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抽象的概念与具体形象的联系和转化,是高中数学教学中的一条重要的数学原则。如果能注意数形结合思想的应用,能使许多数学问题简单化。下面试从函数图象和几何图形两个方面举例说明“以形助数”的有关妙用。
一、利用数形结合思想解决方程和不等式问题
1.利用二次函数的图像求一元二次不等式的解集
例1:解不等式x2-x-6>0
分析:我们可先联想对应的二次函数
y=x2-x-6的图像,从x2-x-6=0解得x1=-2,x2=3
知该抛物线与x轴交点横坐标为-2,3,当x取
交点两侧的值时,即x<-2或x>3时,y>0。即
x2-x-6>0。故可得不等式x2-x-6>0的解集为:{x|x<-2或x>3}
例2:求不等式-x2+2x-3>0的解集
分析:我们先联想对应的二次函数
y=-x2+2x-3的图像,抛物线开口向下,与x轴
没有交点,很明显,无论x取任何值时都有
y<0,即-x2+2x-3<0,∴-x2+2x-3>0的解集
为空集。而-x2+2x-3<0的解集为全体实数。
因此,我们要求一元二次不等式的解集时,只要联想对应的二次函数的图像,确定抛物线的开口方向和与x轴的交点情况,便可直观地看出所求不等式地解集。
2.利用二次函数的图像解决一元二次方程根的分布情况问题
例3:a为何值时,方程2a2x2+2ax+1-a2=0的两根在(-1,1)之内?
分析:显然a2≠0,我们可从已知方程联想到
相应的二次函数y=2a2x2+2ax+1-a2的草图,从
图像上我们可以看出,要使抛物线与x轴的两个
交点在(-1,1)之间,必须满足条件:
从而可解得a的取值范围为。
3.利用函数图像解决方程的近似解或解的个数问题
例4:解方程3x=2-x
分析:由方程两边的表达式我们可以联想起函数y=3x与y=2-x,作出这两个函数的图像,这两个函数图像交点的横坐标为方程的近似解,可以看出方程的近似解为x≈0.4。
二、数形结合思想在解决集合问题中的应用
1.利用韦恩图法解决集合之间的关系问题。一般用圆来表示集合,两圆相交则表示两集合有公共元素,两圆相离则表示两个集合没有公共元素。利用韦恩图法能直观地解答有关集合之间的关系的问题。如:
例5:有48名学生,每人至少参加一个活动小组,参加数理化小组的人数分别为28,25,15,同时参加数理小组的8人,同时参加数化小组的6人,同时参加理化小组的7人,问同时参加数理化小组的有多少人?
分析:我们可用圆A、B、C分别表示
参加数理化小组的人数(如右图),则三圆
的公共部分正好表示同时参加数理化小组
的人数.用n表示集合的元素,则有:
n(A)+n(B)+n(C)-n(A∩B)-n(A∩C)-n(B∩C)+n(A∩B∩C)=48
即:28+25+15-8-6-7+n(A∩B∩C)=48
∴n(A∩B∩C)=1,即同时参加数理化小组的有1人。
2.利用数轴解决集合的有关运算和集合的关系问题
例6:已知集合A={x|-1<x<3},B={x|a<x<3a},(a∈R)
⑴若 ,求a的范围.⑵若 ,求a的范围。
分析:先在数轴上表示出集合A的范围。
要使 ,由包含于的关系可知集合B应该
覆盖集合A,从而有: ,这时a的值
不可能存在。要使,当a >0时集合A
应该覆盖集合B,应有 成立,即0<a≤1。
当 时a≤0,,显然成立。
故 时的取值范围为:a≤1
一、利用数形结合思想解决方程和不等式问题
1.利用二次函数的图像求一元二次不等式的解集
例1:解不等式x2-x-6>0
分析:我们可先联想对应的二次函数
y=x2-x-6的图像,从x2-x-6=0解得x1=-2,x2=3
知该抛物线与x轴交点横坐标为-2,3,当x取
交点两侧的值时,即x<-2或x>3时,y>0。即
x2-x-6>0。故可得不等式x2-x-6>0的解集为:{x|x<-2或x>3}
例2:求不等式-x2+2x-3>0的解集
分析:我们先联想对应的二次函数
y=-x2+2x-3的图像,抛物线开口向下,与x轴
没有交点,很明显,无论x取任何值时都有
y<0,即-x2+2x-3<0,∴-x2+2x-3>0的解集
为空集。而-x2+2x-3<0的解集为全体实数。
因此,我们要求一元二次不等式的解集时,只要联想对应的二次函数的图像,确定抛物线的开口方向和与x轴的交点情况,便可直观地看出所求不等式地解集。
2.利用二次函数的图像解决一元二次方程根的分布情况问题
例3:a为何值时,方程2a2x2+2ax+1-a2=0的两根在(-1,1)之内?
分析:显然a2≠0,我们可从已知方程联想到
相应的二次函数y=2a2x2+2ax+1-a2的草图,从
图像上我们可以看出,要使抛物线与x轴的两个
交点在(-1,1)之间,必须满足条件:
从而可解得a的取值范围为。
3.利用函数图像解决方程的近似解或解的个数问题
例4:解方程3x=2-x
分析:由方程两边的表达式我们可以联想起函数y=3x与y=2-x,作出这两个函数的图像,这两个函数图像交点的横坐标为方程的近似解,可以看出方程的近似解为x≈0.4。
二、数形结合思想在解决集合问题中的应用
1.利用韦恩图法解决集合之间的关系问题。一般用圆来表示集合,两圆相交则表示两集合有公共元素,两圆相离则表示两个集合没有公共元素。利用韦恩图法能直观地解答有关集合之间的关系的问题。如:
例5:有48名学生,每人至少参加一个活动小组,参加数理化小组的人数分别为28,25,15,同时参加数理小组的8人,同时参加数化小组的6人,同时参加理化小组的7人,问同时参加数理化小组的有多少人?
分析:我们可用圆A、B、C分别表示
参加数理化小组的人数(如右图),则三圆
的公共部分正好表示同时参加数理化小组
的人数.用n表示集合的元素,则有:
n(A)+n(B)+n(C)-n(A∩B)-n(A∩C)-n(B∩C)+n(A∩B∩C)=48
即:28+25+15-8-6-7+n(A∩B∩C)=48
∴n(A∩B∩C)=1,即同时参加数理化小组的有1人。
2.利用数轴解决集合的有关运算和集合的关系问题
例6:已知集合A={x|-1<x<3},B={x|a<x<3a},(a∈R)
⑴若 ,求a的范围.⑵若 ,求a的范围。
分析:先在数轴上表示出集合A的范围。
要使 ,由包含于的关系可知集合B应该
覆盖集合A,从而有: ,这时a的值
不可能存在。要使,当a >0时集合A
应该覆盖集合B,应有 成立,即0<a≤1。
当 时a≤0,,显然成立。
故 时的取值范围为:a≤1