数形结合的思想方法
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数形结合数学思想方法小学数学中虽然没有学习函数,但还是慢慢的开始渗透函数的思想。
为初中数学学习打好基础,如确实位置中,用数对表示平面图形上的点,点的平移引起了了数对的变化,而数对变化也对应了不同的点。
下面小编给大家整理了关于数形结合数学思想方法,希望对你有帮助!1数形结合数学思想方法“数”与“形”是数学的基本研究对象,他们之间存在着对立统一的辨证关系。
数形结合是一种重要的数学思想,是人们认识、理解、掌握数学的意识,它是我们解题的重要手段,是根据数理与图形之间的关系,认识研究对象的数学特征,寻求解决问题的方法的一种数学思想。
它是在一定的数学知识、数学方法的基础上形成的。
它对理解、掌握、运用数学知识和数学方法,觖决数学问题能起到促进和深化的作用。
2数形结合数学思想方法用图形的直观,帮助学生理解数量关系,提高教学效率用数形结合策略表示题中量与量之关系,可以达到化繁为简、化难为易的目的。
“数形结合”可以借助简单的图形(如统计图)、符号和文字所作的示意图,促进学生形象思维和抽象思维的协调发展,沟通数学知识之间的联系,从复杂的数量关系中凸显最本质的特征。
它是小学数学教材的一个重要特点,更是解决问题时常用的方法。
众所周知,学生从形象思维向抽象思维发展,一般来说需要借助于直观。
以数解形:有关图形中往往蕴含着数量关系,特别是复杂的几何形体可以用简单的数量关系来表示。
而我们也可以借助代数的运算,常常可以将几何图形化难为易,表示为简单的数量关系(如算式等),以获得更多的知识面,简单地说就是“以数解形”。
它往往借助于数的精确性来阐明形的某些属性,表示形的特征、形的求积计算等等,而有的老师在出示图形时太过简单,学生直接来观察却看不出个所以然,这时我们就需要给图形赋予一定价值的问题。
助表象,发展学生的空间观念,培养学生初步的逻辑思维能力。
儿童的认识规律,一般来说是从直接感知到表象,再到形成科学概念的过程。
表象介于感知和形成科学概念之间,抓住这中间环节,在几何初步知识教学中,发展学生的空间观念,培养初步的逻辑思维能力,具有十分重要意义。
数形结合思想方法在高中数学教学中的运用一、数形结合思想方法的概念数形结合思想方法是指将数学中的抽象概念与具体图形相结合,使抽象概念更加形象化和具体化,从而帮助学生更好地理解和掌握数学知识。
这种方法通过将数学问题转化为几何问题,突出了问题的形象性和直观性,使学生更容易理解和掌握数学内容。
二、数形结合思想方法的运用1. 代数表达与几何图形在代数学习中,常常涉及到各种方程、函数及其图像。
教师可以引导学生通过绘制函数图像的方法,帮助学生更好地理解代数表达式的意义。
对于一元二次函数y=ax^2+bx+c,教师可以通过绘制抛物线的图像,让学生直观地感受到a、b、c对函数图像的影响,从而加深对函数的理解和运用。
2. 数列与平面几何在数列的学习中,常常涉及到数列的通项公式和求和公式。
通过将数列的通项公式和求和公式与平面几何结合起来,可以帮助学生更好地理解数列的规律和性质。
教师可以通过绘制数列的图形,让学生直观地感受到数列的增减规律及其和的变化规律,从而加深对数列的理解和掌握。
3. 解析几何与代数方程在解析几何的学习中,常常涉及到直线、圆、抛物线等几何图形的方程式。
教师可以通过将几何图形的方程式与代数方程结合起来,帮助学生更直观地理解几何图形的性质和方程的意义。
教师可以通过分析直线方程和圆的方程的关系,让学生理解方程式与几何图形的联系,从而加深对解析几何的理解和运用。
2. 培养学生的几何直观能力学生在数学学习中往往更倾向于代数计算,而对几何图形的理解和运用能力相对较弱。
数形结合思想方法可以帮助学生培养几何直观能力,提高他们对几何图形的理解和运用水平。
3. 提高学生的数学思维能力数形结合思想方法可以激发学生的求知欲,培养他们的数学思维能力。
通过将数学问题转化为几何问题,学生能够更主动地思考和解决问题,提高他们的数学思维能力。
2. 拓展教学手段和方法数形结合思想方法为教师提供了新的教学手段和方法,丰富了教学内容和形式,提高了教学的多样性和趣味性,能够激发学生的学习兴趣。
数形结合思想方法一、知识整合1.数形结合是数学解题中常用的思想方法,使用数形结合的方法,很多问题能迎刃而解,且解法简捷。
所谓数形结合,就是根据数与形之间的对应关系,通过数与形的相互转化来解决数学问题的一种重要思想方法。
数形结合思想通过“以形助数,以数解形”,使复杂问题简单化,抽象问题具体化能够变抽象思维为形象思维,有助于把握数学问题的本质,它是数学的规律性与灵活性的有机结合。
2.实现数形结合,常与以下内容有关:①实数与数轴上的点的对应关系;②函数与图象的对应关系;③曲线与方程的对应关系;④以几何元素和几何条件为背景,建立起来的概念,如复数、三角函数等;⑤所给的等式或代数式的结构含有明显的几何意义。
如等式()()x y -+-=214223.纵观多年来的高考试题,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,数形结合的重点是研究“以形助数”。
4.数形结合的思想方法应用广泛,常见的如在解方程和解不等式问题中,在求函数的值域,最值问题中,在求复数和三角函数问题中,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,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。
二、例题分析例1.2230 13x x kx k k ++=-若关于的方程的两根都在和之间,求的取值范围。
分析:2()23f x x kx k x =++令,其图象与轴交点的横坐标就是方程()0f x =()13y f x =-的解,由的图象可知,要使二根都在,之间, (1)0f ->只需,(3)0f >,()()02bf f k a-=-<同时成立. 10(10)k k -<<∈-解得,故,例2. 解不等式x x +>2 解:法一、常规解法:原不等式等价于或()()I x x x x II x x ≥+≥+>⎧⎨⎪⎩⎪<+≥⎧⎨⎩2020202解,得;解,得()()I x II x 0220≤<-≤<综上可知,原不等式的解集为或{|}{|}x x x x x -≤<≤<=-≤<200222 法二、数形结合解法: 令,,则不等式的解,就是使的图象y x y x x x y x 121222=+=+>=+在的上方的那段对应的横坐标,y x 2=如下图,不等式的解集为{|}x x x x A B ≤<而可由,解得,,,x x x x x B B A +===-222故不等式的解集为。
小学数学中常用的数学思想方法有数形结合思想方法、对应思想方法、符号化思想方法、化归思想方法等。
下面我就如何向学生渗透这些数学思想方法分别举例说明。
1数形结合的数学思想方法。
数和形是数学研究的两个主要对象,两者既有区别,又有联系,互相促进。
所谓数形结合的思想方法就是通过具体事实的形象思维过渡到抽象思维的方法。
数形的结合是双向的,一方面,抽象的数学概念、复杂的数量关系,借助图形使之直观化、形象化、简单化;另一方面,复杂的形体可以用简单的数量关系表示。
用图解法分析问题就是运用这种方法。
我从二年级开始就教学生画线段图分析应用题的数量关系。
例如滩沟小学秋季种树53棵,比春季多种8棵。
春季种树多少棵?”先让学生找到关健句,弄清谁与谁比,谁多谁少,画出线段图:这样做学生比较容易找到数量关系,列出正确版式,同时有克服见“多”就“加”,见“少”就“减”的思维定势。
2对应的思想方法。
对应是人们对两上集合元素之间的联系的一种思想方法。
为此在教学中,我充分发挥教材优势,结合教学内容逐步渗透“对应”的数学思想方法。
数学素质教育的目的,就是要通过数学学习,使学生具有一定的数学意识,会合乎逻辑地思考、推理和判断,从而使分析问题和解决问题的能力得以提高,创新意识,创新能力得到培养,创新思维品质得到优化,严谨求实,知难而进的精神品质得到发展。
为此,教师在分析教材时,不仅要弄清重点,难点,而且还要深入挖掘章节知识及例题,习题中蕴含的数学思想方法。
使学生初步接触一一对应的思想,初步感知两个集合的各元素之间能一一对应,它们的数量就是“同样多”。
3符号化数学思想方法。
数学的一个突出特点是符号加逻辑。
而符号化思想是数学信息的载体,能大大简化运算或推理过程,加快思维的速度,提高学习效率。
因此在教学中,要尽量把实际问题用数学符号来表达,还要充分把握每个数学符号所蕴含的丰富内涵和实际意义。
例如“=”右边开口张大;左边积木数减少,“=”左边的开口缩小,边说边用左手的食指、中指摆成一个小于号,使学生认识小于号。
数形结合的思想方法数形结合思想是高考必考的七大数学思想之一,是数学研究对象的数量关系和空间形式,即数与形两个方面,把数量关系的研究转化为图形性质的研究,或者把图形性质的研究转化为数量关系的研究,这种解决问题过程中“数”与“形”相互转化的研究策略,就是数形结合的思想。
数形结合思想就是要使抽象的数学语言与直观的图形结合起来,使抽象思维与形象思维结合起来。
在使用的过程中,由“形”到“数”的转化,往往比较明显,而由“数”到“形”的转化却需要转化的意识,因此,数形结合的思想的使用往往偏重于由“数”到“形”的转化。
在一维空间,实数与数轴上的点建立一一对应关系;在二维空间,实数对与坐标平面上的点建立一一对应关系。
特别是在集合、函数、不等式、数列、向量、解析几何、导数与积分等能够用图形表述的知识点,就要用数形结合形象化,高考在选择题、填空题侧重突出考查数到形的转化,在解答题中,考虑推理论证严密性,突出形到数的转化。
1.集合问题中的数形结合例1.已知全集u=r,集合a=x|-2≤x≤3,b=x|x4,那么集合ai(c∪b)等于()a.x|-2≤x0)时f’(x0),函数y=f(x)的图象过原点,所以顶点在第一象限评注:要熟悉导函数与原函数之间的关系,对一次、二次函数关系及其图象的特点要很熟悉。
4.利用不等式表示的平面区域解答问题例4.若m为不等式组x≤0y≥0y-x≤2表示的平面区域,则当 a 从-2连续变化到1时,动直线x+y=a扫过m中的那部分区域的面积为分析:作出不等式表示的平面区域,然后再作平行线x+y=-2 和x+y=1 则夹在两平行线之间的部分即为所求。
解:如图知δaob是直角边为2 的等腰直角三角形,δbcd是斜边为1等腰直角三角形,则所求区域的面积为s=sδaob-sδbcd=■×2×2-■×1×■=■评注:涉及到不等式表示的平面区域问题时常常要画出图形数形结合解答问题。
高考数学总复习第三讲:数形结合一、专题概述 ---什么是数形结合的思想数形结合的思想,就是把问题的数量关系和空间形式结合起来加以考察的思想.恩格斯说:“纯数学的对象是现实世界的空间形式和数量关系.”“数”和“形”是数学中两个最基本的概念,它们既是对立的,又是统一的,每一个几何图形中都蕴含着与它们的形状、大小、位置密切相关的数量关系;反之,数量关系又常常可以通过几何图形做出直观地反映和描述,数形结合的实质就是将抽象的数学语言与直观的图形结合起来,使抽象思维和形象思维结合起来,在解决代数问题时,想到它的图形,从而启发思维,找到解题之路;或者在研究图形时,利用代数的性质,解决几何的问题.实现抽象概念与具体形象的联系和转化,化难为易,化抽象为直观.数形结合包括:函数与图象、方程与曲线、复数与几何的结合;几何语言叙述与几何图形的结合等.二、例题分析1.善于观察图形,以揭示图形中蕴含的数量关系.观察是人们认识客观事物的开始,直观是图形的基本特征,观察图形的形状、大小和相互位置关系,并在此基础上揭示图形中蕴含的数量关系,是认识、掌握数形结合的重要进程.例1.函数的图象的一条对称轴方程是:(A)(B)(C)(D)分析:通过画出函数的图象,然后分别画出上述四条直线,逐一观察,可以找出正确的答案,如果对函数的图象做深入的观察,就可知,凡直线x=a通过这一曲线的一个最高点或一个最低点,必为曲线的一条对称轴,因此,解这个问题可以分别将代入函数的解析式,算得对应的函数值分别是:,其中只有–1是这一函数的最小值,由此可知,应选(A)2.正确绘制图形,以反映图形中相应的数量关系.观察图形,既要定性也要定量,借助图形来完成某些题时,仅画图示“意”是不够的,还必须反映出图形中的数量关系.例2.问:圆上到直线的距离为的点共有几个?分析由平面几何知:到定直线L:的距离为的点的轨迹是平行L的两条直线.因此问题就转化为判定这两条直线与已知圆的交点个数.将圆方程变形为:,知其圆心是C(-1,-2),半径,而圆心到定直线L的距离为,由此判定平行于直线L且距离为的两条直线中,一条通过圆心C,另一条与圆C相切,所以这两条直线与圆C共有3个公共点(如图1)启示:正确绘制图形,一定要注意把图形与计算结合起来,以求既定性,又定量,才能充分发挥图形的判定作用.3.切实把握“数”与“形”的对应关系,以图识性以性识图.数形结合的核心是“数”与“形”的对应关系,熟知这些对应关系,沟通两者的联系,才能把握住每一个研究对象在数量关系上的性质与相应的图形的特征之间的关联,以求相辅相成,相互转化.例3.判定下列图中,哪个是表示函数图象.分析由=,可知函数是偶函数,其图象应关于y轴对称,因而否定(B)、(C),又,的图象应当是上凸的,(在第Ⅰ象限,函数y单调增,但变化趋势比较平缓),因而(A)应是函数图象.例4.如图,液体从一圆锥形漏斗注入一圆柱形桶中,开始时,漏斗盛满液体,经过3分钟注完.已知圆柱中液面上升的速度是一个常量,H是圆锥形漏斗中液面下落的距离,则H与下落时间t(分)的函数关系用图象表示只可能是().分析由于圆柱中液面上升的速度是一个常量,所以H与t的关系不是(B),下落时间t越大,液面下落的距离H应越大,这种变化趋势应是越来越快,图象应当是下凸的,所以只可能是(D).例5.若复数z满足,且,则在复平面上对应点的图形面积是多少?分析满足的复数z对应点的图形是:以C(1,1)为圆心,为半径的圆面,该圆面与图形的公共部分为图中所示阴影部分(要注意到∠AOC=45°)因此所求图形的面积为:4.灵活应用“数”与“形”的转化,提高思维的灵活性和创造性.在中学数学中,数形结合的思想和方法体现最充分的是解析几何,此外,函数与图象之间,复数与几何之间的相互转化也充分体现了数形结合的思想和方法.通过联想找到数与形之间的对应关系是实现转化的先决条件,而强化这种转化的训练则是提高思维的灵活性和创造性的重要手段.例6.已知C<0,试比较的大小.分析这是比较数值大小问题,用比较法会在计算中遇到一定困难,在同一坐标系中,画出三个函数:的图象位于y轴左侧的部分,(如图)很快就可以从三个图象的上、下位置关系得出正确的结论:例7 解不等式解法一(用代数方法求解),此不等式等价于:解得故原不等式的解集是解法二 (采用图象法) 设即对应的曲线是以为顶点,开口向右的抛物线的上半支.而函数y=x+1的图象是一直线.(如图) 解方程可求出抛物线上半支与直线交点的横坐标为2,取抛物线位于直线上方的部分,故得原不等式的解集是.借助于函数的图象或方程的曲线,引入解不等式(或方程)的图象法,可以有效地审清题意,简化求解过程,并检验所得的结果.例8 讨论方程的实数解的个数.分析:作出函数的图象,保留其位于x 轴上方的部分,将位于x 轴下方的部分沿x 轴翻折到x 轴上方,便可得到函数的图象.(如图)再讨论它与直线y=a 的交点个数即可. ∴当a <0时,解的个数是0;当a=0时或a >4时,解的个数是2;当0<a <4时,解的个数是4;当a=4时,解的个数是3.9.已知直线和双曲线有且仅有一个公共点,则k 的不同取值有()(A )1个(B )2个(C )3个 (D )4个分析:作出双曲线的图象,并注意到直线是过定点()的直线系,双曲线的渐近线方程为∴过()点且和渐近线平行的直线与双曲线有且仅有一个公共点,此时k取两个不同值,此外,过()点且和双曲线相切的直线与双曲线有且仅有一个公共点,此时k取两个不同的值,故正确答案为(D)例9.已知直线和双曲线有且仅有一个公共点,则k的不同取值有()(A)1个(B)2个(C)3个(D)4个分析:作出双曲线的图象,并注意到直线是过定点()的直线系,双曲线的渐近线方程为∴过()点且和渐近线平行的直线与双曲线有且仅有一个公共点,此时k取两个不同值,此外,过()点且和双曲线相切的直线与双曲线有且仅有一个公共点,此时k取两个不同的值,故正确答案为(D)例10.设点P(x,y)在曲线上移动,求的最大值和最小值.解曲线是中心在(3,3),长轴为,短轴为的椭圆.设,即y=kx为过原点的直线系,问题转化为:求过原点的直线与椭圆相切时的斜率.(如图所示)消去y得解得:故的最大值为,最小值为例11.求函数(其中a,b,c是正常数)的最小值.分析采用代数方法求解是十分困难的,剖析函数解析式的特征,两个根式均可视为平面上两点间的距离,故设法借助于几何图形求解.如图设A(0,a),B(b,-c)为两定点,P(x,0)为x轴上一动点,则其中的等号在P为线段AB与x轴的交点外,即时成立.故y的最小值为例12.P是椭圆上任意一点,以OP为一边作矩形O P Q R(O,P,Q,R依逆时针方向排列)使|OR|=2|OP|,求动点R的轨迹的普通方程.分析在矩形O P Q R中(如图),由∠POR=90°,|OR|=2|OP|可知,OR是OP逆时针旋转90°,并将长度扩大为原来的2倍得到的.这一图形变换恰是复数乘法的几何意义,因此,可转化为复数的运算,找到R和P的两点坐标之间的关系,以求得问题的解决.解,设R点对应的复数为:,P点对应的复数为则故即由点在椭圆上可知有:整理得:就是R点的轨迹方程,表示半长轴为2a,半短轴为2b,中心在原点,焦点在y轴上的椭圆.三解题训练1.求下列方程实根的个数:(1)(2)(3)2.无论m取任何实数值,方程的实根个数都是()(A)1个(B)2个(C)3个(D)不确定3.已知函数的图象如右图则()(A)b∈(-∞,0)(B)b∈(0,1)(C)b∈(1,2) (D)b∈(2,+ ∞)4.不等式的解集是()(A)(0,+∞)(B)(0,1)(C)(1,+∞)(D)(–∞,0)5.不等式一定有解,则a的取值范围是()(A)(1,+∞)(B)[1,+ ∞](C)(-∞,1)(D)(0,1]6.解下列不等式:(1)(2)7.复平面内点A、B分别对应复数2,2+i,向量绕点A逆时针方向旋转至向量,则点C对应的复数是_______.8.若复数z满足|z|<2,则arg(z-4)的最大值为___________9.若复数z满足10.函数的图象是平面上两定点距离之差的绝对值等于定长的点的轨迹,则这两定点的坐标是( )(A)(–,–)(,)(B)(–,)(,–)(C)(–2,2)(2,2)(D)(2,–2)(–2,2)11.曲线与直线的交点个数是().(A)0(B)1 (C)2(D)312.曲线与直线有两个交点,则实数k的取值是()(A)(B)(C)(D)13.已知集合,满足,求实数b的取值范围.14.函数的值域是()(A)(B)(C)(D)四、练习答案1.(1)2个(2)63个(3)2个提示:分别作出两个函数的图象,看交点的个数.2.B、提示:注意到方程右式,是过定点(,0)的直线系.3.A、提示:由图象知f(x)=0的三个实根是0,1,2这样,函数解析式可变形学习好资料欢迎下载f(x)=ax(x-1)(x-2),又从图象中可以看出当x∈(0,1)∪(2,+∞)时,f(x)>0.而当x>2时,x,(x-1),(x-2)均大于0,所以a>0,而可知b=-3a<0,故选(A)4.A5.A6.(可以利用图象法求解)(1)x≤-1或0<x≤3(2)x≤-17.18.210°9.10.A11.D 提示:在曲线方程中,分x≥0或x<0两种情形讨论,作出图形即可.12.C13.14.A 提示:f(x)可以视作:A(cosx,sinx),B(1,2),则f(x)=k AB,而A点为圆x2+y2=1上的动点。
浅谈数形结合思想方法摘要:中学数学教学中,教师往往特别强调数学知识的教授,数学技能、技巧的训练,忽略数学思想方法的教学,而中学数学教学大纲中明确指出中学的数学基础知识是指:“数学概念、性质、法则、公式、公理、定理以及由其内容反映出来的数学思想方法。
”新课标也特别强调教学中数学思想方法的渗透。
数形结合是高中数学中一种重要的思想方法,能够清楚地认识它,灵活地运用它,不管是教还是学都显得尤为重要。
本文从对数形结合思想方法的认识入手,分析其在中学数学中的应用,尽显其重要性。
关键词:数学思想方法、数形结合一、对数形结合思想方法的简单认识法国数学家笛卡尔创立了坐标系,使点与有序实数对建立了联系,进而使曲线与方程建立了联系,于是创立了《解析几何》学科,标志着代数与几何的第一次完美结合。
数形结合是高中数学中一种重要的思想方法,它指出了解决某些数学问题时应从“数”与“形”两者联系来考虑问题。
“数”指数量关系,“形”指空间图形,当我们解决某些数学问题时,常把问题中的代数形式转化为几何图形,借助于几何图形的直观寻找解决问题的思路;相反,当我研究几何图形时,常用代数的方法来研究。
数形结合的基本思想是:在研究数学问题的过程中,注意把数与形结合起来考察。
或者把几何图形问题转化为数量关系问题,运用代数、三角知识进行讨论;或者把数量关系问题转化为图形问题,借助于几何知识加以解决]1[。
简单的说,即“以形助数”和“以数辅形”两个方面,比如应用函数的图像来直观地说明函数的性质;或是应用曲线的方程来精确地阐明曲线的几何性质。
二、数形结合思想方法的具体应用华罗庚先生曾经说过:“数缺形时少直观,形缺数时难入微。
”这充分说明了数形结合思想的重要性。
数形结合思想贯穿于高中数学的全部,数轴、向量法、解析法、图解法等都是这一思想的具体应用。
在运用数形结合思想分析和解决问题时,要注意三点:第一要彻底明白一些概念和运算的几何意义以及曲线的代数特征,对数学题目中的条件和结论既分析其几何意义又分析其代数意义;第二是恰当设参、合理用参,建立关系,由数思形,以形想数,x y z AB CD 做好数形转化;第三是正确确定参数的取值范围。
数形结合的思想方法每一个几何图形中都蕴藏着一定的数量关系,而数量关系又常常可以通过图形的直观性作出形象的描述。
因此,在解决数学问题时,常常根据数学问题的条件和结论之间的内在联系,将数的问题利用形来观察,提示其几何意义;而形的问题也常借助数去思考,分析其代数含义,如此将数量关系和空间形式巧妙地结合起来,并充分利用这种“结合”,寻找解题思路,使问题得到解决的方法,简言之,就是把数学问题中的数量关系和空间形式相结合起来加以考察的处理数学问题的方法,称之为数形结合的思想方法。
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,比如应用函数的图像来直观地说明函数的性质;或者是借助于数的精确性和规范严密性来阐明形的某些属性,即以数作为手段,形作为目的,如应用曲线的方程来精确地阐明曲线的几何性质。
数形结合的思想,其实质是将抽象的数学语言与直观的图像结合起来,关键是代数问题与图形之间的相互转化,它可以使代数问题几何化,几何问题代数化。
在运用数形结合思想分析和解决问题时,要注意三点:第一要彻底明白一些概念和运算的几何意义以及曲线的代数特征,对数学题目中的条件和结论既分析其几何意义又分析其代数意义;第二是恰当设参、合理用参,建立关系,由数思形,以形想数,做好数形转化;第三是正确确定参数的取值范围。
一、解题方法指导1.转换数与形的三条途径:①通过坐标系的建立,引入数量化静为动,以动求解。
②转化,通过分析数与式的结构特点,把问题转化到另一个角度来考虑,如将转化为勾股定理或平面上两点间的距离等。
③构造,比如构造一个几何图形,构造一个函数,构造一个图表等。
2.运用数形结合思想解题的三种类型及思维方法:①“由形化数”:就是借助所给的图形,仔细观察研究,提示出图形中蕴含的数量关系,反映几何图形内在的属性。
②“由数化形”:就是根据题设条件正确绘制相应的图形,使图形能充分反映出它们相应的数量关系,提示出数与式的本质特征。
③“数形转换”:就是根据“数”与“形”既对立,又统一的特征,观察图形的形状,分析数与式的结构,引起联想,适时将它们相互转换,化抽象为直观并提示隐含的数量关系。
二、数形结合的思想方法的应用(一)解析几何中的数形结合解析几何问题往往综合许多知识点,在知识网络的交汇处命题,备受出题者的青睐,求解中常常通过数形结合的思想从动态的角度把抽象的数学语言与直观的几何图形结合起来,达到研究、解决问题的目的.1. 与斜率有关的问题【例1】已知:有向线段PQ的起点P与终点Q坐标分别为P(-1,1),Q(2,2).若直线l∶x+my+m=0与有向线段PQ延长相交,求实数m的取值范围.解:直线l的方程x+my+m=0可化为点斜式:y+1=-(x-0),易知直线l过定点M(0,-1),且斜率为-.∵l与PQ的延长线相交,由数形结合可得:当过M且与PQ平行时,直线l的斜率趋近于最小;当过点M、Q时,直线l的斜率趋近于最大.【点评】含有一个变量的直线方程可化为点斜式或化为经过两直线交点的直线系方程.本题是化为点斜式方程后,可看出交点M(0,-1)和斜率-.此类题目一般结合图形可判断出斜率的取值范围.2. 与距离有关的问题【例2】求:y=(cosθ-cosα+3)2+(sinθ-sinα-2)2的最大(小)值.【分析】可看成求两动点P(cosθ,sinθ)与Q(cosα-3,sinα+2)之间距离的最值问题. 解:两动点的轨迹方程为:x2+y2=1和(x+3)2+(y-2)2=1,转化为求两曲线上两点之间距离的最值问题.如图:3. 与截距有关的问题【例3】若直线y=x+k与曲线x=恰有一个公共点,求k的取值范围.解:曲线x=是单位圆x2+y2=1的右半圆(x≥0),k是直线y=x+k在y轴上的截距.由数形结合知:直线与曲线相切时,k=-,由图形:可得k=-,或-1<k≤1.4. 与定义有关的问题【例4】求抛物线y2=4x上到焦点F的距离与到点A(3,2)的距离之和为最小的点P 的坐标,并求这个最小值.【分析】要求PA+PF的最小值,可利用抛物线的定义,把PF转化为点P到准线的距离,化曲为直从而借助数形结合解决相关问题.解:P′是抛物线y2=4x上的任意一点,过P′作抛物线的准线l的垂线,垂足为D,连P′F(F为抛物线的焦点),由抛物线的定义可知:.过A作准线l的垂线,交抛物线于P,垂足为Q,显然,直线AQ之长小于折线AP′D 之长,因而所求的点P即为AQ与抛物线交点.∵AQ直线平行于x轴,且过A(3,2),所以方程为y=2,代入y2=4x得x=1.∴P(1,2)与F、A的距离之和最小,最小距离为4.【点评】(1)化曲线为直线是求距离之和最有效的方法,在椭圆,双曲线中也有类似问题.(2)若点A在抛物线外,则点P即为AF与抛物线交点(内分AF).(二) 数形结合在函数中的应用1. 利用数形结合解决与方程的根有关的问题方程的解的问题可以转化为曲线的交点问题,从而把代数与几何有机地结合起来,使问题的解决得到简化.【例5】已知方程x2-4x+3=m有4个根,则实数m的取值范围.【分析】此题并不涉及方程根的具体值,只求根的个数,而求方程的根的个数问题可以转化为求两条曲线的交点的个数问题来解决.解:方程x2-4x+3=m根的个数问题就是函数y=x2-4x+3与函数y=m图象的交点的个数. 作出抛物线y=x2-4x+3=(x-2)2-1的图象,将x轴下方的图象沿x轴翻折上去,得到y=x2-4x+3的图象,再作直线y=m,如图所示:由图象可以看出,当0<m<1时,两函数图象有4交点,故m的取值范围是(0,1).数形结合可用于解决方程的解的问题,准确合理地作出满足题意的图象是解决这类问题的前提.2. 利用数形结合解决函数的单调性问题函数的单调性是函数的一条重要性质,也是高考中的热点问题之一.在解决有关问题时,我们常需要先确定函数的单调性及单调区间,数形结合是确定函数单调性常用的数学思想,函数的单调区间形象直观地反映在函数的图象中.【例6】确定函数y=的单调区间.画出函数的草图,由图象可知,函数的单调递增区间为(-∞,0],[1,+∞),函数的单调递减区间为[0,1].3. 利用数形结合解决比较数值大小的问题【例7】已知定义在R上的函数y=f(x)满足下列三个条件:①对任意的x∈R都有f(x+4)=f(x);②对任意的0≤x1<x2≤2,都有f(x1)<f(x2);③y=f(x+2)的图象关于y轴对称.则f(4.5),f(6.5),f(7)的大小关系是.解:由①:T=4;由②:f(x)在[0,2]上是增函数;由③:f(-x-2)=f(x+2),所以f(x)的图象关于直线x=2对称.由此,画出示意图便可比较大小.显然,f(4.5)<f(7)<f(6.5).4. 利用数形结合解决抽象函数问题抽象函数问题是近几年高考中经常出现的问题,是高考中的难点.利用数形结合常能使我们找到解决此类问题的捷径.【例8】设f(x),g(x)分别是定义在R上的奇函数和偶函数,在区间[a,b](a<b<0)上,f′(x)g(x)+f(x)g′(x)>0,且f(x)·g(x)有最小值-5.则函数y=f(x)·g(x)在区间[-b,-a]上().A. 是增函数且有最小值-5B. 是减函数且有最小值-5C. 是增函数且有最大值5D. 是减函数且有最大值5【解析】f′(x)g(x)+f(x)g′(x)=[f(x)·g(x)]′>0.∴y=f(x)·g(x)在区间[a,b](a<b<0)上是增函数,又∵f(x),g(x)分别是定义在R上的奇函数和偶函数.∴y=f(x)·g(x)是奇函数.因此它的图象关于原点对称,作出示意图,易知函数y=f(x)·g(x)在区间[-b,-a]上是增函数且有最大值5,因此选C.(三)运用数形结合思想解不等式1. 求参数的取值范围【例9】若不等式>ax的解集是{x|0<x≤4},则实数a的取值范围是().A. [0,+∞)B. (-∞,4]C. (-∞,0)D. (-∞,0]解:令f(x)=,g(x)=ax,则f(x)=的图象是以(2,0)为圆心,以2为半径的圆的上半部分,包括点(4,0),不包括点(0,0);g(x)=ax的图象是通过原点、斜率为a的直线,由已知>ax的解集是{x|0<x≤4},即要求半圆在直线的上方,由图可知a<0,所以选C.【点评】本题很好的体现了数形结合思想在解题中的妙用.【例10】若x∈(1,2)时,不等式(x-1)2<logax恒成立,则a的取值范围是().A. (0,1)B. (1,2)C. (1,2]D. [1,2]解:设y1=(x-1)2(1<x<2),y2=logax.由图可知若y1<y2(1<x<2),则a>1.y1=(x-1)2过(2,1)点,当y2=logax也过(2,1)点,即a=2时,恰有y1<y2(1<x<2)∴1<a≤2时(x-1)2<logax在x∈(1,2)上成立,故选C.【点评】例1、例2两题的求解实际上综合运用了函数与方程以及数形结合的思想方法.2. 解不等式【例11】已知f(x)是R上的偶函数,且在[0,+∞)上是减函数,f(a)=0(a>0),那么不等式xf(x)<0的解集是().A. {x|0<x<a}B. {x|-a<x<0或x>a}C. {x|-a<x<a}D. {x|x<-a或0<x<a}解:依题意得f(x)是R上的偶函数,且在[0,+∞)上是减函数,f(a)=0(a>0),可得到f(x)图象,又由已知xf(x)<0,可知x与f(x)异号,从图象可知,当x∈(-a,0)∪(a,+∞)时满足题意,故选B.【例12】设函数f(x)=2,求使f(x)≥2的取值范围.【解法1】由f(x)≥2得2≥2=2.易求出g(x)和h(x)的图象的交点立时,x的取值范围为[,+∞).【解法3】由的几何意义可设F1(-1,0),F2(1,0),M(x,y),则,可知M的轨迹是以F1、F2为焦点的双曲线的右支,其中右顶点为(,0),由双曲线的图象和x+1-x-1≥知x≥.【点评】本题的三种解法都是从不同角度构造函数或不等式的几何意义,让不等式的解集直观地表现出来,体现出数形结合的思想,给我们以“柳暗花明”的解题情境. (四)运用数形结合思想解三角函数题纵观近三年的高考试题,巧妙地运用数形结合的思想方法来解决一些问题,可以简化计算,节省时间,提高考试效率,起到事半功倍的效果.【例13】函数f(x)=sinx+2sinx,x∈[0,2π]的图象与直线y=k有且仅有2个不同的交点,则k的取值范围是.【分析】本题根据函数解析式,画出图象,可以直观而简明地得出答案,在有时间限制的高考中就能大大地节约时间,提高考试的效率.解:函数f(x)=由图象可知:1<k<3.【例14】当0<x<时,函数f(x)=的最小值为().A. 2B. 2C. 4D. 4解:y=则y为点A(0,5)与点B(-sin2x,3cos2x)两点连线的斜率,又点B的轨迹方程(0<α<),即x2+=1(x<0),如图,当过点A的直线l∶y=kx+5与椭圆x2+=1(x<0)相切时,k有最小值4,故选C.【例15】若sinα+cosα=tanα(0<α<),则α∈().解:令f(x)=sinx+cosx=sin(x+ )(0<α<),g(x)=tanx,画出图象,从图象上看出交点P的横从标xP>.再令α=,则sin+cos=≈1.366,tan =≈1.732>1.367,由图象知xP应小于.故选C.【点评】本题首先构造函数f(x),g(x),再利用两个函数的图象的交点位置确定α>,淘汰了A、B两选项,然后又用特殊值估算,结合图象确定选项C,起到了出奇制胜的效果.【例16】已知函数f(x)是定义在(-3,3)上的奇函数,当0<x<3时f(x)图象如下图所示,那么不等式f(x)cosx<0的解集是().解:函数f(x)定义在(-3,3)上,且是奇函数,根据奇函数图象性质可知,f (x)在(-3,0)上的图象如图所示,若使f(x)cosx<0,只需f(x)与cosx异号,即图象须分别分布在x轴上下侧,由图可知,有三部分区间符合条件要求,即(-,-1)∪(0,1)∪(,3),故选B.【点评】已知函数的一部分图象,根据函数的性质可得到函数的另一部分图象,利用数形结合的思想,可以先画出完整的函数图象,再研究有关问题.【例17】△ABC中,A=,BC=3,则△ABC的周长为().解:本题是我们常用三角恒等变形和正弦定理通过一定量的计算来完成的,但是应用数形结合,可以很快解决问题.为此,延长CA到D,使AD=AB,则CD=AB+AC,∠CBD=∠B+,∠D=,由正弦定理即AB+AC=6sin(B+),故选C.(五)运用数形结合思想解复数题【例18】设|z1|=5,|z2|=2, |z1-z2|=13,求zz12的值。