中学数学中的“化归”是RMI原则的表现形式,RMI原则是在数学中常用的思想,即“关系、映射、反演”原则。说明如下:
令
表示一组原象的关系结构,包括待定原象 。 表示一种映射,假定 被映成映象关系结构 ,其中包含未知原象 的映象 。确定 ,则通过逆映射 确定其它内容。工程技术用此原则会选映射
确定 ,通过反演寻找目标对象 。本文从数学角度研究RMI原则的应用。我国当代数学家徐利治先生在《数学方法论选讲》中陈述了这一原理:给定一个含有目标原象
的关系结构系统 ,如果能找到一个可定映映射 ,将 映入 ,则从 通过一定的数学方法把目标映象 确定出来。步骤为:关系——映射——定映——反演——得解。相关概念如下:数学对象:表述为数学概念的个体。如:数、量、数烈、向量、变数、函数等。
关系结构:数学对象的集合,数学关系指数学对象间确切定义的关系。
映射:在两个数学集合的元素间建立一种“对应关系”,就是一个映射。
定义阐述:
使一个映射,把集合 中的元素映入集合 , 表示 的映象, 是原象,可记作: 若
是一个关系结构, 能将 映满 ,则 , 为映象关系结构。若 中包含一个位置性状的对象 ,则 为目标原象,在映射 的作用下, 成为目标映象。函数法、换元法、参数法、构造法等都属于RMI原则的表现形态。下面我们具体看集中表现形态:
(一)变量待换:是一种简单的RMI原则过程,在讨论变量
时,可用 得到新变量 ,用 代回,得到原来欲求结果。 就是一个映射,整个变量代换过程就是RMI的应用。开方、乘方时可以运用对数。例:计算:
的数值。原象关系
;映象关系 当
有实数赋值时,可以通过查对数表来计算。在这个例子中,先求映象。函数中的换元法将函数的“自变量”代之以一个中间变量,找出对应关系,得出函数表达式。
(二)用解析几何法解决几何问题时的遵循RMI原则,通过坐标系,映射
映入一对实数 ,将曲线映为方程,两曲线交点为联立方程的解。(三)化归:通过对原问题的转换,使问题向所要求的方向转化。
下面我们就看化归是如何应用RMI原则的。
例:已知:
,且
求
的值。分析:该方程组无法用常规的方法解,设法将其具体化联想到勾股定理。
问题就转化为如图:
中: , ,
内有一点
,相应 可用余弦定理表示(1)+(2)+(3)得:
则
这是一个将抽象化归的例子,其中有数形结合的思想。
(四)构造法:通过构造题目本身所没有的解题中介工具去解题。下面通过实例看构造法是如何渗透RMI原则的。
(五)复数法:前面我们提过复数法也是RMI原则的一种应用。RMI原则的映射使原象变成复数。
(六)初等几何变换的实质是有一个集合
到另一个集合 的双射,欧氏几何研究的是在这一双射下的图形 到 的不变量和不变性质。徐利治先生在《数学方法论选讲》如此表述RMI原则:对目标原象的原象结构
,先找到一个可定映映射 ,同时考虑到 的逆映射 具有合乎问题需要的能行性。RMI原则的思想体现了数学的抽象性。它寻求一种将“未知、复杂、困难”的问题转化为“简单、容易”的映射,在新的领域中,使问题得到解决,再“反演”回原来的领域中去,提高解决问题的能力,强化“数学细胞”,减少在解决数学问题的盲目性。