摘 要: 數(shù)形結(jié)合即數(shù)形滲透,兩者相互推進,層層深入,能使復(fù)雜問題簡單化,抽象問題直觀化,是中學(xué)數(shù)學(xué)中常見的解題思想和方法。本文首先對數(shù)形結(jié)合思想的方法進行了剖析,然后通過具體的實例研究了數(shù)形結(jié)合思想在中學(xué)數(shù)學(xué)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 數(shù)形結(jié)合 思想方法 中學(xué)數(shù)學(xué)
1.引言
我國著名數(shù)學(xué)家華羅庚說過這樣一句話:“數(shù)缺形時少直觀,形少數(shù)時難入微,數(shù)形結(jié)合百般好?!彼^數(shù)形結(jié)合就是根據(jù)“數(shù)”與“形”之間的對應(yīng)關(guān)系,通過“數(shù)”與“形”的相互轉(zhuǎn)化來解決數(shù)學(xué)問題的思想方法。數(shù)形結(jié)合既是一種思想,又是一種方法,它是中學(xué)數(shù)學(xué)中一種重要的解題思想和策略,數(shù)形結(jié)合具有直觀、形象、生動等優(yōu)點,在有些題型中,運用數(shù)形結(jié)合的思想解題還能避開繁瑣的討論,減少運算量,大大地簡化解題過程。
數(shù)形結(jié)合的思想可以使某些抽象思維變?yōu)樾蜗笏季S,有助于把握數(shù)學(xué)問題的本質(zhì),由于使用了數(shù)形結(jié)合的方法,很多問題便迎刃而解,并且解法很簡單。在解決數(shù)學(xué)問題時,將抽象的數(shù)學(xué)語言同直觀的數(shù)形相結(jié)合,實現(xiàn)抽象的概念與具體形象的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化,使“數(shù)”與“形”的信息相互滲透,這樣可以開拓我們的解題思路,使許多數(shù)學(xué)問題簡單化?!皵?shù)”與“形”可以看成是一對矛盾,它包含以“數(shù)”助“形”和以“形”助“數(shù)”兩個方面,數(shù)形結(jié)合的思想應(yīng)用形式大體可分為代數(shù)問題的幾何解法與幾何問題的代數(shù)解法兩個方面,它們滲透于中學(xué)教材之中。中學(xué)數(shù)學(xué)中常常用到數(shù)形結(jié)合方法的內(nèi)容有:數(shù)軸上的點與實數(shù)的對應(yīng)關(guān)系、函數(shù)與圖像的關(guān)系、曲線與方程的關(guān)系、部分不等式與代數(shù)式的關(guān)系,等等。數(shù)形結(jié)合的思想方法在解方程和不等式、函數(shù)(包括三角函數(shù))、解析幾何中既能直觀地發(fā)現(xiàn)解題途徑又能避免復(fù)雜的計算,簡化解題過程,這對于畢業(yè)班的學(xué)生來說在考試時有很大的幫助。
數(shù)形結(jié)合就是將抽象的數(shù)學(xué)語言與直觀的圖形結(jié)合起來,通過“數(shù)”與“形”之間的對應(yīng)關(guān)系和轉(zhuǎn)換來解決數(shù)學(xué)問題。在中學(xué)中主要有以“數(shù)”轉(zhuǎn)化為“形”和“形”轉(zhuǎn)化為“數(shù)”這兩種關(guān)系。“數(shù)”與“形”是一種對應(yīng)關(guān)系?!靶巍本哂行蜗?、直觀、簡潔明快的優(yōu)點,能表達具體思維,是解決問題的關(guān)鍵。但部分比較抽象的數(shù)量難以把握,這就需要我們把與數(shù)量關(guān)系相對應(yīng)的圖形找出來,利用圖形來解決問題。我們把數(shù)量問題轉(zhuǎn)化為圖形,并通過對圖形的分析最終解決數(shù)量關(guān)系的方法叫圖形分析法。這其中數(shù)量問題圖形化是圖形分析法的條件。對于“數(shù)”轉(zhuǎn)化為“形”這類題目的基本解題思路:弄清題目所給的條件和所求的目的,從條件或結(jié)論出發(fā),構(gòu)造出相對應(yīng)的圖形,再利用構(gòu)造出的圖形的性質(zhì)、幾何意義等聯(lián)系所要求的目標(biāo)去解決問題。“形”雖然有形象、直觀、簡潔明快等優(yōu)點,但對于定量分析還得借助于代數(shù)的計算,特別是比較復(fù)雜的圖形,不但要正確地把圖形信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息,而且要觀察圖形的特點,發(fā)掘題目中的隱含條件,充分地利用圖形的性質(zhì)和幾何意義進行計算。對于這類題目的解題思路:明確題目中所給的條件和所求的結(jié)論,分析所給的條件和所求的結(jié)論的性質(zhì)和特點,理解條件和結(jié)論在圖形中的幾何意義,正確將題目中的圖形信息轉(zhuǎn)化為代數(shù)信息,再利用條件與結(jié)論的聯(lián)系,運用定理或公式解決問題。
2.數(shù)形結(jié)合的思想方法在中學(xué)數(shù)學(xué)中的應(yīng)用
2.1解決函數(shù)問題
利用圖像研究函數(shù)的性質(zhì)是常用的方法,函數(shù)圖像的幾何特征與數(shù)量特征緊密結(jié)合,體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合的特征與方法。
令A(yù)(0,1),B(2,2),C(x,0),則問題轉(zhuǎn)化為在x軸上求一點C,使 |CA|+|CB|有最小值。如圖1,由于AB2.2解決方程或不等式問題
2.2.1在解方程時,把方程的根的問題看做是圖像的交點問題。
例2.如果方程x+2ax+k=0的兩個實根在方程x+2ax+a-4=0的兩實根之間,試求a與k應(yīng)滿足的關(guān)系。
解:畫出對應(yīng)的二次函數(shù)y=x+2ax+k,y=x+2ax+a-4的草圖,這兩個函數(shù)圖像都是開口向上,形狀相同且有公共對稱軸的拋物線(如圖2),要使方程x+2ax+k=0的兩實根在方程x+2ax+a-4=0的兩實根之間,則對應(yīng)的函數(shù)圖像y與x軸的交點應(yīng)在函數(shù)圖像y與x軸的交點之內(nèi),它等價于拋物線y的頂點縱坐標(biāo)不大于零且大于拋物線y的頂點縱坐標(biāo),由配方法知y與y的頂點坐標(biāo)分別為:P(-a,-a+k),P(-a,-a+a-4),故-a+a-4<-a+k≤0,即可以求出a與k的關(guān)系為:a-4<k<a。
2.2.2在處理不等式時,聯(lián)系相關(guān)函數(shù),分析其幾何意義,從圖形上找解決題目的思路。
例3.解不等式≥x
解:作直線y=x和半圓弧y=的圖像,由=x知x=,由直線和半圓弧的位置關(guān)系即可知原不等式的解為(-5,)。
2.3解決三角函數(shù)問題
在解決三角函數(shù)單調(diào)區(qū)間的確定或比較三角函數(shù)值的大小等問題時,數(shù)形結(jié)合是重要的方法。
例4.求y=的最值
解:y的結(jié)構(gòu)類似于斜率公式,故可視為定點M(2,1)與單位圓上的動點N(cosx,sinx)連線的斜率,如圖4,當(dāng)MN與單位圓相切時,切線的斜率取值就是所求函數(shù)的最值,由圖可知:0≤k≤,故可知y的最值為:y=0,y=。
2.4解決解析幾何問題
解析幾何的基本思想就是數(shù)形結(jié)合,在解題中善于將數(shù)形結(jié)合的數(shù)形思想運用于對曲線的性質(zhì)及相互關(guān)系進行研究中。
例5.橢圓+=1的焦點為F、F,點P為其上的動點,當(dāng)∠FPF為鈍角時,P點橫坐標(biāo)的取值范圍為?搖?搖 ?搖?搖。
解:如圖5,由題意可知,點P在以FF為直徑的圓的內(nèi)部且在橢圓上時,∠FPF為鈍角,則解方程組+=1x+y=5得圓與橢圓的交點橫坐標(biāo)x=±,所以點P的橫坐標(biāo)的取值范圍是:- 3.結(jié)語
數(shù)形結(jié)合思想在中學(xué)數(shù)學(xué)中占有非常重要的地位,其“數(shù)”與“形”的結(jié)合,把代數(shù)式與幾何圖形相結(jié)合,使代數(shù)問題、幾何問題相互轉(zhuǎn)化,使抽象思維和形象思維有機結(jié)合。應(yīng)用數(shù)形結(jié)合思想,就是充分考查數(shù)學(xué)問題的條件和結(jié)論之間的內(nèi)在聯(lián)系,既分析其代數(shù)意義又揭示其幾何意義,將數(shù)量關(guān)系和空間形式巧妙結(jié)合,來尋找解題思路,使問題得到解決。只有熟練掌握一些概念和運算的幾何意義及常見曲線的代數(shù)特征,才能熟練地運用這一思想方法。
參考文獻:
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