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名師系列|雙絕對(duì)值問題的新認(rèn)識(shí)

 FX_WBQ 2019-10-01

作者:金曉江

男,中學(xué)一級(jí)教師,研究方向:初等數(shù)學(xué),紹興魯迅中學(xué)任教,柯橋區(qū)百名優(yōu)秀青年教師,在《中學(xué)數(shù)學(xué)雜志》,《中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)》,《數(shù)學(xué)教學(xué)通訊》《數(shù)學(xué)通訊》等期刊發(fā)表多篇論文。

一、文章摘要

浙江高考、學(xué)考對(duì)絕對(duì)值函數(shù)的考查素來情有獨(dú)鐘,熱度可謂持續(xù)不減。絕對(duì)值的應(yīng)用本身就是一個(gè)重要的數(shù)學(xué)概念,眾多文獻(xiàn)資料對(duì)絕對(duì)值問題的處理方法列舉頗多,層出不窮,本文從另外的視角,對(duì)雙絕對(duì)值問題帶來新的認(rèn)識(shí)。

二、試題呈現(xiàn)

2018 年8 月浙江20 校聯(lián)考填空題壓軸題(第17 題)
筆者在閱卷的過程中,發(fā)現(xiàn)得分率幾乎為零。在與學(xué)生的交流中發(fā)現(xiàn),此題對(duì)學(xué)生而言,有一種最熟悉的陌生人的感覺。熟悉的是題目條件又是絕對(duì)值形式,問題也是熟悉的最值嵌套問題,陌生的則是此題該如何下手,如何成功地破解題中的雙絕對(duì)值。
三、常規(guī)解法

這道題主要考查的是雙絕對(duì)值函數(shù)最值的求解,考驗(yàn)學(xué)生的閱讀理解能力,轉(zhuǎn)化能力,對(duì)絕對(duì)值不等式的理解與應(yīng)用的能力。下面筆者先談?wù)勥@個(gè)試題的常規(guī)解法:
如何處理這兩個(gè)絕對(duì)值呢,有以下的三種視角:

視角一:利用絕對(duì)值三角不等式

解法1:由二次函數(shù)的性質(zhì)可知

視角二:以形助數(shù),利用圖像處理絕對(duì)值函數(shù)值域

視角三:利用絕對(duì)值的幾何意義

點(diǎn)評(píng):以上三種方法應(yīng)該說是解決絕對(duì)值函數(shù)問題最基本的手段,三種方法核心之處在于都用了一個(gè)重要恒等式 |a|+|b|=max{|a+b| ,|a-b|},其本質(zhì)是把兩個(gè)絕對(duì)值問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)絕對(duì)值問題進(jìn)行研究,自然可以從絕對(duì)值函數(shù)圖象與值域,絕對(duì)值三角不等式,以及絕對(duì)值的幾何意義等方面思考,水到聚成。

四、新的解法

如前解法,我們習(xí)慣于利用降維的思想,將兩個(gè)絕對(duì)值減為一個(gè)絕對(duì)值,其實(shí)兩個(gè)絕對(duì)值之和結(jié)構(gòu)本身也具有良好的幾何意義。筆者仍從三個(gè)不同的幾何視角給出新的認(rèn)識(shí)。

視角四:我們知道在線性規(guī)劃里|x|+|y|=1是一個(gè)對(duì)角線長(zhǎng)度為2的正方形,那么|x|+|y|=k呢?顯然可以當(dāng)成對(duì)角線長(zhǎng)度為2k的,并隨著k 的變化可以縮放的正方形。

同樣的方法我們可以巧妙而快速地解決2017 年浙江金華十校模擬卷中的填空壓軸題,如下:

再比如2018 紹興市高一第二學(xué)期期末卷中選擇題壓軸題,如下:

視角五:兩個(gè)絕對(duì)值之和除了幾何意義可以表示為四邊形外,還有什么其他意義呢?其實(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中也有它的背景-----曼哈頓距離i

點(diǎn)評(píng):本解法將目標(biāo)式子視為“曼哈頓距離”的視角非常精巧,后面兩動(dòng)問題的處理也順理成章,但分類討論的能力要求較高。如果只是填空題,不少學(xué)生和老師會(huì)直接取臨界狀態(tài),雖然少了解法中的嚴(yán)格說明過程,但也不失為一種巧解。

其實(shí)“曼哈頓距離”在高考中出現(xiàn)很多次,甚至可以有更多的形態(tài),包含了很多變形與創(chuàng)造,形如2014 江西高考理科第11 題。

2014 年的浙江高考理科第10 題,“曼哈頓距離”若隱若現(xiàn)。

視角六:分拆函數(shù),V 型函數(shù)開路

點(diǎn)評(píng):本解法是用動(dòng)靜分離的手段,將不等關(guān)系轉(zhuǎn)化為兩個(gè)函數(shù)圖象的位置問題。尤其是兩動(dòng)問題,“一定一動(dòng),先定后動(dòng),逐步調(diào)整”的原則更是重要。
五、解后反思

新的視角呈現(xiàn)的三種解法,也是對(duì)兩個(gè)絕對(duì)值處理的一種新的理解。從此題的探究過程中,我們有這樣的認(rèn)識(shí),雙絕對(duì)值直接理解就是兩個(gè)點(diǎn)之間的曼哈頓距離,若是換一個(gè)視角那么雙絕對(duì)值的幾何意義可以認(rèn)同為正方形的對(duì)角線長(zhǎng)度。我們?cè)诮忸}中若是從不同視角多樣化處理,那么我們的問題會(huì)變得層次分明,更有意思,我們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣也會(huì)被更好地激發(fā)。

浙江高考《考試說明》明確指出高考試題對(duì)學(xué)生的個(gè)性品質(zhì)提出了要求。何謂個(gè)性品質(zhì)?個(gè)性品質(zhì)是指學(xué)生個(gè)體的情感,態(tài)度和價(jià)值觀,提高學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,樹立學(xué)好數(shù)學(xué)的信心,形成鍥而不舍的鉆研精神和科學(xué)態(tài)度。具有一定的數(shù)學(xué)視野,逐步認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)的科學(xué)價(jià)值、應(yīng)用價(jià)值和文化價(jià)值,形成批判性的思維習(xí)慣,崇尚數(shù)學(xué)的理性精神,體會(huì)數(shù)學(xué)的美好意義。

筆者認(rèn)為,作為教師,我們首先要自己打開解題的思維,在教學(xué)過程中盡可能增加一些視角,方能在課堂上引導(dǎo)我們的學(xué)生去嘗試用不同的眼光審視數(shù)學(xué)的問題,感受數(shù)學(xué)解題過程中的樂趣,思考哪種思維方式更適合自己,從而塑造自己獨(dú)特的個(gè)性品質(zhì)。

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