數(shù)形結(jié)合思想在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

賀云昊

主要說(shuō)明數(shù)形結(jié)合思想是高中數(shù)學(xué)的重要思想之一，數(shù)形結(jié)合方法是重要的一種解題方法。主要介紹數(shù)形結(jié)合思想在解決函數(shù)、方程、不等式、解析幾何等問(wèn)題的應(yīng)用。

數(shù)形結(jié)合思想函數(shù)不等式方程解析幾何數(shù)形結(jié)合是數(shù)學(xué)的本質(zhì)特征，我國(guó)著名數(shù)學(xué)家華羅庚曾說(shuō)過(guò)：“數(shù)形結(jié)合百般好，隔裂分家萬(wàn)事非。”數(shù)形結(jié)合是根據(jù)數(shù)的結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)造出與之相適應(yīng)的幾何圖形，并利用圖形的特征和規(guī)律，解決數(shù)的問(wèn)題，或?qū)D形信息部分或全部轉(zhuǎn)化成代數(shù)信息，削弱或清除形的推理部分，使要解決的形的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)量關(guān)系的討論。

數(shù)形結(jié)合思想是采用了代數(shù)方法和幾何方法的最好方面：幾何圖形形象直觀，便于理解；代數(shù)方法的一般性，解題過(guò)程的程序化，可操作性強(qiáng)，數(shù)形結(jié)合的思想方法是學(xué)好中學(xué)數(shù)學(xué)的重要思想方法之一。因此，研究數(shù)形結(jié)合思想是相當(dāng)必要的。數(shù)形結(jié)合的思想方法是數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容的主線之一，應(yīng)用數(shù)形結(jié)合的思想可以解決以下問(wèn)題。

一、數(shù)形結(jié)合思想解決函數(shù)值域

例1.求函數(shù)f（x）=sinxcosx-2（0≤x≤π） 的值域

分析：觀察函數(shù)的形式，可將其轉(zhuǎn)化成求斜率范圍問(wèn)題。

如圖所示，設(shè)動(dòng)點(diǎn)P（cosx，sinx），定點(diǎn)A（2，0），則直線PA的斜率為所求。即-3，0

小結(jié)：形如f（x）=ax2+bcx2+d（a，c 均不為零）、f（x）=amx+bcmx+d （a，c均不為零） 等函數(shù)求值域問(wèn)題均可。

二、數(shù)形結(jié)合思想解決方程問(wèn)題

三、數(shù)形結(jié)合思想解決不等式問(wèn)題

例3.設(shè)f（x）=x2–2ax+2，當(dāng)x∈[–1，+∞）時(shí)，f（x）>a恒成立，求a的取值范圍.

解法一：由f（x）>a在x∈[–1，+∞）上恒成立x2–2ax+2–a>0在x∈[–1，+∞）上恒成立。因此考查函數(shù)g（x）=x2–2ax+2–a的圖象在x∈[–1，+∞）時(shí)位于x軸上方.如圖兩種情況：

不等式的成立條件是：（1）Δ=4a2–4（2–a）<0a∈（–2，1）

（2）Δ≥0

a<-1

g（-1）>0 a∈（–3，–2]，綜上所述a∈（–3，1）.

四、數(shù)形結(jié)合思想解決比較大小問(wèn)題

例4.設(shè)方程2x+x=0的實(shí)根為a，方程log2x+x=0的實(shí)根為b，方程log2x-1x=0的實(shí)根為c，則（）

A、a

C、b

分析：將函數(shù)f（x）=2x，f（x）=log2x，f（x）=1x，f（x）=-x的圖像畫在同一坐標(biāo)系中，即得A

五、數(shù)形結(jié)合思想解決證明問(wèn)題

例5.已知acosα+bsinα=c， acosβ+bsinβ=c（ab≠0，α–β≠kπ， k∈Z）求證：cos2α-β2=c2a2+b2.

分析：解決此題的關(guān)鍵在于發(fā)現(xiàn)條件的幾何意義，由條件式的結(jié)構(gòu)聯(lián)想到直線方程，進(jìn)而由A、B兩點(diǎn)坐標(biāo)特點(diǎn)知其在單位圓上，從而才能巧用數(shù)形結(jié)合方法完成解題.

證明：在平面直角坐標(biāo)系中，點(diǎn)A（cosα，sinα）與點(diǎn)B（cosβ，sinβ）是直線l：ax+by=c與單位圓x2+y2=1的兩個(gè)交點(diǎn)如圖.

從而：|AB|2=（cosα–cosβ）2+（sinα–sinβ）2

=2–2cos（α–β）

又∵單位圓的圓心到直線l的距離d=|c|a2+b2由平面幾何知識(shí)知|OA|2–（12|AB|）2=d2即

1-2-2cos（α-β）4=d2=c2a2+b

∴cos2α-β2=c2a2+b2.

總之，在教學(xué)過(guò)程中對(duì)“數(shù)”與“形”關(guān)系的揭示與轉(zhuǎn)化，有利于啟發(fā)學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)——數(shù)學(xué)知識(shí)的精髓，才能讓學(xué)生能靈活運(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想解決數(shù)學(xué)問(wèn)題，從而提升能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]學(xué)習(xí)方法報(bào)，語(yǔ)數(shù)教研周刊.2011，（8）.

[2]數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究，教研版.2009，（8）.