例说数形结合解决求函数最值问题

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  数形结合就是将抽象的数的方式与直观图形结合起来,既分析其代数含义又分析其几何含义。在数与形的结合上往往采用“以形助数”或“以数辅形”的手段寻找解题的思路。求函数的最值是中学数学的重要内容之一,题型多变,解法灵活,也是历年高考的必考内容,下面仅就这一方面利用数形结合的技巧举例说明。
  例1:求函数的值域。
  分析:我们可以先进行换元,去掉根号,然后在寻找解决问题的突破口。
  解:令则
  原函数表达式等价转化为,即为过点和点的直线的斜率。作出示意图像,经观察,计算可知的变化范围为。
  评注:此题若采取代数方法,比较繁琐,但是给代数问题赋以一个合适的几何意义,问题就变得鲜活,简单。
  例2:已知,求的最小值。
  【分析】将看成是直线上的点A(x,y)与定点B(1,1)间的距离,则的最小值也就是点B(1,1)到直线的距离。
  解:是由直线上动点与定点间的距离,显然的最小值是点到直线的距离,即
  例3.求函数的最值。
  分析:等式右边根号内同为的一次式,如简单的换元无法转化为二次函数求最值,故用常规方法比较难。如能联想到直线的截距,数形结合换元后,以形助数,则可轻松解决。
  令则
  则所函数化为以为参数的直线族,它与椭圆在第一象限的部分有公共点又
  例4:对于任意函数f(x)、g(x),在公共定义域内,规定f(x)*g(x)=min{ f(x)、g(x)},若f(x)=,g(x)=,求f(x)*g(x)的最大值。
  分析:本题可首先确定函数的定义域,然后作出函数的图像,由图像可求出解析式,最后求最大值。
  解:由题意得:的解为x=2
  故
  其图象如图,显然在点P时f(x)*g(x)取最大值,最大值为1。
  例5.甲、乙两地相距S千米,汽车从甲地匀速驶到乙地,速度不得超过c千米/小时,已知汽车每小时的运输成本(以元为单位)由可变部分和固定部分组成,可变部分与速度v(km/h)的平方成正比,比例系数为b,固定部分为a元
  (1)把全程运输成本y(元)表示为v(km/h)的函数,并指出这个函数的定义域;
  (2)为了使全程运输成本最小,汽车应以多大速度行驶?
  分析:本题可根据实际问题抽象出函数模型,然后根据不等式性质、最值等知识,结合函数的图像,即可求解。
  解;(1)依题意知,汽车从甲地匀速行驶到乙地所用时间为,全程运输成本为
  ∴所求函数及其定义域为
  (2)依题意知,均为正数
  当且仅当,即时,①式中等号成立 若则当时,有;
  若,由图像可知,則当时,有;
  综上可知,为使全程运输成本最小,当时,行驶速度应为,当时行驶速度应为
  评注:本题考查建立函数的模型,还考查学生综合运用所学数学知识解决实际问题的能力。
  在上述几例中,我们发现数形结合可以把一个复杂的问题简单化,解法新鲜,易于接受,充分体现试题的本质特征。其实数学中的许多问题都可以采用数形结合的方法求解,希望同学们细心揣摩,多角度思考,充分挖掘数与形的内在联系,掌握数形结合这一快捷的解题方法。
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