數(shù)形結(jié)合是根據(jù)數(shù)量與圖形之間的關(guān)系,認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的數(shù)學(xué)特征、尋找解決問(wèn)題思路的一種數(shù)學(xué)思想。
數(shù)形結(jié)合思想方法是高考重點(diǎn)考查的思想方法之一,近年來(lái)高考試題(特別是客觀題)能夠用此方法解決的均占相當(dāng)?shù)谋壤F涮攸c(diǎn)是形象、直觀、快捷。因此是高考備考中應(yīng)予以足夠重視的數(shù)學(xué)解題思想方法。
題1:如果x,y滿足x-y>0x+y>0,則有()。
A.x+y+2x>0B.x+y+2x<0
C.x+y-2x>0D.x+y-2x<0
分析:若從不等式性質(zhì)入手解決,本題為難題;換一個(gè)視角思考,若從圖形上分析條件與選項(xiàng)意義,本題不難解決。
解:作出可行域:x-y>0x+y>0
而x+y+2x=(x+1)+y-1中(x+1)+y表示可行域內(nèi)點(diǎn)(x,y)到A(-1,0)距離的平方,易知(x+1)+y>1,故x+y+2x>0,選A。
評(píng)注:本題實(shí)質(zhì)上可視為“線性規(guī)劃問(wèn)題”,本題還可變?yōu)椋翰坏仁絰+y-4x<0成立的充分不必要條件是()。借助數(shù)形分析,選D。
題2:已知實(shí)數(shù)x,y滿足(x-2)+2y=3,則最大值為?搖?搖?搖?搖?搖?搖。
分析:本題解法較多,但從數(shù)形上分析可使問(wèn)題解決流暢、簡(jiǎn)潔。
解:(x-2)+2y=1可化為:(x-2)+(y)=3,即(x-2)+y′=3
∴=·
可視為圓(x-2)+y′=3上點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率。
結(jié)合圖2,知()=
∴()=
評(píng)注:在數(shù)形結(jié)合求解時(shí),將橢圓方程(x-2)+2y=3化為圓方程(x-2)+(y)=3去理解是數(shù)形結(jié)合求解的關(guān)鍵。
題3:設(shè)函數(shù)f(x)=2-1,x≤0x,x>0,若f(x)>1,則x的取值范圍是(?搖?搖?搖?搖)。
A.(-1,1)B.(-1,+∞)
C.(-∞,-2)∪(0,+∞)D.(-∞,-1)∪(1,+∞)
分析:按分段函數(shù)進(jìn)行處理,因?yàn)閒(x)>1,
當(dāng)x≤0時(shí),2-x-1>1,2-x>2,
∴x<-1;
當(dāng)x>0時(shí),x>1,∴x>1
綜上,x的取值范圍是(-∞,-1)∪(1,+∞)。
本題若作出函數(shù)f(x)圖像,就能回避分類討論。
解:首先畫(huà)出函數(shù)y=f(x)與y=1的圖像(圖3),結(jié)合圖像,關(guān)注選項(xiàng)特征,易得f(x)>1時(shí),所對(duì)應(yīng)的x的取值范圍,選D。
評(píng)注:對(duì)于與分段函數(shù)相聯(lián)系的相關(guān)問(wèn)題(如不等式、最值),均可借助圖像法簡(jiǎn)化分類,優(yōu)化解題。
題4:O是平面上一定點(diǎn),A、B、C是平面上不共線的三個(gè)點(diǎn),動(dòng)點(diǎn)P滿足=+λ(+),λ∈[0,+∞),則點(diǎn)P的軌跡一定通過(guò)△ABC的()。
A.外心B.內(nèi)心C.重心D.垂心
分析:解決本題的關(guān)鍵在于注重向量語(yǔ)言的解讀。
解:由=+λ(+)得=λ(+)而,為單位向量,故′=+與∠BAC的高平分線同向,又λ(0,+∞),∴與∠BAC角平線同向(圖4),故點(diǎn)P的軌跡一定通過(guò)△ABC的內(nèi)心,選B。
評(píng)注:從圖形上解讀向量式的幾何意義題是理解向量語(yǔ)言的常用方法,若將條件變?yōu)椋簞?dòng)點(diǎn)滿足=+λ(+),按同樣分析,選C。
題5:已知二次函數(shù)y=f(x)的圖像以原點(diǎn)為頂點(diǎn)且過(guò)點(diǎn)(1,1),反比例函數(shù)y=f(x)的圖像與直線y=x的兩個(gè)交點(diǎn)間的距離為8,f(x)=f(x)+f(x)。
(1)求函數(shù)f(x)的表達(dá)式;
(2)證明:當(dāng)a>3時(shí),關(guān)于x的方程f(x)=f(a)有三個(gè)實(shí)數(shù)解。
分析:由(1)f(x)=x+,∴方程f(x)=f(a)即為x+=a+,若去分母則得到關(guān)于x的三be66e3a503bf647fb0a2a94c836259ef次方程,從“數(shù)”上處理較難,若能從“形”上考慮,“數(shù)形結(jié)合”,即可找到解決問(wèn)題的方案。
解:(2)由f(x)=f(a)得x+=a+,即=-x+a+,在同一坐標(biāo)系內(nèi)作出f(x)=和f(x)=-x+a+的大致圖像(圖5),易知f(x)與f(x)在第三象限只有一個(gè)交點(diǎn),即f(x)=f(a)有一個(gè)負(fù)數(shù)解。
又f(2)=4,f(2)=a+-4。
當(dāng)a>3時(shí),f(2)-f(2)=a+-8>a-8>0。
∴當(dāng)a>3時(shí),在第一象限f(x)的圖像上存在點(diǎn)(2,f(2))在f(x)圖像的上方。
∴f(x)與f(x)在第一象限有兩個(gè)交點(diǎn),即f(x)=f(a)有兩個(gè)正數(shù)解。
因此,方程f(x)=f(a)有三個(gè)實(shí)數(shù)解。
評(píng)注:關(guān)于方程根的性態(tài)問(wèn)題,使用數(shù)形結(jié)合處理比較方便、直觀。
綜上,從內(nèi)容上講,可以用數(shù)形結(jié)合思想方法解決的問(wèn)題,主要有以下幾類:
(1)與方程、不等式有關(guān)的問(wèn)題;
(2)與函數(shù)性質(zhì)有關(guān)的問(wèn)題;
(3)與分段函數(shù)相關(guān)問(wèn)題;
(4)向量問(wèn)題;
(5)與解析幾何有關(guān)的問(wèn)題,如線性規(guī)劃問(wèn)題、最值問(wèn)題等。
反思:在使用數(shù)形結(jié)合方法時(shí),要注意以下兩點(diǎn)。
(1)數(shù)形結(jié)合屬簡(jiǎn)縮思維模式,常用來(lái)解選擇題、填空題,若用來(lái)處理解答題,要特別注意說(shuō)理的嚴(yán)密性,如題5中兩函數(shù)在第一象限的交點(diǎn)的說(shuō)明。
(2)在數(shù)形結(jié)合時(shí),要注意對(duì)函數(shù)的優(yōu)化選擇,達(dá)到簡(jiǎn)捷、容易的目的。
如題2中將(x-2)+2y=3轉(zhuǎn)化為(x-2)+(y)=3處理,又如題5中將方程x+=x+a+轉(zhuǎn)化為=-x+a+處理,就是這一意義。