ijllAC2+||CBF=||AB||2；③在aabc中，IIAC+||cB||>IIABI|.其中真命题的个数为()A.0B.1C.2D.3【分析】对于直角坐标平面内的任意两点A®人）、Bq，y2）定义它们之间的一种'距离”：IIABII=1x-xI+1y-yI①若点C在线段AB上，设C点坐标为(x,y)，x在x、21210001x之间，y在y、y之间，则2012=|ac||+||cb||=|=|ac||+||cb||=|1+|y0-yj+lx-x20出y2-yJ=1l+^2-y」=1IAB.③在AABc中IACI+llCBI=lx0-xJ+ly0-yJ+lx2-xJ+ly2-yJ>l(x0一x1)+(x2-01)I+1(y0-y1)+(y2-y°)|=lx2-xJ十|y2-y」=IIABII01・•・命题①成立，命题③错误。而命题②在在aabc中，若则HACI2+||CB||2=|IABII2明显不成立，选B。【例11】设P是一个数集，且至少含有两个数，若对任意a、beP，都有a+b、a-b、ab、eP（除数b主0）则称P是一个数域，例如有理数集Q是数域，数集bF={a+b叮21a，beQ}也是数域。有下列命题:整数集是数域；若有理数集Q匸M,则数集M必为数域;数域必为无限集；存在无穷多个数域。其中正确的命题的序号。（把你认为正确的命题的序号都填上）4【分析】①错。4,5是整数，但5=0.&0.8不是整数。②错。设M由有理数集合Q和元素兀组成，则1,兀wM，但是1+兀不属于M。③正确。设a、beP，其中一个必定不等于零，设a主0，则a—a=0，所以0eP,-=1所以1eP，所以a0—1=—1,—1—1=—2,—2一1=—3，^.所有负整数都属于P,而负整数有无穷多个，所以③正确。④正确。把数域F二｛a+b』2la，beQ｝中的心2改为“訂，违，门，…，仍是数域,有无穷多个。故应填③④。（二）数学知识与实际生活问题的类比学生在处理常规数学问题时较易上手，而对有生活背景的问题则“怵”。数学知识与生活问题本身存在这样那样的联系，如果注意挖掘，那么对于培养学生的应用意识是十分有利的。【例12】从1楼到2楼总共有20级台阶，如果规定每步只能跨上一级或二级，问从1楼爬上2楼共有几种不同的走法？解析这是生活中常见的一个问题，直接思考觉得走法太多，所以思考这个问题能否在数学中找到相应的模型，记上第i级台阶共有f种方法，若想上第20级台阶，则可从第18级i跨两级或从第19级跨一级而到达，所以f=f+f，类似地f=f+f，…201819191718f二f+f.注意到f二1,f二2，运用以上递推关系（斐波那契数列），逐项计算得1212f二10946，那上2楼共有10946种方法。20生活中的不少问题往往可以找到其数学根源，通过思考将这种联系（数学模型）挖掘出来，就把生活中的问题与数学知识、方法进行了类比，有意识在引导或发现这种思考方法有利于增加学生的数学应用意识和解决实际问题的能力。（三）结束语讲解双曲线的性质时常用椭圆的性质来类比，讲解等比数列的时候用等差数列来类比不仅数学知识如此，实际上惠更斯提出的波动说，就是与水波、声波类比而受到的启发。英国医生詹纳发现的种牛痘可以预防天花，就是从挤奶女工感染了牛痘而不患天花中得到启发，从树叶的锯齿形状发明了锯，从雄鹰的飞起到制造飞机上天等，总之，类比思想方法博大精深，能够收到严格逻辑推理所不能达到的效果，它能提高人们的数学素质，改善思维品质，既富有创造性，又让人产生柳暗花明又一村的美感。导数的运用（福建泉州五中赵志毅）1．某地政府为科技兴市，欲将如图所示的一块不规则的非农业用地规划建成一个矩形高科技工业园区，已知AB丄BC,OA〃BC,且AB=