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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=ln2 2,b=
ln3 3,c=ln5 5则()
(A) a (C) c
误解:由题意,若令f (x)=lnx,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:
kOC
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)=lnx x,则有g′(x)=1-lnx x2.
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)elnx2 x2
>lnx3 x3.
由此可知:只有kOC kOB
本题的一种正确解法是(作差比较法):
a-b=1 6(ln8-ln9)<0a
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 5tanα=5,kBM=-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=f2(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=f1(x)的左支相交;
当-1,a<1时,y=a与y=f1(x)的两支相交;
当a≤-1时,y=a只与y=f1(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.
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=ln2 2,b=
ln3 3,c=ln5 5则()
(A) a (C) c
误解:由题意,若令f (x)=lnx,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:
kOC
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)=lnx x,则有g′(x)=1-lnx x2.
当0
当x>e时,g′(x)<0,g(x)为减函数;
即:(1)0
>lnx3 x3.
由此可知:只有kOC
本题的一种正确解法是(作差比较法):
a-b=1 6(ln8-ln9)<0a
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 5tanα=5,kBM=-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=f2(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=f1(x)的左支相交;
当-1,a<1时,y=a与y=f1(x)的两支相交;
当a≤-1时,y=a只与y=f1(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.