2022考前冲刺数学第二部分方法二换元法突破.docx

方法二、换元法突破
解数学题时，把某个式子看成一个整体，用一个变量去代替它，从而使问题得到简化，这叫换元法。换元的实质是转化，关键是构造元和设元，理论依据是等量代换，目的是变换研究对象，将问题移至新对象的知识背景中去研究，从而使非标准型问题标准化、复杂问题简单化，变得容易处理。

它可以化高次为低次、化分式为整式、化无理式为有理式、化超越式为代数式，在研究方程、不等式、函数、数列、三角等问题中有广泛的应用。
换元的方法有：局部换元、三角换元、均值换元等。局部换元又称整体换元，是在或者未知中，某个代数式几次出现，而用一个字母来代替它从而简化问题，当然有时候要通过变形才能发现。例如解不等式：4＋2－2≥0，先变形为设2＝t〔t>0〕，而变为熟悉的一元二次不等式求解和指数方程的问题。

我们使用换元法时，要遵循有利于运算、有利于标准化的原那么，换元后要注重新变量范围的选取，一定要使新变量范围对应于原变量的取值范围，不能缩小也不能扩大。如上几例中的t>0和α∈[0,]。
例1. 实数x、y满足4x－5xy＋4y＝5 〔 ①式〕 ，设S＝x＋y，求＋的值。
【分析】 由S＝x＋y联想到cosα＋sinα＝1,于是进行三角换元，设代入①式求S和S的值。
此种解法后面求S最大值和最小值，还可由sin2α＝的有界性而求，即解不等式：||≤1。这种方法是求函数值域时经常用到的“有界法〞。
【另解】 由S＝x＋y，设x＝＋t，y＝－t，t∈[－，]，
那么xy＝±代入①式得：4S±5=5，
移项平方整理得 100t+39S－160S＋100＝0 。

和“均值换元法〞类似，我们还有一种换元法，即在题中有两个变量x、y时，可以设x＝a＋b，y＝a－b，这称为“和差换元法〞，换元后有可能简化代数式。此题设x＝a＋b，y＝a－b，代入①式整理得3a＋13b＝5 ，求得a∈[0,]，所以S＝(a－b)＋(a＋b)＝2(a＋b)＝＋a∈[,]，再求＋的值。
例2． △ABC的三个内角A、B、C满足：A＋C＝2B，＋＝－，求cos的值。
【分析】 由“A＋C＝2B〞和“三角形内角和等于180°〞的性质，可得 ；由“A＋C＝120°〞进行均值换元，那么设 ，再代入可求cosα即cos。
【解】由△ABC中A＋C＝2B，可得 ,
由A＋C＝120°，设，代入等式得：＋＝＋＝＋＝＝＝－2,
解得：cosα＝， 即：cos＝。
【另解】由A＋C＝2B，得A＋C＝120°，B＝60°。所以＋＝－
＝－2，设＝－＋m，＝－－m ，

cosA＋cosC＝2coscos＝cos＝，
cosA－cosC＝－2sinsin＝－sin＝，
即：sin＝－，＝－，代入sin＋cos＝1整理得：3m－16m－12＝0,解出m＝6，代入cos＝＝。
【注】 此题两种解法由“A＋C＝120°〞、“＋＝－2〞分别进行均值换元，随后结合三角形角的关系与三角公式进行运算，除由想到均值换元外，还要求对三角公式的运用相当熟练。假设未想到进行均值换元，也可由三角运算直接解出：由A＋C＝2B，得A＋C＝120°，B＝60°。所以＋＝－＝－2，即cosA＋cosC＝－2cosAcosC，和积互化得：
2coscos＝－[cos(A+C)＋cos(A-C)，即cos＝－cos(A-C)＝－(2cos－1)，整理得：4cos＋2cos－3＝0,
解得：cos＝
y , , － x
例3. 设a>0，求f(x)＝2a(sinx＋cosx)－sinx·cosx－2a的最大值和最小值。
【解】 设sinx＋cosx＝t，那么t∈[-,]，由(sinx＋cosx)＝1＋2sinx·cosx得：sinx·cosx＝
∴ f(x)＝g(t)＝－(t－2a)＋ 〔a>0〕，t∈[-,]
t＝-时，取最小值：－2a－2a－
当2a≥时，t＝，取最大值：－2a＋2a－ ；
当0<2a≤时，t＝2a，取最大值： 。
∴ f(x)的最小值为－2a－2a－，最大值为。

一般地，在遇到题目和未知中含有sinx与cosx的和、差、积等而求三角式的最大值和最小值的题型时，即函数为f(sinx±cosx，sinxcsox)，经常用到这样设元的换元法，转化为在闭区间上的二次函数或一次函数的研究。
例4. 设对所于有实数x，不等式xlog＋2x log＋log>0恒成立，求a的取值范围。

例5. ＝，且＋＝ (②式)，求的值。
【解】 设＝＝k，那么sinθ＝kx，cosθ＝ky，且sinθ＋cosθ＝k(x+y)＝1,代入②式得： ＋＝＝ 即：＋＝
设＝t，那么t＋＝ , 解得：t＝3或∴＝±或±
【另解】 由＝＝tgθ，将等式②两边同时除以，再表示成含tgθ的式子：1＋tgθ＝＝tgθ，设tgθ＝t，那么3t—10t＋3＝0，
∴t＝3或， 解得＝±或±。
【注】 第一种解法由＝而进行等量代换，进行换元，减少了变量的个数。第二种解法将变形为＝，不难发现进行结果为tgθ，再进行换元和变形。两种解法要求代数变形比较熟练。在解高次方程时，都使用了换元法使方程次数降低。
例6. 实数x、y满足＋＝1，假设x＋y－k>0恒成立，求k的范围。
【分析】由条件＋＝1，可以发现它与a＋b＝1有相似之处，于是实施三角换元。
【解】由＋＝1，设＝cosθ，＝sinθ，
即： 代入不等式x＋y－k>0得：
3cosθ＋4sinθ－k>0，即k<3cosθ＋4sinθ＝5sin(θ+ψ)
所以k<-5时不等式恒成立。
【注】此题进行三角换元，将代数问题〔或者是解析几何问题〕化为了含参三角不等式恒成立的问题，再运用“别离参数法〞转化为三角函数的值域问题，从而求出参数范围。一般地，在遇到与圆、椭圆、双曲线的方程相似的代数式时，或者在解决圆、椭圆、双曲线等有关问题时，经常使用“三角换元法〞。
y xx＋y－k>0
k 平面区域

此题另一种解题思路是使用数形结合法的思想方法：在平面直角坐标系，不等式ax＋by＋c>0 (a>0)所表示的区域为直线ax＋by＋c＝0所分平面成两局部中含x轴正方向的一局部。此题不等式恒成立问题化为图形问题：椭圆上的点始终位于平面上x＋y－k>0的区域。即当直线x＋y－k＝0在与椭圆下部相切的切线之下时。当直线与椭圆相切时，方程组有相等的一组实数解，消元后由△＝0可求得k＝－3,所以k<-3时原不等式恒成立。
【专题训练】
1.y＝sinx·cosx＋sinx+cosx的最大值是_________。
2.设f(x＋1)＝log(4－x) 〔a>1〕，那么f(x)的值域是_______________。
3.数列{a}中，a＝－1，a·a＝a－a，那么数列通项a＝___________。
4.设实数x、y满足x＋2xy－1＝0，那么x＋y的取值范围是___________。
5.方程＝3的解是_______________。
6.不等式log(2－1) ·log(2－2)〈2的解集是_______________。
【简解】1小题：设sinx+cosx＝t∈[－,]，那么y＝＋t－，对称轴t＝－1，当t＝，y＝＋；
2小题：设x＋1＝t (t≥1)，那么f(t)＝log[-(t-1)＋4]，所以值域为(－