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数学结合就是把抽象的数学语言与直观的图形结合起来思索,使抽象思维和形象思维结合,通过“以形助数”或“以数解形”,可使复杂问题简单化,抽象问题具体化,从而起到优化解题途径的目的。纵观多年来的高考试题,巧妙运用数形结合的数学思想方法来解决一些抽象数学问题。可起到事半功倍的效果。下面举例说明供参考。
一、合理联想,使问题几何化
常见代数式的几何联想
1.形如■(或其变形,如(x-a)2+(y-b)2)可看成两点间距离
例1.平面内动点P满足■=6,则点P的轨迹是 。
该题如采用化简将浪费很多时间,而利用方程表示的几何意义,很容易知道P点满足椭圆的定义,所以P点的轨迹是椭圆。
2.形如x-a可看成数轴上(或与坐标轴平行)的两点间距离
例2.解不等式
该不等式的常规解法是对x进行讨论,以去掉绝对值。但如能利用绝对值的几何意义就更简单了,如图所示。
下面几个变式读者可仿上例,自己完成:
变式1:若不等式x-3+x+2>a的解集为R,求a的取值范围;
变式2:若不等式x-3+x+2 变式3:若不等式x-3-x+2>a的解集为R,求a的取值范围。
3.形如ax+by+c可联想点到直线的距离
例3.方程■=4x-3y+1所表示的曲线是 。
解析:原方程可化为■=■,而 ■可看成点P(x,y)到直线4x-3y+1=0的距离,根据双曲线的定义可知,该方程表示的曲线是双曲线。
4.形如■可看成点(x,y)和点(a,b)连线的斜率
例4.已知点(x,y)满足x+y-2≥0x-y≥0x≤2,求■的最大值
解析:该题是线性规划的变形,■可当成动点M(x,y)与定点N(-1,1)的连线斜率,如上图。
例5.f(θ)=■的最小值 ,最大值 ,
解析:f(θ)=■·■令x=cosθ,y=sinθ问题可转化为:若x2+y2=1,求f(x,y)=■·■的最值,设k=■=■又转化为单位圆上动点M(x,y)与定点N(-2,-1)的连线斜率,如上图。
二、利用函数图像或方程的曲线
例6.方程sinx=lgx的解有 个
解析:该题为超越方程求解问题,设y1=lgx,y2=lgsinx,如图:由于■<10,故lg■<1,故应有3个交点。
此题,同学们常不注意坐标关系而将图作错,误认为只有一个交点,请一定要注意。
例7.已知方程2x3-9x2+12x-3-a=0有三个不等根,求a的取值范围。
解析:设y1 = 2x3 - 9x2 + 12x - 3,
y2 = a,如图所示:
很显然a∈(1,2)
变式1.(2011-2012盐城卷11题)关于x的方程ax3-x2+x+1=0在(0,+∞)上有且仅有一个实数解,则a的取值范围为 。
解析:方程可变为a=■(分离参变量),设f(x)=■,通过求导,研究其单调性和极值,畫出草图(应注意值域)。如上图。
变式2.讨论方程x2-2axlnx=0的零点个数(2011-2012海门)
解析:分离参变量可得2a=■,然后画y=■的图。
例8.已知方程x2-(2a-3)x-a=0的两根x1、x2满足x1∈(0,1),x2∈(2,3),求a的取值范围。
解析:设f(x)=x2-(2a-3)x-a,利用二次函数的图像,可知要 x1∈(0,1),x2∈(2,3),只须f(0)>0f(1)<0f(2)<0f(3)>0,解该
不等式组,即可得a的范围。
例9.不等式■≥x的解集为 。
解析:设y1=■,y2=x,在同一坐标系中作出与的图像,如图由■=x,可求出曲线的交点横坐标x=■,观察图像可得原不等式的解集为x|-5≤x≤■。
通过以上的几例,我们也可以发现,数形结合法常用作最值、解的存在、讨论根的个数等方面。希望通过本文的归纳能对读者有所帮助。
一、合理联想,使问题几何化
常见代数式的几何联想
1.形如■(或其变形,如(x-a)2+(y-b)2)可看成两点间距离
例1.平面内动点P满足■=6,则点P的轨迹是 。
该题如采用化简将浪费很多时间,而利用方程表示的几何意义,很容易知道P点满足椭圆的定义,所以P点的轨迹是椭圆。
2.形如x-a可看成数轴上(或与坐标轴平行)的两点间距离
例2.解不等式
该不等式的常规解法是对x进行讨论,以去掉绝对值。但如能利用绝对值的几何意义就更简单了,如图所示。
下面几个变式读者可仿上例,自己完成:
变式1:若不等式x-3+x+2>a的解集为R,求a的取值范围;
变式2:若不等式x-3+x+2 变式3:若不等式x-3-x+2>a的解集为R,求a的取值范围。
3.形如ax+by+c可联想点到直线的距离
例3.方程■=4x-3y+1所表示的曲线是 。
解析:原方程可化为■=■,而 ■可看成点P(x,y)到直线4x-3y+1=0的距离,根据双曲线的定义可知,该方程表示的曲线是双曲线。
4.形如■可看成点(x,y)和点(a,b)连线的斜率
例4.已知点(x,y)满足x+y-2≥0x-y≥0x≤2,求■的最大值
解析:该题是线性规划的变形,■可当成动点M(x,y)与定点N(-1,1)的连线斜率,如上图。
例5.f(θ)=■的最小值 ,最大值 ,
解析:f(θ)=■·■令x=cosθ,y=sinθ问题可转化为:若x2+y2=1,求f(x,y)=■·■的最值,设k=■=■又转化为单位圆上动点M(x,y)与定点N(-2,-1)的连线斜率,如上图。
二、利用函数图像或方程的曲线
例6.方程sinx=lgx的解有 个
解析:该题为超越方程求解问题,设y1=lgx,y2=lgsinx,如图:由于■<10,故lg■<1,故应有3个交点。
此题,同学们常不注意坐标关系而将图作错,误认为只有一个交点,请一定要注意。
例7.已知方程2x3-9x2+12x-3-a=0有三个不等根,求a的取值范围。
解析:设y1 = 2x3 - 9x2 + 12x - 3,
y2 = a,如图所示:
很显然a∈(1,2)
变式1.(2011-2012盐城卷11题)关于x的方程ax3-x2+x+1=0在(0,+∞)上有且仅有一个实数解,则a的取值范围为 。
解析:方程可变为a=■(分离参变量),设f(x)=■,通过求导,研究其单调性和极值,畫出草图(应注意值域)。如上图。
变式2.讨论方程x2-2axlnx=0的零点个数(2011-2012海门)
解析:分离参变量可得2a=■,然后画y=■的图。
例8.已知方程x2-(2a-3)x-a=0的两根x1、x2满足x1∈(0,1),x2∈(2,3),求a的取值范围。
解析:设f(x)=x2-(2a-3)x-a,利用二次函数的图像,可知要 x1∈(0,1),x2∈(2,3),只须f(0)>0f(1)<0f(2)<0f(3)>0,解该
不等式组,即可得a的范围。
例9.不等式■≥x的解集为 。
解析:设y1=■,y2=x,在同一坐标系中作出与的图像,如图由■=x,可求出曲线的交点横坐标x=■,观察图像可得原不等式的解集为x|-5≤x≤■。
通过以上的几例,我们也可以发现,数形结合法常用作最值、解的存在、讨论根的个数等方面。希望通过本文的归纳能对读者有所帮助。