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在高中数学中,数形结合思想占据着极其重要的地位,其本质是“数”与“形”之间的相互转换。数形结合思想就是将数量关系和空间图形结合起来考查的思想方法。根据需要,可把量的问题转化为图的问题去研究,或者把图形问题转化为数量关系问题去研究。数形结合在数学解题过程中有重要的指导意义,它不仅可以简洁地使一些题目得到解决,使复杂、抽象的问题具体化、简单化,同时还可以开拓解题思路,运用“以数解形”“以形助数”的方法优化解题途径,为研究和探求数学问题提供鲜明和创新的思路。在解答数学问题时,有效运用数形结合思想,将“数”和“形”有机结合起来,便可以达到快速、巧妙、精确解题的目的。现结合具体例题,谈谈数形结合思想的应用。
一,有关动曲线与定曲线的问题
例1 已知函数 若 ,则a的取值范围是()。
A.
B.
C.[-2,1]
D.[-2,0]
解析:函数 的图像如图1所示。
当x≤0时,由g’(x)=2x-2,得曲线g(x) =X2-2x在原点(O,0)处的切线的斜率为k=g’(O)=-2,则-2≤a≤O时,|f(x)|≥ax恒成立。
当r>0时,若直线y=ax与曲线g(x)=ln(x 1)有公共点,则O .
综上所述,a的取值范围为[-2,O]。
二.函数的奇偶性问题
例2 定义在R上的函数f(x)满足f(x)=f(x 2),当x∈[1,3]时,f(x)=2-|x-2|,则()。
A.
B.f(sin l>f(cos l)
C.f(tan 3) D.f(sin 2) 解析:由f(x)=f(x 2),得函数f(x)的周期为2,则可画出它的大致图像(如图2)。
由|sin 2|、|cos 2 |均属于区间(O,1),且|sin 2|>|cos 2|,函数y=f(x)在(0,1)上单调递减,得f(sin 2) 三、函数、方程的零点个数问题
例3 已知函数 有下列关于函数y=f[f(x)] 1的零点个数的判断,正确的是()。
A.当k>0时有3个零点,当k<0时有2个零点
B.当k>0时有4个零点,当k<0时有1个零点
C.无论k为何值,均有2个零点
D.无论k为何值,均有4个零点
解析:(1)当k>0时,函数f(x)的图像如图3所示。由f[f(x)] 1=O,得f[f(z)]=-1,则 或f(x)=t2∈(o,1)。
由f(x) =t1,得存在两个零点x1、X2;由f(x)=t2,得存在两个零点X3、X4。
此时共存在4个零点。
(2)当k<0时,函数f(x)的图像如图4所示。由f[f(x)] 1=O,得,f[f(x)]=-1,则f(x)=t∈(O,1),此时仅有1个零点xo。
应选B。
四.几何概型问题
例4 向平面区域 ,o≤y≤1)内随机投入一点,则该点落在曲线(下转第18页)这个数字说明,死海的水面在过去40年里正以每年0.5m的速度(现在还有水位每年下降Im的说法)在下降。
X3(O≤z≤1),
下方的概率为
。
解析:作出图形(如图5)。
平面区域 的面积为
由图5得曲线y=X3(O≤z≤1),
与x轴围成的区域可分为两部分,分别记其面积为
所求概率为
五.解析几何中的最值问题
例5 (1)在直线l:3x-y-l=0上求一点P,使点P到点A(4,1)和C(3,4)的距离之和最小。
(2)在直线:3x-y-l=0上求一点M,使点M到点A(4,1)和B(O,4)的距离之差最大。
解析:如图6。
(1)点A(4,1)和C(3,4)在直线l:3x-y-l=0的同侧。
易得点c关于直线l的对称点为 。
直线AC.的方程为19x 17y-93=0。
联立19x 17y-93=0和3x-y-1=o,可得点 。
(2)点A(4,1)和B(O,4)在直线l:3x-y-l=O的两侧。
易得点B关于直线l:3x-y-l=0的对称点为B1(3,3)。
直线AB1的方程为2x y-9=0。
联立2x y-9=O和3x-y-1=0,可得点M(2,5)。
六,立体几何问题
例6 一个四面体相对的棱长度分别相等,分别为 ,则该四面体的体积为
。
解析:如图7,构造一长方体ABCD-A181C1D1。
设四面体AB1D1C三组相对的A棱的长度分别为 ,长方体的棱长分别为x、y、z。
一,有关动曲线与定曲线的问题
例1 已知函数 若 ,则a的取值范围是()。
A.
B.
C.[-2,1]
D.[-2,0]
解析:函数 的图像如图1所示。
当x≤0时,由g’(x)=2x-2,得曲线g(x) =X2-2x在原点(O,0)处的切线的斜率为k=g’(O)=-2,则-2≤a≤O时,|f(x)|≥ax恒成立。
当r>0时,若直线y=ax与曲线g(x)=ln(x 1)有公共点,则O .
综上所述,a的取值范围为[-2,O]。
二.函数的奇偶性问题
例2 定义在R上的函数f(x)满足f(x)=f(x 2),当x∈[1,3]时,f(x)=2-|x-2|,则()。
A.
B.f(sin l>f(cos l)
C.f(tan 3)
由|sin 2|、|cos 2 |均属于区间(O,1),且|sin 2|>|cos 2|,函数y=f(x)在(0,1)上单调递减,得f(sin 2)
例3 已知函数 有下列关于函数y=f[f(x)] 1的零点个数的判断,正确的是()。
A.当k>0时有3个零点,当k<0时有2个零点
B.当k>0时有4个零点,当k<0时有1个零点
C.无论k为何值,均有2个零点
D.无论k为何值,均有4个零点
解析:(1)当k>0时,函数f(x)的图像如图3所示。由f[f(x)] 1=O,得f[f(z)]=-1,则 或f(x)=t2∈(o,1)。
由f(x) =t1,得存在两个零点x1、X2;由f(x)=t2,得存在两个零点X3、X4。
此时共存在4个零点。
(2)当k<0时,函数f(x)的图像如图4所示。由f[f(x)] 1=O,得,f[f(x)]=-1,则f(x)=t∈(O,1),此时仅有1个零点xo。
应选B。
四.几何概型问题
例4 向平面区域 ,o≤y≤1)内随机投入一点,则该点落在曲线(下转第18页)这个数字说明,死海的水面在过去40年里正以每年0.5m的速度(现在还有水位每年下降Im的说法)在下降。
X3(O≤z≤1),
下方的概率为
。
解析:作出图形(如图5)。
平面区域 的面积为
由图5得曲线y=X3(O≤z≤1),
与x轴围成的区域可分为两部分,分别记其面积为
所求概率为
五.解析几何中的最值问题
例5 (1)在直线l:3x-y-l=0上求一点P,使点P到点A(4,1)和C(3,4)的距离之和最小。
(2)在直线:3x-y-l=0上求一点M,使点M到点A(4,1)和B(O,4)的距离之差最大。
解析:如图6。
(1)点A(4,1)和C(3,4)在直线l:3x-y-l=0的同侧。
易得点c关于直线l的对称点为 。
直线AC.的方程为19x 17y-93=0。
联立19x 17y-93=0和3x-y-1=o,可得点 。
(2)点A(4,1)和B(O,4)在直线l:3x-y-l=O的两侧。
易得点B关于直线l:3x-y-l=0的对称点为B1(3,3)。
直线AB1的方程为2x y-9=0。
联立2x y-9=O和3x-y-1=0,可得点M(2,5)。
六,立体几何问题
例6 一个四面体相对的棱长度分别相等,分别为 ,则该四面体的体积为
。
解析:如图7,构造一长方体ABCD-A181C1D1。
设四面体AB1D1C三组相对的A棱的长度分别为 ,长方体的棱长分别为x、y、z。