數(shù)形結(jié)合是一種很重要的數(shù)學(xué)思想方法,正如著名數(shù)學(xué)家華羅庚先生說:“數(shù)形結(jié)合百般好,隔裂分家萬事休”。他親切風(fēng)趣地教導(dǎo)我們千萬不要“得意忘形”,它不僅給我們的解題帶來方便,更重要的是我們更深刻形象地體會(huì)到數(shù)學(xué)各分支之間的內(nèi)在聯(lián)系和數(shù)學(xué)美,常使復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化,抽象問題具體化,獲得簡(jiǎn)捷易行的有效解法。數(shù)形結(jié)合解題主要包括兩方面的內(nèi)容:一是以“形”輔數(shù),由于許多數(shù)字表達(dá)的較抽象,但若挖掘其幾何意義,并與以“形”結(jié)合起來,會(huì)使問題的解決更明朗。二是以“數(shù)”解形,把二者有機(jī)結(jié)合后,借助形象思維產(chǎn)生思路,甚至觀察出結(jié)果,而這一結(jié)果往往需要代數(shù)的方法求出,下面我將對(duì)2014年高考中出現(xiàn)的幾道題再現(xiàn)“數(shù)形結(jié)合”的三重境界進(jìn)行分析。
一、識(shí)圖解題
識(shí)圖解題就是在閱讀理解的基礎(chǔ)上,觀察已經(jīng)有的圖像形狀找出分散(或隱含)在圖像中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn),正確提取有效信息,是解決這類問題的前提。
例1:(遼寧卷理科15題):已知橢圓C:點(diǎn)M與C的焦點(diǎn)不重合,若M關(guān)于C的兩個(gè)焦點(diǎn)對(duì)稱點(diǎn)分別為A,B,線段MN的中點(diǎn)在C上,則|AN|+|BN|=_____。
分析:用數(shù)形結(jié)合的思想將對(duì)稱問題轉(zhuǎn)化為中點(diǎn)問題,進(jìn)而轉(zhuǎn)化中位線問題。再利用橢圓的定義便可迎刃而解。
解:如圖,設(shè)MN的中點(diǎn)為D,兩個(gè)焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,因?yàn)镸關(guān)于C的兩個(gè)焦點(diǎn)對(duì)稱點(diǎn)分別為A,B,所以F1,F(xiàn)2分別是MA和MB的中點(diǎn),所以DF1,DF2是三角形的中位線,故|AN|=2|DF1|,|BN|=2|DF2|,由橢圓方程知a=3,橢圓的定義|DF1|+|DF2|=2a則|AN|+|BN|=2|DF
1|+2|DF2|=4a=12
二、畫圖解題
畫圖解題是學(xué)生對(duì)題中給出的信息“束手無策”就其原因,是對(duì)問題不理解,特別是對(duì)由數(shù)提供的條件不會(huì)用時(shí),應(yīng)該化“圖像信息”為“數(shù)字信息”是解決這類問題的基礎(chǔ)。
例2:(四川卷理科14題):設(shè)mR,過定點(diǎn)A的動(dòng)直線x+my=0和過定點(diǎn)B的動(dòng)直線mx-y-m+3=0,相交于P(x,y)則|PA||PB|的最大值為_________。
分析:用數(shù)形結(jié)合的思想將解析幾何問題轉(zhuǎn)化為圖像問題,進(jìn)而觀察兩圖像的特點(diǎn)。再利用均值不等式以及勾股定理便可解。
解:因?yàn)閯?dòng)直線L1: x+my=0過定點(diǎn)A(0,0),動(dòng)直線L2: mx-y-m+3=0,過定點(diǎn)B(1,3),又因?yàn)?.m+m.(-1)=0,所以L1與L2垂直,所以根據(jù)均值不等式以及勾股定理得|PA||PB|=5。
三、構(gòu)圖解題
構(gòu)圖解題是“形”輔數(shù)的第三層次,這就要求學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行充分思考,根據(jù)題中所提取的有關(guān)信息,通過理解加工,根據(jù)問題的需求建立數(shù)學(xué)模型,達(dá)到解決問題的目的。
例3:(山東卷理科20題):設(shè)(設(shè)K為常數(shù),e=2.718…為自然對(duì)數(shù)的底數(shù))
(1)當(dāng)k0 時(shí),求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間。
(2)若函數(shù)f(x)在(0,2)內(nèi)存在兩個(gè)極值點(diǎn),求K的取值范圍。
解:(1)定義域xgt;0,= "因?yàn)镵,所以-KX,所以,令,得x=2 "列表知f(x)在區(qū)間(0,2)上單調(diào)遞減(2,)單調(diào)遞增。
(2)由(1)知,當(dāng)K0時(shí),f(x)在區(qū)間(0,2)上單調(diào)遞減,所以f(x)在(0,2)上無極值。當(dāng)K0時(shí),要使函數(shù)f(x)在(0,2)內(nèi)存在兩個(gè)極值點(diǎn),則在(0,2)內(nèi)有兩個(gè)解,即k= 在(0,2)內(nèi)有兩個(gè)解,設(shè)y=k,g(x)=,即它們的圖像有兩個(gè)交點(diǎn),因?yàn)?,=0.得x=1,列表知g(x)在區(qū)間(0,1)上單調(diào)遞減(1,2)單調(diào)遞增。所以X=1時(shí)=e。又X=2時(shí)g(x)= "要使它們的圖像有兩個(gè)交點(diǎn),則。
總之,在上面三例解題的過程中,完美地體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合的思想,等價(jià)變形和轉(zhuǎn)換思想,讓人體會(huì)到一道難得的好題總是以平凡形態(tài)呈現(xiàn)出來,但卻內(nèi)蘊(yùn)厚重,縱橫聯(lián)系。而特別是優(yōu)美、自然的構(gòu)造法常常是建立在學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)之上的,它生成于認(rèn)知結(jié)構(gòu)的最頂端,確實(shí)給學(xué)生的創(chuàng)新思維提供有益的培養(yǎng)和訓(xùn)練空間,也能引導(dǎo)學(xué)生在平凡、簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)問題思考中,構(gòu)筑完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò),發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力,真給人以美的享受。