浅谈图形法在数学解题中的作用

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  【中图分类号】G633.6 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)09-0097-01
  本文要讨论的图形法解题思想,不但能在解题时化难为易,迅速得出结论,还能发挥想象力、创造力。下面就图形法解题思想在中学教学不同分支的应用来进行探讨。
  一、图形法在解函数与不等式的综合问题中的应用
  在研究某类函数时,一般从其定义域、对应法则、值域及图像一一展开,通过图像的直观性来研究函数的单调性、奇偶性等。
  例1.已知函数y=f(x)(x∈R)满足f(x+1)=f(x-1),且x∈[-1,1]时,f(x)=x2,g(x)=log5x,则方程f(x)=g(x)的解的个数为_____。
  分析:函数y=f(x)是以2为周期的周期函数,且x∈[-1,1]时,f(x)=x2,在同一坐标系内作出y=f(x)与g(x)=log5x图像,由图(1)易知有4个交点。
  二、图形法在不等式中的应用
  例2.P:已知c>0,设函数y=cx在R上单调递减;Q:不等式x+|x-2c|>1的解集为R,如果P和Q有且只有一个正确,求c的取值范围?
  分析:本题难点的核心是原不等式的解集为R。如果用代数方法求解需要大量运算,注意到不等式x+|x-2c|>1的解集为R等价于|x-2x|>-x+1在R上恒成立,画出y=|x-2c|和y=-x+1的图像(图3),从而易得,再综合P,即得c的取值范围是(0,]∪ [1,+∞)。
  注:可见出题者想考查的是图形法解题的思想方法,可总结出对于不便化为代数不等式的超越不等式,一般可用图形法解题。
  三、图形法解直线和圆的方程问题
  例3.若直线l:y=kx-与直线2x+3y-6=0的交点位于第一象限,则直线倾斜角的范围是______。
  分析:本题可求两直线交点,再求k的取值范围,但运算量较大,可以利用图形法的直观性求解。如图5知A(3,0),B(0,2),直线过点C (0,-),直线斜率kAC=,要使直线l与直线2x+3y-6=0的交点在第一象限,必须k>,故直线l倾斜角取值范围为(,)。
  四、图形法解圆锥曲线
  例4.若5x+12y=60,则的最小值______。
  分析:如图4本题可用代数法求解,代入配方求最小值,这是求最值的常规方法。又可利用图形法解决,5x+12y=60的几何表示为一条直线,表示直线上的点到圆点的距离,本题可转化为求原点到直线5x+12y=60距离的最小值,即原点到直线的距离:
  图形法思想在集合与简易逻辑,三角函数中都有很好的应用,这里不一一列出了。
  图形法思想其实质是将抽象的数学语言与直观的图行结合起来,使抽象思维与形象思维相结合,通过对图形的认识,将数与形相互转化,可以培养思维的灵活性、形象性,使问题化难为易、化抽象为具体。针对高考,本文作者研究了有关图形法解题的范例,发现图形法思想的考查一般出现在填空题中,因为其不要写出解答过程,但在利用图形法解题时,必须注意论证的严密性。通常在以下几类数学分支中一般可利用图形法的解题思想:
  与函数有关的问题,应优先考虑利用函数的图像和性质解题;
  与解析几何有关的问题,应优先考虑能否用图形的直观性解决;
  与方程、不等式有关的问题,应考虑联系函数的有关知识,利用函数图像来解决;
  与复数有关的问题,应考虑能否利用复数的几何意义来解决。
  图形法解题思想只是诸多数学思想方法中的一种,数学思维是数学的灵魂,所谓数学思维就是“经历直观感知、观察发现、归纳类比、空间想象、抽象概括、符号表示、运算求解、数据处理、演绎证明、反思与建构的思维过程”希望通过本文关于图形法思想解题的探究,能给读者在研究、学习中提供一点启发和参考。
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