在近幾年全國(guó)各地的高考試題中,加大了對(duì)運(yùn)用用數(shù)學(xué)思想方法解決問(wèn)題的能力的考查,而函數(shù)的思想是數(shù)學(xué)思想方法的核心.從運(yùn)動(dòng)變化的觀點(diǎn)觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題是函數(shù)思想的精髓.取值范圍問(wèn)題和最值問(wèn)題是我們經(jīng)常遇到的問(wèn)題,它更是高考考查的重要題型,這些問(wèn)題中都含有變化的圖形或變化的量,研究它們的變化過(guò)程和變化規(guī)律,是解決這類問(wèn)題的基本方法,這種從運(yùn)動(dòng)變化的觀點(diǎn)解決問(wèn)題常??梢允菇忸}過(guò)程更加簡(jiǎn)捷直觀.
例1在平面四邊形ABCD中,∠A=∠B=∠C=75°,BC=2,則AB的取值范圍是.
分析:從條件看,四邊形ABCD的邊BC的長(zhǎng)度和四個(gè)角的大小是確定的,而其它三邊的長(zhǎng)度是變化的,我們可以讓點(diǎn)A、D動(dòng)起來(lái),觀察它們的變化規(guī)律.
解:如圖所示,延長(zhǎng)BA,CD交于E,平移AD,當(dāng)A與D重合于E點(diǎn)時(shí),AB最長(zhǎng),在△BCE中,∠B=∠C=75°,∠E=30°,BC=2,由正弦定理可得BCsin∠E=BEsin∠C,即2sin30°=BEsin75°,解得BE=6+2,平移AD,當(dāng)D與C重合時(shí),AB最短,此時(shí)與AB交于F,在△BCF中,∠B=∠BFC=75°,∠FCB=30°,由正弦定理知,BFsin∠FCB=BCsin∠BFC,即BFsin30°=2sin75°,解得BF=6-2,又因?yàn)锳BCD是四邊形,所以AB的取值范圍為(6-2,6+2).
例2已知OB=(2,0),OC=(2,2),CA=(2cosα,2sinα),則OA與OB夾角的取值范圍是.
分析:題中的點(diǎn)B、C是確定的,點(diǎn)A隨著α的變化而變化,故需研究點(diǎn)A的變化規(guī)律,即研究點(diǎn)A的軌跡.
解:因?yàn)閨CA|=2,所以點(diǎn)A在以C為圓心,2為半徑的圓上運(yùn)動(dòng),過(guò)原點(diǎn)作此圓的切線,那么得到兩條切線,這兩條切線的傾斜角分別為π4-π6=π12和π4+π6=5π12,從而向量OA與OB夾角的范圍是[π12,5π12].
例3滿足條件AB=2,AC=2BC的三角形ABC的面積的最大值為.
分析:如果固定點(diǎn)A、B,讓點(diǎn)C運(yùn)動(dòng),建立適當(dāng)?shù)钠矫嬷苯亲鴺?biāo)系后可求出點(diǎn)C的軌跡方程,再用數(shù)形結(jié)合的方法就能求出三角形ABC的面積的最大值.
解:以AB所在的直線x軸,AB的中點(diǎn)O為原點(diǎn),建立如圖所示的直角坐標(biāo)系,則A(-1,0),B(1,0),設(shè)點(diǎn)C(x,y),則由AC=2BC得C點(diǎn)的軌跡方程為:(x-3)2+y2=8(y≠0).所以,點(diǎn)C在以M(3,0)為圓心,半徑r=22的圓上.從圖中看出,點(diǎn)C到x軸的最大距離為22.
所以,三角形ABC的面積的最大值為:12AB·r=12·2·22=22.
評(píng)注:設(shè)BC=x,從而AC=2x,可以求出三角形ABC的面積關(guān)于x的函數(shù)表達(dá)式,再用函數(shù)的方法求出面積的最大值,但所用知識(shí)點(diǎn)較多,且不易得到正確結(jié)果.由AC=2BC聯(lián)想到點(diǎn)C的軌跡是圓,從而可用圓的有關(guān)知識(shí)去分析,直觀、簡(jiǎn)捷.
例4已知二次函數(shù)f(x)=ax2+(2b+1)x-a-2在區(qū)間[3,4]上至少有一個(gè)零點(diǎn),則a2+b2的最小值為.
分析:f(x)的零點(diǎn)就是關(guān)于x的方程ax2+(2b+1)x-a-2=0的根,這個(gè)方程的根隨著a、b的變化而變化,若將P(a,b)看成動(dòng)點(diǎn),則點(diǎn)P在直線l:(x2-1)a+2xb+x-2=0上,且a2+b2=OP2,從而當(dāng)OP⊥l時(shí),a2+b2取最小值.
解:f(x)=0即ax2+(2b+1)x-a-2=0即(x2-1)a+2xb+x-2=0,這是一個(gè)關(guān)于a、b的方程,表示aOb平面上的一條直線,記為l.
設(shè)P(a,b),則點(diǎn)P在直線l:(x2-1)a+2xb+x-2=0上,從而當(dāng)OP⊥l時(shí),a2+b2取最小值.
又OP⊥l時(shí),
OP=|x-2|(x2-1)2+(2x)2
=|x-2|x2+1,
設(shè)t=x-2,∵3≤x≤4,∴1≤t≤2,
∴|x-2|x2+1=tt2+4t+5=1t+5t+4,
∵函數(shù)y=t+5t+4在[1,2]上是減函數(shù),
∴172≤t+5t+4≤10,
∴|x-2|x2+1=1t+5t+4≥110,
∴當(dāng)且僅當(dāng)t=1,即x=3時(shí),a2+b2取最小值1100.
評(píng)注:如果先由條件求出a、b滿足的不等式組,再?gòu)牟坏仁浇M出發(fā)求a2+b2的最小值,將是非常復(fù)雜的.我們首先變換主變?cè)?,將這個(gè)關(guān)于x的方程,看成關(guān)于a、b的方程,再數(shù)形結(jié)合求解,就避開(kāi)了難點(diǎn),使問(wèn)題迅速得到了解決.
(作者:卜以軍,江蘇省建湖高級(jí)中學(xué))
中學(xué)課程輔導(dǎo)高考版·學(xué)生版2016年6期