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一、数形结合思想方法的应用原则
在高中数学解题中,数形结合思想方法的应用要坚持以下几点原则:一是等价原则。二是双向原则。三是简洁原则。四是直观与创新原则。
二、数形结合思想方法的应用策略
(一)以形助数,使抽象问题变得形象直观
在高中数学解题中,特别是对于一些数量关系既复杂又抽象的问题,学生难以理解,不容易找到解题的思路和方法。如果运用数形结合的思想方法,就可以把复杂抽象“数”的问题用直观的图形问题来解决,这样就可以绕开冗长烦琐的數量计算的过程,利用图形能够帮助学生有效解决复杂的数量问题,使学生对题目中的数量关系能够正确理解, 即能够把题目中抽象的数量问题变成形象直观的图形问题,可以使学生容易理解题意,快速准确地找出已知条件、未知关系,快速形成解题思路,快速正确地找出数量关系式,从而有效突破解题难点。
例1:已知一个动圆P与两个定圆相外切,定圆C1方程是:(x+4)2+y2=100, 定圆C2方程是:(x-4)2+y2=4,求这个动圆P的圆心轨迹的方程。
解析:此题的解答如果直接运用求解方程的方法会非常麻烦,而如果运用数形结合的思想方法,通过借助于两个圆图像的“形”来求方程“数”的问题就比较方便。假设动圆的圆心为P(x,y),半径是r,从方程可以得出:定圆C1的圆心是(-4,0),半径是10;定圆C2的圆心是(4,0),半径是2。借助图形可以直观看出:动圆C与定圆C1是相内切的,与定圆C2是相外切,就能容易得出下面的式子:|C1P|=10-r,|C2P|=r+2,把两个式子相加得:|C1P|+|C2P|=10-r+ r+2=12>|C1C2|=8,根据椭圆的定义可知点P的运动轨迹是椭圆。再根据图形可得出c=4,a=6,可求出b2=20, 动圆P的圆心轨迹的方程是x235+y220=1。
点评:在本题的求解中,借助于图形的直观性,通过做辅助线的方式,很快就能形成解题思路,使问题既简单又快捷地得到解决,很好地体现了“以形助数”的思想。
(二)以数解形,使学生的解题思维更严谨
数学作为一门非常严谨的学科,在进行数学知识学习或解题时必须要有严谨的思维能力,许多学生在解题时,不够严谨,经常会粗心大意,造成解题错误或找不到正确的解题思路。如果学生在解决一些比较复杂的图形问题时,借助于“数”的严谨性与精确性,来找出图形中包含的数量关系,以此来解决几何图形问题,既容易找到解题思路,又能培养学生严谨的思维能力。而且对于一些几何图形问题,有时候如果仅凭直觉观察不容易找出图形的特点和规律,借助于“数”的精确性,就能深入细致地刻画图形,能深入挖掘几何图形中的隐含条件,使解题更加严谨。
例2:有一个圆M介于直线x=3和抛物线y2=2x所围成的封闭区间里(含边界区域),求这个圆M在此区域中能取得的半径最大值是多少?
分析:从图形中可以大概看出圆半径的数值,但无法得到精确的圆半径数值。如果借助于代数的严谨、精确的计算,就能求出准确的圆半径数值。可分两种情况进行讨论:第一,不含边界时。 当圆M在这个封闭区域中不含直线和抛物线边界时,即圆M与直线和抛物线均不存在交点时,无法用联立方程组的形式进行求解;第二,包含边界时。当圆M在这个封闭区域中包含直线和抛物线边界时,即圆M与直线和抛物线均存在交点时,可用联立方程组的形式进行求解。根据图形可看出:圆M的圆心在x轴上,因此假设其圆心为(a,0)(0<a<3),这样可得圆的方程是(x-a)2+y2=(3-a)2,把圆方程与抛物线方程联立组成方程组,可得x2+21-ax+6a-9=0,?=[2(1-a)]2-46a-9=0,再结合a的取值范围,就可求出a=4-6,因为3-a<a,因此,最大半径是3-a=6-1。
点评:要精确求解本题,关键是要用“数”的严谨性与精确性来求解圆半径,即要用“数”来辅助求解“形”的问题。此外本题容易忽略3-a<a这个条件,这样圆M就可能超出该封闭区域。
三、结语
总之,数形结合思想能够帮助学生形成完整的数学知识体系,能够把复杂抽象的问题变成形象直观、容易解决的问题,能促进学生思维能力发展,因此,教师应在教学中注重渗透数形结合的思想方法,从而提高解题质量效率。
在高中数学解题中,数形结合思想方法的应用要坚持以下几点原则:一是等价原则。二是双向原则。三是简洁原则。四是直观与创新原则。
二、数形结合思想方法的应用策略
(一)以形助数,使抽象问题变得形象直观
在高中数学解题中,特别是对于一些数量关系既复杂又抽象的问题,学生难以理解,不容易找到解题的思路和方法。如果运用数形结合的思想方法,就可以把复杂抽象“数”的问题用直观的图形问题来解决,这样就可以绕开冗长烦琐的數量计算的过程,利用图形能够帮助学生有效解决复杂的数量问题,使学生对题目中的数量关系能够正确理解, 即能够把题目中抽象的数量问题变成形象直观的图形问题,可以使学生容易理解题意,快速准确地找出已知条件、未知关系,快速形成解题思路,快速正确地找出数量关系式,从而有效突破解题难点。
例1:已知一个动圆P与两个定圆相外切,定圆C1方程是:(x+4)2+y2=100, 定圆C2方程是:(x-4)2+y2=4,求这个动圆P的圆心轨迹的方程。
解析:此题的解答如果直接运用求解方程的方法会非常麻烦,而如果运用数形结合的思想方法,通过借助于两个圆图像的“形”来求方程“数”的问题就比较方便。假设动圆的圆心为P(x,y),半径是r,从方程可以得出:定圆C1的圆心是(-4,0),半径是10;定圆C2的圆心是(4,0),半径是2。借助图形可以直观看出:动圆C与定圆C1是相内切的,与定圆C2是相外切,就能容易得出下面的式子:|C1P|=10-r,|C2P|=r+2,把两个式子相加得:|C1P|+|C2P|=10-r+ r+2=12>|C1C2|=8,根据椭圆的定义可知点P的运动轨迹是椭圆。再根据图形可得出c=4,a=6,可求出b2=20, 动圆P的圆心轨迹的方程是x235+y220=1。
点评:在本题的求解中,借助于图形的直观性,通过做辅助线的方式,很快就能形成解题思路,使问题既简单又快捷地得到解决,很好地体现了“以形助数”的思想。
(二)以数解形,使学生的解题思维更严谨
数学作为一门非常严谨的学科,在进行数学知识学习或解题时必须要有严谨的思维能力,许多学生在解题时,不够严谨,经常会粗心大意,造成解题错误或找不到正确的解题思路。如果学生在解决一些比较复杂的图形问题时,借助于“数”的严谨性与精确性,来找出图形中包含的数量关系,以此来解决几何图形问题,既容易找到解题思路,又能培养学生严谨的思维能力。而且对于一些几何图形问题,有时候如果仅凭直觉观察不容易找出图形的特点和规律,借助于“数”的精确性,就能深入细致地刻画图形,能深入挖掘几何图形中的隐含条件,使解题更加严谨。
例2:有一个圆M介于直线x=3和抛物线y2=2x所围成的封闭区间里(含边界区域),求这个圆M在此区域中能取得的半径最大值是多少?
分析:从图形中可以大概看出圆半径的数值,但无法得到精确的圆半径数值。如果借助于代数的严谨、精确的计算,就能求出准确的圆半径数值。可分两种情况进行讨论:第一,不含边界时。 当圆M在这个封闭区域中不含直线和抛物线边界时,即圆M与直线和抛物线均不存在交点时,无法用联立方程组的形式进行求解;第二,包含边界时。当圆M在这个封闭区域中包含直线和抛物线边界时,即圆M与直线和抛物线均存在交点时,可用联立方程组的形式进行求解。根据图形可看出:圆M的圆心在x轴上,因此假设其圆心为(a,0)(0<a<3),这样可得圆的方程是(x-a)2+y2=(3-a)2,把圆方程与抛物线方程联立组成方程组,可得x2+21-ax+6a-9=0,?=[2(1-a)]2-46a-9=0,再结合a的取值范围,就可求出a=4-6,因为3-a<a,因此,最大半径是3-a=6-1。
点评:要精确求解本题,关键是要用“数”的严谨性与精确性来求解圆半径,即要用“数”来辅助求解“形”的问题。此外本题容易忽略3-a<a这个条件,这样圆M就可能超出该封闭区域。
三、结语
总之,数形结合思想能够帮助学生形成完整的数学知识体系,能够把复杂抽象的问题变成形象直观、容易解决的问题,能促进学生思维能力发展,因此,教师应在教学中注重渗透数形结合的思想方法,从而提高解题质量效率。