數(shù)形結(jié)合是一個(gè)數(shù)學(xué)思想方法,包含“以形助數(shù)”和“以數(shù)輔形”兩個(gè)方面。通過數(shù)形結(jié)合可培養(yǎng)數(shù)學(xué)的思維品質(zhì),具體表現(xiàn)為對思維的廣闊性、深刻性、靈活性、敏捷性、獨(dú)創(chuàng)性和批判性等方面的培養(yǎng)。
一、 數(shù)形滲透,開闊思路,培養(yǎng)思維的廣闊性
數(shù)學(xué)思維廣闊性是指對一個(gè)問題能從多方面考慮,對一個(gè)對象能從多種角度觀察,即一道題能有多種解法,數(shù)形滲透可以達(dá)到這個(gè)目的。例1:已知正數(shù)X、Y、Z滿足x+y+xy=1①y+z+yz=3②Z+x+zx=4③,求x+y+z.
解一:作Rt△ABC,使AB=1,BC=,CA=2,在Rt△ABC內(nèi)取一點(diǎn)P(圖1),使∠APB=∠BPC=∠CPA=120°,由余弦定理有PA2+PB2+PA·PB=1,PB2+PC2+PB·PC=3,PC2+PA2+PC·PA=4,這表明x=PA,y=PB,z=PC是原方程組的解。
現(xiàn)將△APC繞點(diǎn)C向外旋轉(zhuǎn)60 °,得△A'P'C,則A'、P'、P、B四點(diǎn)共線,P'A'=PA,PP'=PC=P'C,有x+y+z=A'P'+P'P+PB=A'B,在Rt△A'BC中,A′B== =.
解二:在復(fù)平面上設(shè)A=i,B=0,C=且取點(diǎn)P,使∠APB=∠BPC=∠CPA=120 °,得C0=cos120 °+isin120 °=-+i有:x+y+z=|A-P|+|B-P|+|C-P|=|(A-P)ω|+|B-P|+|(C-P) ω2|=|(A-P) ω+(B-P)+(C-P) ω2|=|Aω-Pω+B-P+Cω2-Pω2|=|Aω+B+Cω2|=|(--i)+ (--i)|=|--2i|=.
二、 由數(shù)思形,洞察本質(zhì),培養(yǎng)思維的深刻性
數(shù)學(xué)思維的深刻性就是要培養(yǎng)學(xué)生善于透過事物的表面,抓住本質(zhì),深入細(xì)致地加以分析和解決,而不被表象所迷惑。
例2:已知x,y,z滿足方程組 X+Y=5x+z+zx=16y+z-yz=9 ,求zx+yz的值.
[分析]:通過解方程組求值,很煩瑣。認(rèn)真審視題目,發(fā)現(xiàn)方程組可變形為:x+y=5x+z-2zxcos120 ° =42y+z-2yzcos60 ° =32
聯(lián)想到余弦定理,可構(gòu)造一個(gè)圖形(圖2),∵S△ADC+S△BCD=S△ABC,∴Zxsin120 ° +yzsin60 °=×3×4.即:ZX+YZ=8.
三、 由形思數(shù),靈活表象,培養(yǎng)思維的靈活性
數(shù)學(xué)思維的靈活性指的是善于根據(jù)題設(shè)中的具體情況,及時(shí)地提出新的設(shè)想和解題方案,不拘泥于陳舊的方案。
例3:已知兩個(gè)單位圓的圓心距為1,在第一個(gè)圓上有一點(diǎn)A,在第二個(gè)圓上取關(guān)于連心線為對稱的兩點(diǎn)B1、B2,求AB12+AB22的最小值。
解: 以O(shè)2為原點(diǎn),O1O2所在直線為x軸,建立直角坐標(biāo)系,則⊙O1: (x-1)2+y2=1, ⊙O2: x2+y2=1(圖3),設(shè)A(1+cosφ,sinφ),B1(cosφ.sinφ),B2(cosφ,-sinφ),則AB12+AB22=2+4(1+cosφ)(1-cosφ)≥2,即AB12+AB22的最小值為2。
四、 數(shù)形結(jié)合,相得益彰,培養(yǎng)思維的敏捷性
思維的敏捷性是指思維活動(dòng)的反應(yīng)速度和熟練程度,它表現(xiàn)為思考問題時(shí)的敏銳快速反應(yīng)。
例4:正數(shù)a,b,c,A,B,C滿足條件a+A=b+B=c+C=k,求證: aB+bC+cA 證明:(圖4)作一個(gè)邊長為k的正三角形△PQR,分別在各邊上取QL=A,LR=a,RM=B,MP=b,PN=C,NQ=c, 則有:S△LRM+S+S△NRL+S△NQL 五、 以形助數(shù),巧奪天工,培養(yǎng)思維的獨(dú)創(chuàng)性 思維獨(dú)創(chuàng)性是指有創(chuàng)見的思維,即人們在已有的知識經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,從問題中找出新關(guān)系,新方法,尋求答案的思維過程。 例5:圖5:(x-1)2+(y-2)2=25,直線l:(2m+1)x+(m+1)y=7m+4(m∈R)。(1) 證明:不論m取任何實(shí)數(shù),直線l與圓C恒有兩個(gè)交點(diǎn),(2) 求直線l被圓C截得線段的最短長度及相應(yīng)m的值。 [分析]:此題若采用常規(guī)解法,則問題(1)即論證(x-1)+(y-2)=25(2m+1)x+(m+1)y=7m+4恒有兩不等解,問題(2)應(yīng)構(gòu)建關(guān)于m的函數(shù)y(m)=|x1-x2|(其中K=-),然后確定y(m)的最小值。這是一個(gè)十分煩瑣的運(yùn)算,若借助幾何圖形運(yùn)用幾何性質(zhì),對直線進(jìn)行剖析,分離參數(shù)m得:(2x+y-7)m+(x+y-4)=0,可知直線系恒通過以方程組 2x+y-7=0x+y-4=0的解(3,1)為坐標(biāo)的定點(diǎn)P,由∣PC∣ 六、 數(shù)形對照,防錯(cuò)查錯(cuò),培養(yǎng)思維的批判性 思維的批判性是指思維活動(dòng)中獨(dú)立分析和批判的程度。它表現(xiàn)為善于獨(dú)立思考,善于提出疑問,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,糾正錯(cuò)誤。 例6:方程x=2sinx實(shí)根個(gè)數(shù)為(),A.3、B.5、C.7、D.9。 分析:此題多用圖像法,作函數(shù)y=x,y=2sinx的草圖。兩個(gè)函數(shù)均為奇函數(shù),故只作x≥0部分;又x>8時(shí),x>2≥2sinx,故圖像只須取[0,3?仔]上的一段就夠了,除原點(diǎn)外,還有3個(gè)交點(diǎn),再由奇偶性,選C(圖6)。此題由于草圖粗糙易失真,產(chǎn)生誤判,其實(shí)當(dāng)x=時(shí),()=>2sin,可見在[0,]內(nèi)還有一個(gè)交點(diǎn),D是對的。 總之,數(shù)形結(jié)合,相互交融,二者結(jié)合,雙向聯(lián)想,優(yōu)化思維,方能培養(yǎng)思維品質(zhì)。 參考文獻(xiàn): [1]馬忠林.數(shù)學(xué)思維論[M].南寧:廣西教育出版社,1996. [2]朱葉青.中學(xué)數(shù)學(xué)思維訓(xùn)練五步走[J].廣東教育,2006(9). (蘭溪市職業(yè)中專)