一道高中數(shù)學(xué)預(yù)賽試題的多解探究及推廣

貴州師范大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院 (550025) 劉遠(yuǎn)桃

1.試題呈現(xiàn)

分析：這是2022年全國(guó)高中數(shù)學(xué)聯(lián)賽江西賽區(qū)預(yù)賽試題中的一道根式函數(shù)求最大值問(wèn)題.我們知道根式函數(shù)不易直接求得最值，解題思路可以分為兩個(gè)，一個(gè)是對(duì)式子化簡(jiǎn)、變形，湊出“xy+yz+zx”項(xiàng)，從而將條件式子整體代入得到最大值；另一個(gè)是通過(guò)換元將原式有理化，或者將其變得更具特點(diǎn)，從不等式的角度進(jìn)行求解.因此，如何將函數(shù)表達(dá)式化簡(jiǎn)和變形，將問(wèn)題化歸和轉(zhuǎn)化，成為解答此題的關(guān)鍵.

2.試題解析

評(píng)注：此解法利用換元法將根式函數(shù)有理化，再借助不等式知識(shí)，求出最大值.

評(píng)注：此解法通過(guò)“先設(shè)后求”思想，將最值問(wèn)題轉(zhuǎn)化為不等式問(wèn)題，利用基本不等式，求得最大值.

評(píng)注：此解法通過(guò)“先設(shè)后求”思想，將最值問(wèn)題轉(zhuǎn)化為不等式問(wèn)題，利用算術(shù)平均數(shù)與冪平均數(shù)之間的關(guān)系，求得最大值.

評(píng)注：此解法通過(guò)換元法將問(wèn)題轉(zhuǎn)化，再利用函數(shù)的切線性質(zhì)，求得最大值.

評(píng)注：此解法通過(guò)換元法將問(wèn)題轉(zhuǎn)化，再利用函數(shù)凹凸性和琴生不等式，求得最大值.

一題多解是建立在扎實(shí)的數(shù)學(xué)知識(shí)、深刻的理解問(wèn)題核心和掌握豐富的解題策略基礎(chǔ)上的，可以培養(yǎng)和加強(qiáng)學(xué)生的全面分析問(wèn)題的能力、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和數(shù)學(xué)思維能力[1].通過(guò)上述六個(gè)視角的六種解法，體現(xiàn)了一題多解思維，同時(shí)將函數(shù)最值問(wèn)題與不等式相結(jié)合，尋得更多的解題思路，體現(xiàn)了化歸與轉(zhuǎn)化思想.

3.試題推廣

1.一般化：即對(duì)不等式中所含數(shù)字一般化.

2.增元：即改變不等式中未知數(shù)的個(gè)數(shù).

3.變冪：即改變不等式中未知數(shù)的冪.

4.加權(quán):即改變不等式的結(jié)構(gòu)形式.

數(shù)學(xué)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬓裕岢按竽懖孪耄⌒那笞C”.利用柯西不等式可以證明推廣1、2、3、4；利用琴生不等式可以證明推廣5和推廣6；而推廣7的證明則是另外的思路.下面例舉推廣1、推廣5和推廣7的證明過(guò)程，其他推廣的證明不再敘述.

推廣是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)研究和數(shù)學(xué)發(fā)展的重要手段和途徑.在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，推廣可以加強(qiáng)對(duì)觀察、分析、比較、綜合、概括、歸納、類比和發(fā)現(xiàn)能力以及創(chuàng)新意識(shí)等的培養(yǎng)；在數(shù)學(xué)研究中，推廣可以加深對(duì)問(wèn)題本身的認(rèn)識(shí)和理解，可以產(chǎn)生新問(wèn)題和新方法；在數(shù)學(xué)發(fā)展中，推廣可以引導(dǎo)數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)，可以產(chǎn)生新定理和新理論.