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浅谈数形结合在解题中的应用
【摘要】在数学教学中,如果能注意把数和形结合起来考察,根据问题的具体情形,把图形性质的问题转化为数量关系的问题,或者把数量关系的问题转化为图形性质的问题,使复杂问题简单化,抽象问题具体化,化难为易,就可获得简便易行的成功方案,因此,必须重视数形结合的教学。
【关键词】数学;解题;数形结合
数与形是数学中两个最古老的、也是最基本的研究对象,它们在一定的条件下可以相互转化,如某些代数问题、三角问题往往都有几何背景,而借助其背景图形的性质,可使那些抽象的概念、复杂的数量关系变得直观,以便于探求解题思想路或找到问题的结论。数形结合作为一种重要的数学思想方法,历年来一直是高考考查的重点之一,纵观多年来的高考试题,巧妙运用数形结合的思想方法解决一些抽象的数学问题,可起到事半功倍的效果。 下面通过具体的例子谈谈中学数学中数形结合在解题中的应用
运用数形结合思想解决函数问题
例1.对于每个实数x,设f(x)是4x+1,x+2,-2x+4,三个函数中的最小值,则f(x)的最大值为
分析:在同一坐标系内作出的图象,根据图象观察即得。
解:在同一坐标系内作出三个函数的图象,依题意,的图象是由这三个函数图象的最下面的部构成的折线,由图一观察知的最大值是与图象交点的纵坐标,解方程组得
∴图象的最大值为。
∴填。
评注:借助图象直观,十分简捷地解决了问题,若不借助图象,则需用解不等式的方法得出的分段表达式,再根据每段函数的单调性才能解决,计算量比较大。
例2. 求函数的最大值.
分析 即为动点到两定点与的距离之差最大,动点在轴上移动.
解 根据题意建立直角坐标系(如图2)并取点,,,由三角形的两边的差小于第三边,则有
所以当三点共线,即时,
取得最大值. 图2
评注:通过分析式的几何意义,构造出图形,得到极为简捷的解法,否则,仅从代数方法去考虑,用两边平方和判别式法解,或者设参数法去解,都比较复杂。
运用数形结合思想解决三角问题
例3. 函数在区间上是增函数,且 则函数在上
(A)是增函数 (B)是减函数
(C)可以取得最大值M (D)可以取得最小值
分析:由于是选择题,可设M=1,ω=1, ,画出图象进行观察。
解:取M=1,ω=1, ,则。在同一坐标系下画出它们的图象,从图象不难看出,在区间上,即时,这时取得最大值M=1。
∴选C。
例 4 .求ctg100-4cos100
由于100并非特殊角或特殊角的半角,且ctg100与cos100又非同名函数,给人一种难以下手的感觉,但用(图4)的构图来解此题,令人叫绝。
解:如图4。在Rt△ABC中,∠C=900,∠A=100,作∠CBD=600,交AC于D,令BC=1,BD=2。在△ABD中,显然∠ABD=200,依正弦定理
。
所以AD=。
在Rt△ABC中,AC=BC ctg∠A= ctg100,
所以ctg100-4cos100=AC-AD=CD=。
运用数形结合思想处理不等式问题
例5.使<成立的取值范围是 。
分析:本题是对数与一次函数的混合不等式,直接求解无固定方法,但若用数形结合,则可直接写出的集合。
解:如图,作出与的图象可看出满足不等式的集合为{ |-1<x<0}∴填-1<x<0。
评注:不等式问题其本质们仍是方程问题,关键是找出两函数图象的交点坐标,然后据图象写出解集。
例 6. 解不等式2x
分析: 此题如果用代数方程解,可把它
等价于不等式组:
或
经过解不等式组,来求得不等式的解,运算很繁。
如果换一角度思考,设y=和y=2x分别在同一直角坐标系中,作出这两个函数的图象如图6,y=,这两个图象有一个交点。交点的横坐标是方程=2x的解,通过解方程得x=,x=-1 (舍去)。观察图象得x<时,函数y=的图象在函数y=2x的上方,所以不等式的解集为{x︳x<}。
说明:此例用图形解比用代数法解直观,快速,准确。
运用数形结合思想处理方程问题
例7已知且>1),求的最大值和最小值。
解析:令,
则巳知式可化为:
再设
由图可知,当线段与圆弧相切时,截距t取得最大值,此时 (如图中CD位置)当线段端点是圆弧端点时,t取得最小值,此时 (如图中AB位置).因此的最大值是,最小值是。
评注:本题通过换元的方法将已知条件转化为圆的方程的形式,将欲求代数式和直线的截距进行联系,结合图形直观形象地获得答案。
例 8.方程log2(x+4)=2x 的实根的个数是 ( )
(A) 3 (B) 2 (C
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