数形结合,我的数学解题法宝

来源 :中学生数理化·教与学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jexwbx45535
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  纵观做过的高中数学题,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.尤其是在解方程和解不等式问题、求函数的值域、最值问题,以及求复数和三角函数问题时,运用数形结合方法,不仅通过图形能发现解题途径,而且能避免复杂的计算与推理,可以大大提高做题的速度与正确率.
  一、由数变形
  由数变形在解题过程中一般是根据不等式,做出不等式表示的区域,根据图形得到问题的答案.
  例1已知:x,y∈R,且x2 y2 2y≤0,求证:x2 y2 6x 8>0.
  解析:在直角坐标系中,已知条件可以转变为:x2 (y 1)2≤1,表示圆心在(0,1),半径为1的圆面区域.求证式为(x 3)2 y2>1,表示半径为1,圆心为(-3,0)的圆的外部.从图形可知,圆面x2 (y 1)2≤1上的点在圆(x 3)2 y2>1的外部,所以x2 y2 6x 8>0成立.
  二、由形变数
  一般应用于函数值域或某些系数的求解.
  例2已知函数f(x)=ax3 bx2 x(a,b∈R且ab≠0)的图象如图1,且|x1|>|x2|,则有().
  A.a>0,b>0
  B.a<0,b<0
  C.a<0,b>0
  D.a>0,b<0
  解析:由图知两个零点x1,x2.从而得导函数f′(x)=3ax2 2bx 1的图象是开口向下、与x轴交于点(x1,0)、(x2,0)的抛物线.又由图得a<0,从而可以判断a,b,c的符号.由图象可知:
  x(-∞,x1)x1(x1,x2)x2(x2, ∞)
  f(x)↘极小值↗极大值↘
  f′(x)-0 0-
  因為导函数f′(x)=3ax2 2bx 1的图象是开口向下、与x轴交于点(x1,0)、(x2,0)的抛物线,所以a<0,x1 x2=2b3a.由x1<0,x2>0,且|x1|>|x2|,知:x1 x2=2b3a,所以b<0.答案为B.
  三、数形等价
  在高中数学解题时,应用数形结合,由形观察数或由数构造图,离不开“观察”、“构造”,需要数形等价进行严格逻辑推理,防误求优.
  例3方程x13=2sinx的实根的数量是().
  A.3B.7C.5D.9
  解析:应用图象法,作函数y=2sinx和y=x13的图象(如图2).
  两函数为奇函数,只需要绘制x≥0的部分即可,又因当x>8时,x13>2≥2sinx,两者不可能有交点.所以图形只取[0,3π]一段即可,图形中除原点外,还有3个交点,由奇函数性质可知实数根为7个.但是,当x=18时,1813=12>2·18>2sin18,在[0,π2]内还有一交点,由奇函数性质可知答案为9个实数根.答案为D.
  四、动静转换
  在高中数学解题时,以动求静,以“动”观点看待“静”问题,将常数看作是变量的取值,静止状态是运动中的“瞬间”,也可以静制动,用字母表示无限取值,用方程表示动点轨迹,用不等式描述变量极限趋势,用函数反映事物关系.动静转换策略表现为不变量、定值探求、轨迹相交、初步变换、递推法、局部调整法、交换法等.
  例4一个圆经过点B(5,6),且与已知圆x2 y2-4x-8y 15=0相切于点A(3,6),求圆的方程.
  解析:化静为动,A(3,6)为圆(x-3)2 (y-6)2=R2趋于0的极限值,那么过圆(x-3)2 (y-6)2=R2且与已知圆相交的圆方程为:(x-3)2 (y-6)2-R2 λ(x2 y2-4x-8y 15)=0.将B(5,6)代入,且令R=0,得出λ=-12,代入x2 y2-8x-16y 75=0.
  数形结合是高中数学解题中经常用到的基本思想,在具体解题中需要具体问题具体分析,让数学问题化易、化简、化熟是解题根本.
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