数形结合思想在高考中的应用

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  数形结合思想是解答高考数学试题的一种常用方法与技巧,特别是在解选择题、填空题时往往能发挥奇效,因此重视对有关数形结合题型的分析,将有助于提高解题的能力和速度. 下面就2014年高考中出现的数形结合题型进行浅析,希望引起更多读者对数形结合思想的重视.
  数形结合在圆中的应用
  例1 在平面直角坐标系中,[A,B]分别是[x]轴和[y]轴上的动点,若以[AB]为直径的圆[C]与直线[2x+y-4=0]相切,则圆[C]面积的最小值为( )
  A. [45π] B. [34π] C. [(6-25)π] D. [54π]
  分析 涉及直线与圆的位置关系式,应多考虑圆的性质,利用平面几何知识直观求解.
  [ 图1] 解 如图1,以线段[AB]为直径的圆[C]必过原点O([∠AOB=90°]),要使圆[C]的面积最小,只需圆[C]的半径或直径最小. 又圆[C]与直线[2x+y-4=0]相切,所以由平面几何知识知,圆[C]的直径的最小值为点[O]到直线[2x+y-4=0]的距离,此时[2r=45],得[r=25.]因此,圆[C]面积的最小值为[S=πr2=45π].
  答案 A
  点拨 本题考查考生灵活运用所学知识分析问题,解决问题的能力;仔细琢磨、分析,动圆[C]的圆心的轨迹是一条抛物线,其中[O]为顶点,直线[2x+y-4=0]为准线. 此时也就不难理解为什么原点[O]到直线[2x+y-4=0]的距离为直径的最小值,设计独特.
  数形结合在向量中的应用
  例2 在平面直角坐标系[xOy]中,已知向量[a,b,|a|][=|b|=1,a?b=0],点[Q]满足[OQ=2(a+b)]. 曲线[C={P|OP=acosθ+bsinθ,0≤θ≤2π}],区域[Ω={P|0  A.[1  C.[r≤1  分析 因为[a=b=1,a?b=0],即[a]与[b]为单位向量,且相互垂直,所以把[a]与[b]作为平面直角坐标系的基底. 从而可使点[Q]坐标化,曲线[C]与[Ω]具体化,问题明朗化、简单化.
  解 设[a=(1,0),b=(0,1)]则[OP=(cosθ,sinθ)],[OQ=(2,2)]. [ 图2] 以曲线[C]是单位圆,区域[Ω]为圆环(如图2),要使得[C?Ω]为两段分离的曲线,就要使得[Ω]圆环的大小圆与单位圆[C]都相交即可. ∵[|OQ|=2],∴[1  答案 A
  点拨 此题把向量、集合、三角函数、平面几何、解析几何融合交汇,侧重几何意义的考查,综合性较强,重视对数学语言的运用与转化,显示出命题人的巧妙构思,起着一定的把关作用.
  数形结合在函数中的应用
  例3 已知函数[f(x)=ax3-3x2+1],若[f(x)]存在惟一的零点[x0],且[x0>0],则[a]的取值范围是( )
  A. [(2,+∞)] B. [(1,+∞)]
  C. [(-∞,-2)] D. [(-∞,-1)]
  分析 在研究含参数的函数零点问题时,借助导數,利用[f(x)]与[f(x)]的图象,数形结合分类讨论,可快速准确地解题.
  解 (1)[a=0]时,有两个零点,不满足题意.
  [ 图3](2)[a<0]时,[f(x)=ax3-3x2+1],[f(x)=3ax2-6x=0],得[x=0]或[x=2a],由[f(x)]的草图如图3可知,
  当[x∈(-∞,2a)]时,[f(x)<0],[f(x)]为减函数;
  当[x∈(2a,0)]时,[f(x)>0],[f(x)]为增函数;
  当[x∈(0,+∞)]时,[f(x)<0],[f(x)]为减函数.
  故得满足题意[f(x)]的草图为图4: [图4]
  因为[f(x)]存在唯一的零点[x0],
  所以[f(2a)>0],得[a>2]或[a<-2].
  故此时[a<-2].
  (3)[a>0]时,[f(x)=3ax2-6x=0],
  得[x=0]或[x=2a],由[f(x)]的草图如图5可知:
  [ 图5] [图6]
  当[x∈(-∞,0)]时,[f(x)>0],[f(x)]为增函数;
  当[x∈(0,2a)]时,[f(x)<0],[f(x)]为减函数;
  当[x∈(2a,+∞)]时,[f(x)>0],[f(x)]为增函数.
  故此时满足题意[f(x)]的草图为图6.
  因为[f(x)]存在唯一的零点[x0],但显然[x0<0],不满足题意.
  综上得:[a<-2].
  答案 C
  点拨 此题考查了含参数的零点讨论、转化与化归、数形结合、分类讨论的数学思想的应用,画图很好地为解题搭建了思路,逻辑思维方面,步步为营,环环相扣,层层递进. 虽然背景质朴熟悉,但考生不易求解或由于思维不严谨而容易出错.
  例4 已知函数[f(x)]是定义在[R]上的奇函数,当[x≥0]时,[f(x)=12(|x-a2|)+|x-2a2|-3a2.]若[?x∈R,f(x-1)][≤f(x),]则实数[a]的取值范围为( )
  A. [[-16,16]] B. [[-66,66]]
  C. [[-13,13]] D. [[-33,33]]
  解析 当[x≥0]时,[f(x)=-x, 0≤x≤a2,-a2, a2  又[f(x)]为奇函数,可得[f(x)]的图象如图7所示,观图象可知,要使[?x∈R, f(x-1)≤f(x)]成立,则需满足[4a2-(-2a2)≤1],解得,[-66≤a≤66].
  [图7]
  答案 B
  点拨 本题考查考生应用数形结合思想、综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力,充当小题把关的重要角色,题目设置新颖,算的不多,但想的很多且还要想到位,这需要足够的知识储备与数学灵气.
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