江蘇省揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院(225002) 姚喬 濮安山

例析數(shù)形結(jié)合思想巧解高考“含參”題

江蘇省揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院(225002) 姚喬 濮安山

方程、函數(shù)、幾何等問題一直是高考中的必考點(diǎn),而大多數(shù)情況下參數(shù)的范圍、參數(shù)的最值等問題設(shè)置在這些背景中,如果單純地用代數(shù)方法解題,繁瑣的計(jì)算增大了考生的解題難度.如果利用數(shù)形結(jié)合思想來解題,可以巧妙地避開復(fù)雜的代數(shù)運(yùn)算,并且保證正確率.正如華羅庚先生所說,“數(shù)缺形時(shí)少直觀,形少數(shù)時(shí)難入微,數(shù)形結(jié)合百般好,割裂分家萬事休.”這再次道出了數(shù)形結(jié)合思想的重要性.在解決方程、函數(shù)、幾何背景下的“含參”問題時(shí)使用數(shù)形結(jié)合思想,特別是“以形助數(shù)”的方法,可以大大簡(jiǎn)化解題過程,提高解題速度和正確率.

一、數(shù)形結(jié)合巧解參數(shù)取值范圍問題

例1 (2014江蘇高考第13題)已知f(x)是定義在R上且周期為3的函數(shù),當(dāng)x∈[0,3)時(shí),若函數(shù)y=f(x)-a在區(qū)間[-3,4]上有10個(gè)零點(diǎn)(互不相同),則實(shí)數(shù)a的取值范圍是___.

分析此題是江蘇高考填空題的倒數(shù)第二題,考查參數(shù)取值范圍問題,涉及了絕對(duì)值函數(shù)、周期函數(shù),題目較難.單純對(duì)函數(shù)作討論,思路無法打開,不妨以形代數(shù),畫出函數(shù)上的圖象,很容易看出函數(shù)的單調(diào)性、極值等情況,同時(shí)由于函數(shù)有周期性,只需要在x∈[0,3)上觀察討論,可以得到在x∈[0,3)上,y=a與有4個(gè)交點(diǎn),這是成功解決此題的突破口.

圖1

二、數(shù)形結(jié)合巧解單參數(shù)最值問題

例2 (2015江蘇高考第12題)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,P為雙曲線x2-y2=1右支上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),若P到直線x-y+1=0的距離大于c恒成立,則c的最大值為____.

分析此題是江蘇高考填空題的倒數(shù)第三題,考查雙曲線的相關(guān)性質(zhì)和最值問題,有一些難度.分析此題有兩個(gè)角度,一方面題目中出現(xiàn)距離,可以從點(diǎn)到直線的距離公式d入手,進(jìn)而求最值確定c的值,此時(shí)d中有根號(hào)還有絕對(duì)值,求其最值有些麻煩;另一方面從題面上看是求c的最大值,其實(shí)是求點(diǎn)到直線的最小值,考慮雙曲線的性質(zhì)又涉及到距離問題,此時(shí)畫出雙曲線和直線的圖象,易在圖上發(fā)現(xiàn)特殊情況,即點(diǎn)P恰好在雙曲線右支的漸近線上,把點(diǎn)到直線的距離問題轉(zhuǎn)化到直線到直線的距離問題上.

解析如下圖2,作直線x-y+1=0的圖象,并在同一直角坐標(biāo)系中作出雙曲線x2-y2=1右支及其漸近線y=x的圖象.因?yàn)橹本€y=x+1的斜率與雙曲線的漸近線y=x的斜率相同,所以右支上的點(diǎn)到直線y=x+1的距離恒大于直線y=x+1到漸近線y=x的距離為即

圖2

三、數(shù)形結(jié)合巧解雙參數(shù)的最值問題

例3 (2012全國新課標(biāo)卷理第21題)已知函數(shù)f(x)滿足

(1)求f(x)的解析式及單調(diào)區(qū)間;

分析此題是新課標(biāo)全國卷的壓軸題,第二問中的求解最值問題涉及雙參數(shù),而且兩個(gè)參數(shù)都沒有一些明顯的限制條件,此題為難題.利用條件給出的不等關(guān)系,可以整理得到ex≥(a+1)x+b,此時(shí)仍然不明晰,不等式兩邊是兩個(gè)函數(shù),不妨作y=ex和y=(a+1)x+b的圖象,觀察易得到a+1＞0限制條件,并且會(huì)注意到兩個(gè)圖象相切的特殊情況,進(jìn)而把雙參數(shù)的最值問題轉(zhuǎn)化為一元函數(shù)的最值問題.

解析(1)略.

(2)因?yàn)閒(x)≥故由題意可知,h(x)=ex-(a+1)x-b≥0,整理得,

ex≥(a+1)x+b①如圖3,作y=ex和y=(a+1)x+b的圖象.由圖可知,要使①式恒成立,則需a+1＞0,因此要使(a+1)b最大,需要b＞0,而①式恒成立.若y=ex和y=(a+1)x+b相切,(a+1)b取到最大值.

圖3

不防設(shè)y=ex和y=(a+1)x+b相切時(shí)的切點(diǎn)坐標(biāo)為(x0,y0),則有且

鞏固練習(xí)

2.在極坐標(biāo)中,圓ρ=8sinθ上的點(diǎn)到直線(ρ∈R)距離的最大值d是___.

3.設(shè)m,k為整數(shù),方程mx2-kx+2=0在區(qū)間(0,1)內(nèi)有兩個(gè)不同的根,則m+k的最小值為___.

參考答案：1.(-∞,0)∪(1,+∞);2.6;3.13.