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【摘 要】数形结合就是将抽象的数学语言与直观的图像结合起来,关键是代数问题与图形之间的相互转化,它可以使代数问题几何化,几何问题代数化。其应用大致可以分为两种情形:或者是借助形的生动和直观性来阐明数之间的联系,即以形作为手段,数为目的;或者是借助于数的精确性和规范严密性来阐明形的某些属性,即以数作为手段,形作为目的。
【关键词】数学结合;数学教学;思想方法
下面谈一谈数形结合的几种常见类型。
一、由数想形,直观显现
例1.设a、b是两个实数,A={(x,y)|x=n,y=na+b}(n∈Z),B={(x,y)|x=m,y=3m2+15}(m∈Z),C={(x,y)|x2+y2≤144},讨论是否存在a,b,使得A∩B≠φ与(a,b)∈C同时成立。
分析:集合A、B都是不连续的点集,“存在a、b,使得A∩B≠φ”的含义就是“存在a、b使得na+b=3n2+15(n∈Z)有解(A∩B时x=n=m)。再抓住主参数a、b,则此问题的几何意义是:动点(a,b)在直线L:nx+y=3n2+15上,且直线与圆x2+y2=144有公共点,但原点到直线L的距离≥12。
解:由A∩B≠φ得:na+b=3n2+15;
设动点(a,b)在直线L:nx+y=3n2+15上,且直线与圆x2+y2=144有公共点,
所以圆心到直线距离d= 12
∵n为整数 ∴上式不能取等号,故a、b不存在。
评注:集合转化为点集,而用图形进行研究。此题也属探索性问题用数形结合法解,其中还体现了主元思想、方程思想,并体现了对有公共点问题的恰当处理方法。
二、用“数”说“形”
例2.已知曲线C1:y=3x+4x,曲线C2:y=5x,试判断曲线C1与曲线C2的交点个数。
分析:因难准确画出曲线C1的图象,因此通过直接观察C1与C2的图象而判断交点个数是难以解决。由y=3x+4xy=5x,得3x+4x=5x,两边除以5x,使方程的一边得到简化,得 x=1。联想指数函数的单调性即易得解。
解:由y=3x+4xy=5x,得3x+4x=5x。
易知x=2是方程的解。故曲线C1与曲线C2有一个交点。
评注:本题是一个有关“形”的问题,通过代数变换,即用“数”的方法,说明了“形”的道理。当然为使“数”具备较强的说服力,还可再用“形”辅助说明。
总之,数形结合是一个数学思想方法,包含“以形助数”和“以数辅形”两个方面。数形结合思想在高中数学的思想方法中占有非常重要的地位,从上面所举的例子中,可以看出:数形结合思想的“数”与“形”结合,相互渗透,把代数式的精确刻画与几何图形的直观描述相结合,使代数问题、几何问题相互转化,使抽象思维和形象思维有机结合;应用数形结合思想,就是要充分考查数学问题的条件和结论之间的内在联系,既分析其代数意义又揭示其几何意义,将数量关系和空间形式巧妙结合,来寻找解题思路,使问题得到解决。
【关键词】数学结合;数学教学;思想方法
下面谈一谈数形结合的几种常见类型。
一、由数想形,直观显现
例1.设a、b是两个实数,A={(x,y)|x=n,y=na+b}(n∈Z),B={(x,y)|x=m,y=3m2+15}(m∈Z),C={(x,y)|x2+y2≤144},讨论是否存在a,b,使得A∩B≠φ与(a,b)∈C同时成立。
分析:集合A、B都是不连续的点集,“存在a、b,使得A∩B≠φ”的含义就是“存在a、b使得na+b=3n2+15(n∈Z)有解(A∩B时x=n=m)。再抓住主参数a、b,则此问题的几何意义是:动点(a,b)在直线L:nx+y=3n2+15上,且直线与圆x2+y2=144有公共点,但原点到直线L的距离≥12。
解:由A∩B≠φ得:na+b=3n2+15;
设动点(a,b)在直线L:nx+y=3n2+15上,且直线与圆x2+y2=144有公共点,
所以圆心到直线距离d= 12
∵n为整数 ∴上式不能取等号,故a、b不存在。
评注:集合转化为点集,而用图形进行研究。此题也属探索性问题用数形结合法解,其中还体现了主元思想、方程思想,并体现了对有公共点问题的恰当处理方法。
二、用“数”说“形”
例2.已知曲线C1:y=3x+4x,曲线C2:y=5x,试判断曲线C1与曲线C2的交点个数。
分析:因难准确画出曲线C1的图象,因此通过直接观察C1与C2的图象而判断交点个数是难以解决。由y=3x+4xy=5x,得3x+4x=5x,两边除以5x,使方程的一边得到简化,得 x=1。联想指数函数的单调性即易得解。
解:由y=3x+4xy=5x,得3x+4x=5x。
易知x=2是方程的解。故曲线C1与曲线C2有一个交点。
评注:本题是一个有关“形”的问题,通过代数变换,即用“数”的方法,说明了“形”的道理。当然为使“数”具备较强的说服力,还可再用“形”辅助说明。
总之,数形结合是一个数学思想方法,包含“以形助数”和“以数辅形”两个方面。数形结合思想在高中数学的思想方法中占有非常重要的地位,从上面所举的例子中,可以看出:数形结合思想的“数”与“形”结合,相互渗透,把代数式的精确刻画与几何图形的直观描述相结合,使代数问题、几何问题相互转化,使抽象思维和形象思维有机结合;应用数形结合思想,就是要充分考查数学问题的条件和结论之间的内在联系,既分析其代数意义又揭示其几何意义,将数量关系和空间形式巧妙结合,来寻找解题思路,使问题得到解决。