数形结合在数学解题中的应用

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  华罗庚先生说过:数缺形时少直观,形少数时难入微,数形结合百般好,隔裂分家万事休.
   
  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,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.
  下面我就简单的介绍一下“数形结合”在数学解题中的应用.
  一 方程、函数中的数形结合问题
  1. 确定参数的范围
  近几年的高考题中,有很多关于含参变量的问题,特别是确定参变量的取值范围问题,解决此类问题若是死算硬算既耽误时间正确率还不高,如用图形考虑,往往会起到事半功倍的效果.
  例1 已知方程|x2-4x+3|+k=0有四个根,求k的取值范围.
  [分析] 若以代数方法需保证方程|x2-4x+3|+k=0在区间(-∞,1)∪(3.+∞)
  内有两根,且方程|x2-4x+3|+k=0在区间[1,3]内有两根.而画出y1=|x2-4x+3|,
  y2=-k的图象后,只需两图象有四个交点即可.
  
  
  解:作y1=|x2-4x+3|,y2=-k的图象如图
  只有当0  
  
  2. 确定函数的单调区间和奇偶性
  在研究函数的单调性时,有时先画其图形,由图形直接得出结论会较为简便.
  例2 求函数y=|x+2-1-x2|的单调区间
  [分析] 此题式子较为复杂,如用定义很难求出单调区间,但要是将式子化简后作出图象,将很容易得出答案.
  解:原函数变形为y2=|x+2-1-x2|12+12则y2的几何意义为半圆x2+y2=1(0≤y≤1)上点P(x,1-x2)到直线x-y+2=0的距离
  
  如图,过O作OH.垂直于直线x-y+2=0,垂足为H.
  与半圆交点为P0,可得P0-22,22显然,
  当x∈-1,-22时,y2递减当x∈-22,1时,y2递增
  故函数的递减区间为-1.-22,递增区间为-22,1
  二 最值中的数形结合问题
  利用函数图象来求解最值问题是一种常用的方法,画出图形后,许多隐藏的条件会显而易见的.
  例3 求函数y=sinx+2cosx-2的值域.
  
  解:y=sinx+2cosx-2的形式类似于斜率公式y=y2-y1x2-x1,
  y=sinx+2cosx-2P0(2,-2),P(cosx,sinx)的直线的斜率.
  由于点P在单位圆x2+y2=1上(如图)显然,kP0A≤y≤kP0B
  设过P0的圆的切线方程为y+2=k(x-2),则有|2k+2|k2+1=1
  解得k=-4±73即kP0A=-4-73,kP0B=-4+73
  故-4-73≤y≤-4+73
  即函数值域为-4-73,-4+73
  
  三 不等式中的数形结合问题
  不等式f(x)>0相当于对应的曲线在轴的上方且与x轴没有交点,f(x)>g(x)相当于对应的曲线是f(x)上方的部分,理解了这两种不等式的图形所代表的意义,就可以根据图形很容易的证明不等式或解不等式了.
  例4 解不等式x+2>x
  [常规解法]
   原不等式等价于(Ⅰ) x≥0
  x+2≥0
  x+2>0或(Ⅱ)x<0
  x+2≥0解(Ⅰ)得0≤x<2;
   解(Ⅱ)得-2≤x<0综上可知,原不等式的解集为{x|-2≤x<0或0≤x<2}={x|-2≤x<2}
  [数形结合解法] 令y1=x+2,y2=x,则不等式x+2>x的解就是使y1=x+2的图象在y2=x的上方的那段对应的横坐标.如下图,不等式的解集为{x|xA≤x≤xB},而xB可由x+2=x解得xB=2,xA=-2,故不等式的解集为{x|-2≤x<2}
  
  四 其他的数形结合问题
  还有很多题目若是用数形结合的思想解决会更方便
  关于一些比较大小的题,如果把每个式子的值都算出来,既麻烦又不一定准确,如果通过画图找关系,则一目了然
  例5 若0  
  
  [分析] 若能将此三数视为函数y1=x、y2=sinx、y3=tanx在0x>sinx
  数形结合的思想方法应用非常广泛,在此我仅介绍了常用的几种方法,常见的几种题型.
  运用数形结合思想,不仅直观易发现解题途径,而且能避免复杂的计算与推理,大大简化了解题过程.这在解选择题、填空题中更显其优越,所以我们要注意培养这种思想意识,要争取胸中有图,见数想图,以开拓自己的思维视野.
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