数 形 结 合
江苏省阜宁中学 黄爱华 224400
数形结合是根据数量与图形之间的关系,认识研究对象的数学特征、寻找解决问题的一种数学思想。通常情况下,在应用数形结合思想方法解决问题时,往往偏重于"形"对"数"的作用,也就是经常地利用图形的直观性来解决某些数学问题。
数形结合思想方法是近些年来高考重点考查的思想方法之一,每年的高考试题(特别是客观题)能够用此方法解决者均占相当的比例。其特点是形象、直观、快捷,因此是高考备考中应予重视的重要数学解题方法。
例1 (1995年全国理)已知I为全集,集合M、NI,若M∩N=N,则( )
A、 B、M C、 D、
分析:集合M、N比较抽象,欲具体考察其关系有困难,若能借助集合的图示(文氏图),就能化抽象为具体,故可作出文氏图加以解决。
可作出文氏图加以解决:
解:用文氏图来表示M、N(如图1),显然CIMCIN ,故选C
评注:对于抽象集合问题,只须按题设作出文氏图即可解决。
例2、(2003年新课程理)
设函数f(x)=,若f(x)>1,则x0的取值范围是
A.(-1,1) B.(-1,+∞) C.(-∞,-2)∪ (0,+∞) D.(-∞,-1)∪ (1,+∞)
分析:常规思路:分段函数进行分段处理,因为f(x0)>1,当x0≤0时,2-x0-1>1,2-x0>2,∴x0<-1;当x0>0时,∴x0>1
综上,x0的取值范围是(-∞,-1)∪(1,+∞)
本题若作出函数图象,就能回避分类讨论。
解:首先画出函数y=f(x)与y=1的图象(图2),结合图象,关注选项特征,易得f(x)>1时,所对应的x的取值范围,选D。
评注:对于与分段函数相联系的相关问题(如不等式,最值),均可借助图象法优化解题,另外,对于一些简单不等式,特别是解无理不等式,抽象不等式,均可考虑数形结合法,请看例3 。
例3、(1)已知奇函数f(x)的定义域为{x|x≠0,x∈R},且在(0,+∞)上单调递增,若f(1)=0,则满足x·f(x)<0的x的取值范围是_________。
(2)解不等式>x+1
分析(1):函数f(x)比较抽象,欲化归为具体目标不等式困难,注意到x·f(x)<0表明自变量与函数值异号,故可作出函数f(x)的图象加以解决。
解:作出符合条件的一个函数图象(示意图)如图3,观察图象易知,满足x·f(x)<0的x的取值范围是(-1,0)∪(0,1)。
分析(2):令y1=的图象为C1,y2=x+1的图象为C2,则解不等式就归结为寻求C1在C2上方时x的取值范围。
解:在同一坐标系内分别作出y1=和y2=x+1的图象(图4),由=x+1解得A(2,3),观察图象易得原不等式的解集{x|- ≤x<2}。
例4、(2004年上海)若函数f(x)=a|x-b|+2在[0,+∞)上为增函数, 则实数a,b的取值范围是______。
分析:①当a>0时,需x-b恒为非负数,满足题意,即a>0,b≤0。
②当a<0时,x-b恒为非正数,又∵x∈(0.+∞),∴不成立。
综合①②知a>0且b≤0。
这是给出的参考答案,本题若能从函数f(x)的图象考虑,不难迅速确定答案。
解:先作出函数f(x)的图象,由图象变换理论,只须将O(0,0)移至O(b,0),在新系下,只须作出y=a|x|+2图象,若b>0,结合图象知,f(x)在[0,+∞)不单调。
∴b≤0,此时要使f(x)在[0,+∞)递增,结合图象分析得a>0。
评注:图象法是解决函数单调性问题的最基本方法。
例5、(2004年上海)已知二次函数y=f1(x)的图象以原点为顶点且过点(1,1),反比例函数y=f2(x)的图象与直线y=x的两个交点间的距离为8,f(x)=f1(x)+f2(x)
(1)求函数f(x)的表达式。
(2)证明:当a>3时,关于x的方程f(x)=f(a)有三个实数解。
分析:由(1) ∴方程f(x)=f(a)即为,若去分母则得到关于x的三次方程,从“数”上处理较难,若能从“形”上考虑,“数形结合”问题可找到解决的方案。
解(2):由f(x)=f(a)得,在同一坐标系内作出f2(x)=和f3(x)=+的大致图象(图5),易知f2(x)与f3(x)在第三象限只有一个交点,即f(x)=f(a)有一个负数解。又f2(2)=4,f3(2)=+-4
当a>3时,
∴当a>3时,在第 一象限f3(x)的图象上存在
点(2,f3 (2))在f2(x)图象的上方。
∴f2(x)与f3(x)在第一象限有两个交点,即f(x)=f(a)有两个正数解。
因此,方程f(x)=f(a),有三个实数解。
评注:关于方程根的个数问题,使用数形结合处理比较方便、直观。
综上,从内容上讲,可以用数形结合思想方法解决的问题,主要有以下几类:
(1)集合的图示;
(2)与函数性质有关的问题;
(3)与方程、不等式有关的问题;
(4)最值问题;
(5)与解析几何有关的问题。
在使用数形结合方法时,要注意以下两点:
(1)数形结合常用来解选择题,填空题,属简缩思维模式,若用来处理解答题,要特别注意说理的严密性,如例5中两函数在第 一象限的交点的说明。
(2)在数形结合时,要注意对函数的优化选择,达到简洁、容易的目的,如将函数转化为=+处理。
数形结合就是运用图形来简化解题思路,
数与形是数学中的两个最古老,也是最基本的研究对象,它们在一定条件下可以相互转化。
中学数学研究的对象可分为两大部分,一部分是数,一部分是形,但数与形是有联系的,这个联系称之为数形结合,或形数结合。我国著名数学家华罗庚曾说过:“数形结合百般好,隔裂分家万事非。”“数”与“形”反映了事物两个方面的属性。我们认为,数形结合,主要指的是数与形之间的一一对应关系。数形结合就是把抽象的数学语言、数量关系与直观的几何图形、位置关系结合起来,通过“以形助数”或“以数解形”即通过抽象思维与形象思维的结合,可以使复杂问题简单化,抽象问题具体化,从而起到优化解题途径的目的。
作为一种数学思想方法,数形结合的应用大致又可分为两种情形:或者借助于数的精确性来阐明形的某些属性,或者借助形的几何直观性来阐明数之间某种关系,即数形结合包括两个方面:第一种情形是“以数解形”,而第二种情形是“以形助数”。“以数解形”就是有些图形太过于简单,直接观察却看不出什么规律来,这时就需要给图形赋值,如边长、角度等等。
数形结合的思想方法是数学教学内容的主线之一,应用数形结合的思想,可以解决以下问题:
一、解决集合问题:在集合运算中常常借助于数轴、Venn图来处理集合的交、并、补等运算,从而使问题得以简化,使运算快捷明了。
二、解决函数问题:借助于图象研究函数的性质是一种常用的方法。函数图象的几何特征与数量特征紧密结合,体现了数形结合的特征与方法。
三、解决方程与不等式的问题:处理方程问题时,把方程的根的问题看作两个函数图象的交点问题;处理不等式时,从题目的条件与结论出发,联系相关函数,着重分析其几何意义,从图形上找出解题的思路。
四、解决三角函数问题:有关三角函数单调区间的确定或比较三角函数值的大小等问题,一般借助于单位圆或三角函数图象来处理,数形结合思想是处理三角函数问题的重要方法。
五、解决线性规划问题:线性规划问题是在约束条件下求目标函数的最值的问题。从图形上找思路恰好就体现了数形结合思想的应用。
六、解决数列问题:数列是一种特殊的函数,数列的通项公式以及前n项和公式可以看作关于正整数n的函数。用数形结合的思想研究数列问题是借助函数的图象进行直观分析,从而把数列的有关问题转化为函数的有关问题来解决。
七、解决解析几何问题:解析几何的基本思想就是数形结合,在解题中善于将数形结合的数学思想运用于对点、线、曲线的性质及其相互关系的研究中。
八、解决立体几何问题:立体几何中用坐标的方法将几何中的点、线、面的性质及其相互关系进行研究,可将抽象的几何问题转化纯粹的代数运算。
多做几个类似的题目啊....找本专题什么的强化一下就可以了
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