例谈数形结合的应用

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvlianpeng2009
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  【摘要】枯燥单调的数,自从与图形结合后,就有了飞翔的翅膀.
  【关键词】数形结合;基本数学思想;数学思维活动
  数与形是数学中的两个最基本的研究对象,它们在一定条件下可以相互转化.我国著名数学家华罗庚曾说过:“数缺形时少直观,形少数时难入微,数形结合百般好,隔裂分家万事非.”这里一语成偈,道出了“数”和“形”不可分割的特点.
  数形结合思想是中学阶段的基本数学思想之一.所谓数形结合主要是指数与形之间的对应关系,把抽象的数学语言、数量关系与直观的几何图形、位置关系结合起来,通过“以形助数”或“以数解形”的方法,使复杂问题简单化,使抽象问题具体化,从而起到优化解题途径的目的.
  数形结合有两种基本形式,一是“形”的问题转化为用数量关系去解决,运用代数、三角知识进行讨论,它往往把技巧性极强的推理论证转化为可具体操作的代数运算,很好地起到化难为易的作用,在解析几何(是以数形结合思想为核心思想的数学学科)中就常常利用数量关系去解决图形问题.二是“数”的问题转化为形状的性质去解决,它往往具有直观性,易于理解与接受.数形结合在解题过程中应用十分广泛,如在解方程和解不等式问题中,在求函数的值域和最值问题中,在求数列、线性规划中,在求复数和三角函数问题中都有体现.运用数形结合思想解题,不仅直观,易于寻找解题途径,而且能避免复杂的计算和推理,优化解题过程.下面就数形结合思想在学习中的应用作一个简单的分析.
  中学数学教学中处处渗透着基本数学思想.如果能使它落实到学生和运用数学思维活动,它就能在发展学生的数学能力方面发挥出一种方法论的功能.在这些数学思想方法中数形结合思想是一种很重要的方法,它贯穿于整个中学数学的教学课程,本文对数形结合思想在数学教学中的应用谈谈一些自己的看法.
  一、以“形”解决“数”的问题
  例1 已知Sn是等差数列{an}的前n项和,且Sp=Sq(p≠q),求Sp+q.
  解 ∵Sn=na1+n(n+1)2d=d2n2+a-d2n,
  由题设知d≠0,
  ∴Sn是关于n的缺常数项的二次函数,其图像是过原点的抛物线上的点构成的,如图所示抛物线对称轴方程为x=p+q2,故Sp+q=0.
  说明 数列的通项公式及前n项和公式可以看作关于正整数n的函数,因此,有关数列问题可以转化函数问题来解决.
  例2 已知M(x,y)是圆x2+y2=1上的任意一点,则yx+2的取值范围是().
  A.-33,33
  B.[-3,3]
  C.-∞,-33∪33,+∞
  D.(-∞,-3]∪[3,+∞)
  解 将yx+2看成动点M(x,y)和定点N(-2,0)这两点直线的斜率,则问题转化为直线MN斜率的取值范围,故选A.倾斜角0°≤α≤30°或150°≤α<180°.
  说明 赋予了yx+2几何意义,使看似不好解决的问题得以解决.
  二、以“数”解决“形”的问题
  例3 设在△ABC中,AB>AC,CF,BE分别是AB及AC边上的高,试证AB+CF≥AC+BE,并指出等号何时成立.
  解 ∵AC•BE=AB•CF,
  即BEAB=CFAC=sinA.
  则BE=ABsinA,CF=ACsinA,
  BE-CF=(AB-AC)sinA.
  又 ∵AB-AC>0,
  即AB+CF≥AC+BE,0<sinA≤1.
  (当A=90°时,取等号)
  说明 把问题中的几何关系代数化,比较纯几何证法要易于想到.
  【参考文献】
  樊恺.数学解题方法论(第一版).杭州:杭州大学出版社,1991.
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