数形结合在解题中的辨析应用

来源 :数理化学习·高三版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yohoban
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  所谓数形结合,就是根据数学问题的条件和结论之间的内在联系,既分析其代数意义,又揭示其几何直观,使数量关系与空间形式和谐地结合起来.
  众所周知数形结合是中学数学的重要思想方法.许多数学问题,如若借助于数形结合,能够得以较快解决.但是种种原因是,如图形欠精确,刻意几何化,思路不简约,考虑不全面等,在利用数形结合解决问题的过程中,也容易出现图形的蒙蔽和误导,从而导致解题的失误.对此结合实例做一些分类概括,以供学习参考.
  
  一、真假难辨
  
  在一些数学问题中,存在着相应位置关系,在解决问题时,往往要借助图形的位置关系,囿于我们视觉的局限性,有时难免形成一种视觉假象,从而导致一种以假乱真的错误.
  
  
  例1 若a=ln2 2,b=
  ln3 3,c=ln5 5则()
  (A) a  (C) c  
  
  
  误解:由题意,若令f (x)=lnx,则k=f (x) x,表示直线y=f (x)上任一点与原点连线的斜率,由上图直观可得:
  
  kOC  
  剖析:上述误解,就本质上来看,与上例相似,也是由于图象的位置失真导致一种直观上的错觉.事实上,若令:g(x)=lnx x,则有g′(x)=1-lnx x2.
  当00,g(x)为增函数.
  当x>e时,g′(x)<0,g(x)为减函数;
  
  即:(1)0  (2)elnx2 x2
  >lnx3 x3.
  
  由此可知:只有kOC  kOB  
  本题的一种正确解法是(作差比较法):
  
  a-b=1 6(ln8-ln9)<0a  
  二、弄巧成拙
  
  所谓弄巧成拙,指的是面对一个数学问题,不是根据问题的实际情况,恰当地选择解题方法,而是一味地寻找问题的几何背景,依赖于图形的几何性质来解决问题,使得问题的解法迂回繁冗,出现了一种弄巧成拙的尴尬局面.
  
  例2 对于所有满足1≤x≤2的实数,不等式|ax+2|≥|x-4|恒成立,求实数a的取值范围.
  
  
  解:(数形结合)
  
  如图2,作出y=|x-4|的图象,又y=|ax+2|的图象恒过定点B(0,2).
  (1)当a=0时,明显不合题意;
  (2)当a>时,若过点B的直线的斜率大于或等于1,即a≥1,适合条件.
  (3)当a<0时,情况稍复杂,我们把y=|ax+2|的图象与x轴的交点叫“折点”,a<0,折点在原点的右边,由题意折点M(m,0)必在原点与点A(1,0)之间,如图2,设∠BMO=α,∠CMA=β,因为α=β,OA=1,
  则 MA=1-m,△BMO∽△CMA,得
  
  2 m=
  
  3 1-m,得m=2 5tanα=5,kBM=-5.
  于是,当0≤OM≤2 5时符合题意,即a≤-5,综上所述,a的取值范围是(-∞,-5]∪[1,+∞).
  
  上述解法借助问题的几何意义,思路巧妙,不易把握,且需分类讨论,而且还涉及到几何与三角知识,过程很是繁琐.实际上,解决本题,不必刻意绕弯,只要顺着题意,把问题作等价转换即可得到一种简便解法.
  
   另解:因为1≤x≤2,所以|ax+2|≥|x-4|ax+2≤x-4或ax+2≥4-x
   即:(a-1)x+6≤0或(a+1)x-2≥0.
  问题等价于:对于1≤x≤2, (a-1)x+6≤0或(a+1)x-2≥0恒成立.
  由于1≤x≤2,所以y=(a-1)x+6与y=(a+1)x-2图象为线段.从而:(a-1)×1+6≤0,
  (a-1)×2+6≤0
  
   或(a+1)×1-2≥0,
  (a+1)×1-2≥0
  恒成立.
  
  解得a≤-5 或a≥1,故a的取值范围是(-∞,-5]∪[1,+∞) .
  
  三、以次充好
  
  从不同的视角看待一个数学问题,有时可以赋予不同的图形意义.在此种情形下,对不同的图形意义应甄别良莠,选择其中较为简练的图形意义.否则,就可能出现不分青红皂白,以次充好的情况.
  
  例3 已知关于x的方程|x|=ax+1有一个负根而且没有正根,求a的取值范围.
  解析:设y=f 1(x)=|x|-1 x
  =
  1-1/x (x>0),
  -1-1/x (x<0),
  
  及
  
  
  y=f2(x)=a.
  
  作出他们的图象,如图3(1).
   
  
  原问题转化为:确定平行直线系中与双曲线y=f 1(x)的位于y轴左边一支曲线相交的直线.
  
  借助图形易知:
  当a≥1时,y=a只与y=f1(x)的左支相交;
  当-1,a<1时,y=a与y=f1(x)的两支相交;
  当a≤-1时,y=a只与y=f1(x)的右支相交.
  
  评析:不难看出,上述解法采取分离参数a的方法解题,由此导致多次分类讨论,计算量大增.实际上,本题只须分别画出y=|x|,y=ax+1的图象,如图3(2),借助图形直观,当a≥1时,即满足题设条件.
  
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