何宗建
摘要:高中階段的學(xué)生已經(jīng)有了一定的解題思維和解題方法,掌握了一定的技巧。眾多的解題方法中,數(shù)形結(jié)合在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的過程中,始終貫穿幾何圖形到數(shù)學(xué)函數(shù)的教學(xué),在解題中應(yīng)用十分廣泛。因此,本文主要結(jié)合例題分析,從數(shù)形結(jié)合思想在高中數(shù)學(xué)教學(xué)與解題中的應(yīng)用出發(fā)進(jìn)行初步探討,以求拋磚引玉。
關(guān)鍵詞:數(shù)形結(jié)合;高中數(shù)學(xué)解題;應(yīng)用策略
數(shù)學(xué)在高中階段屬于重點(diǎn)科目,通過數(shù)學(xué)知識(shí)可以解決生活中的很多實(shí)際問題。隨著教育、科技的發(fā)展,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)方式已經(jīng)越來越難以滿足當(dāng)代學(xué)生要求簡便、易懂、易掌握的需求。根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐,我認(rèn)為數(shù)字與形狀相結(jié)合的思維方法更容易在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中實(shí)施。它是一種高效、簡單的解題方法,更容易讓學(xué)生理解和掌握。
一、以數(shù)解形,以形論數(shù)
因?yàn)椤皵?shù)”和“形”是一種對應(yīng),有些數(shù)量更抽象,我們很難把握,但是由于“形狀”形象和直覺的優(yōu)勢,可以表達(dá)更具體的思考,在解決數(shù)學(xué)問題中起著決定性作用,因此我們可以找到相應(yīng)的“定量”——“圖形”,用幾何圖形來解決代數(shù)的問題。圖形分析是將數(shù)量問題轉(zhuǎn)化為圖形問題,最后通過對圖的分析和推理來解決數(shù)學(xué)問題的簡便方法。
因此,對于“數(shù)”化為“形”這類問題,解決的基本思路是:根據(jù)條件中給出明確的目標(biāo)要求,從已知結(jié)論的問題或條件入手,觀察分析其是否為相似研究的基本公式或圖表的表達(dá)式,或采用合適的圖形,最后使用或構(gòu)造圖形屬性、幾何意義等已知條件,解決題目問題所需要解決的目標(biāo)。
例題分析:已經(jīng)F1是雙曲線x2-y2/4=1的左焦點(diǎn),A(1,2),P點(diǎn)是雙曲線右支上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),那么|PF1|+|PA|的最小值是。
分析:常規(guī)的解題思路是采用解析法。將|PF1|+|PA|表示為P的坐標(biāo)函數(shù)求最小值,但是這種方法的運(yùn)算量較大,容易出錯(cuò)。因此,我們可以采用“數(shù)”轉(zhuǎn)化為“形”的方法,設(shè)雙曲線的右焦點(diǎn)為F2,利用雙曲線的定義|PF1|=2a+|PF2|=2+|PF2|,所以|PF2|+|PA|最小時(shí),|PF1|+|PA|最小,根據(jù)雙曲線圖形可以知道,A、P、F2三點(diǎn)共線時(shí),可求出最小值。
二、以形助數(shù),以數(shù)論形
對于比較復(fù)雜的“圖形”,不僅要對數(shù)字圖形進(jìn)行修正,還要觀察圖形的特征,發(fā)現(xiàn)主題中隱含的條件,最大程度地利用圖形或幾何的意義,將自然界的“形”說成“數(shù)”的形式,加以分析計(jì)算。因此,對于“形”變成“數(shù)”這類問題,解題的基本思路是:明確給定題目中對象的條件和愿望,分析給定條件和要求對象的特征和性質(zhì),了解圖形中條件或?qū)ο蟮膸缀我饬x,然后根據(jù)條件和結(jié)論,運(yùn)用相應(yīng)的公式或定理等。
例題分析:已知函數(shù)f(x)的定義域?yàn)椋╝,b),其導(dǎo)函數(shù)在其定義域內(nèi)的圖像如下所示,那么函數(shù)f(x)在(a,b)內(nèi)有? ? ?個(gè)極小值點(diǎn)。
分析:找極小值點(diǎn)就是要找到函數(shù)由遞減函數(shù)變?yōu)檫f增函數(shù)的點(diǎn),也就是找到其導(dǎo)函數(shù)的值由負(fù)數(shù)到正數(shù)的點(diǎn),由圖可知,只有1個(gè)。
三、數(shù)形結(jié)合,互相轉(zhuǎn)化
數(shù)形結(jié)合通常包括以下幾部分內(nèi)容:1.實(shí)數(shù)與數(shù)軸上動(dòng)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系;2.定量與圖形的對應(yīng)關(guān)系;3.曲線與方程對應(yīng)關(guān)系;4.基于幾何要素和已知條件的概念,如復(fù)數(shù)運(yùn)算、三角函數(shù)運(yùn)算及證明等;5.所給出的方程或代數(shù)公式的結(jié)構(gòu)具有明顯的幾何意義。
解決這類問題往往需要同時(shí)從已知和結(jié)論出發(fā),仔細(xì)分析并找出內(nèi)在的“形”與“數(shù)”的相互關(guān)系。例題分析:若0<a<π/2,求證sina<a<tana。
分析:這類證明題的一般方法是從證明不等式的傳統(tǒng)解題方法入手,但是用這種傳統(tǒng)的解題方法需要運(yùn)用大量的公式和公式的變形。不僅計(jì)算量大,而且學(xué)生也容易出錯(cuò)。因此,我們利用三角函數(shù)的定義,構(gòu)造出一個(gè)單位圓和一個(gè)直角三角形來組合圖形。認(rèn)真觀察和分析構(gòu)造出來的圖形,可以將代數(shù)的問題幾何化。
四、結(jié)語
為了提高學(xué)生數(shù)字與形狀相結(jié)合的思維能力,教師需要耐心、細(xì)心地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何將數(shù)字與形狀相結(jié)合,用思維理解數(shù)字與形狀,用思維運(yùn)用數(shù)字與形狀,用數(shù)形結(jié)合的思維掌握定量與圖形。數(shù)形結(jié)合的思想方法有利于學(xué)生深刻地理解題目含義,了解題目內(nèi)在要求,教師應(yīng)幫助學(xué)生形成完整的數(shù)學(xué)概念,增加學(xué)生解決問題的方法,鍛煉學(xué)生的邏輯思維以及提高解題能力。
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