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数形结合思想的解题策略_数形结合解题策略典型例题

时间:2019-01-19 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

   《数学课程标准》强调,在数学教学中要加强学生能力与思想方法的培养,能力是核心(包括运算能力、逻辑推理能力、分析和解决问题的能力等),思想是重点(包括分类讨论思想、数形结合思想、模型思想等)。所谓数形结合思想,就是把抽象的数学语言与直观的图形结合起来,通过数与形之间的相应和转化来解决数学问题的思想方法,它包含“以形助数”和“以数解形”两个方面。利用它可使复杂问题简单化、抽象问题具体化,它兼有数的严谨与形的直观之优点,是优化解题过程的重要途径之一,也是中学数学中重要的思想方法。下面,本人谈谈运用数形结合的思想方法解决数学问题的思维及方法。
   一、数形结合,巧设思路
   例1 已知: a2+b2=1, x2+y2=1,ax+by=0,求证:a2+x2=1,b2+y2=1 , ab+xy=0 。
   从题面看是代数题,但用“纯代数系统”的方法求解有困难,若借助三角代换,变为三角函数问题,可妙解此题。令a=cos,b=sin,x=cos,y=sin,那么0=ax+by=coscos+sinsin=cos(-), 得 =++k(k∈Z),因此, a2+x2=cos2+cos2=cos2(++k)+cos2=sin2+cos2=1。其他两个结论也不难证,原题也可以用解析法证明。由条件知,点A(a,b) 、 B(x,y)都在单位圆上,且满足ax+by=0 ,如图1,A 点的横坐标、纵坐标分别和点的纵坐标、横坐标的绝对值相等,但有一对符号相反。从图1看,因两个三角形全等,容易证明结论成立。比较两个证明方法,解析法的困难是把原条件变为解析条件,若把原条件变为三角条件,则较容易,证明时却比解析法略困难些,但两者都比直接用代数法容易下手。
   例2 解不等式x-2+x+1≥5.
   这类不等式通常是用分段讨论来求解的,但解法较烦。若能找到此不等式的几何意义,数形结合,则可简解如下。解 : x-2,x+1,表示数轴上的点x到定点2 和-1 的距离。∵ -1和2 相距 3,观察数轴可得x<2或x>3.
   二、借助方程,数形结合
   列方程(组)解应用题,比算术法要优越得多。同样对于平面几何问题,若能恰当地设置未知量,列出方程(组)去解决问题也是数形结合的思想方法。
   例3 在直角梯形 ABCD中,垂直于底边的腰AB=7 ,上底 AD=2,下底BC=3 ,如果边AB上的点P,使得以P、A、D 为顶点的三角形相似,那么,这样的点P有( ):A.1个、B.2个 、C.3个 、D.4个。
   思考方法 :若从纯几何角度实难判断,现结合代数方法思考:设AP=x,则PB=7-x。 ⑴若△PAD∽△PBC ,则=,∴ x=<7 ,符合条件。 ⑵若△PAD∽△CBP ,则= ,∴x1=1,x2=6 也符合条件,故选C.
   三、通过函数,沟通数形
   函数是中学数学教学中最重要的内容之一,学习函数后许多几何问题、三角问题,都可以抽象为代数中的函数问题,而从函数图像的性质研究,又能发现函数的变化规律。因此,函数是沟通数形的一个概念,应用函数解题也是数形结合的思想方法。
   例4 △ABC中,∠C=60° , BC=a,AC=b , a+b=8,求△ABC的面积S的最大值。
   解:选择边BC的长a为自变量,让a在区间(0,8)内取值,则面积是S自变量a的函数,这个函数的表达式是S=absinC=a(8-a)sin60°=-a2+2a ,利用代数配方法,可求出S的最大值为4,也可画出二次函数的图像。如图3所示,其最高点坐标如图所示。因此,S的最大值为4.
   四、联想几何意义,数形结合
   例5 求Y=-的最小值.
   解法1:将原函数变形为Y=+构造一个长为4,宽为3的矩形,再切割成12个单位正方形。 如图4,设KH=x ,则EK=2-x,KF=2+x ,AK=,KC=,根据三角形性质得AK+KC≥AC=5,当A、K、 C 三点共线时,等号成立. 故函数y=-的最小值是5.
   解法2:由= ,发现此式与两点间的距离知识有关,于是假设两点P(x,0),A(-2,1),则PA=.同样设 P(x,),B(2,-2)则PB=, 就有y=PA+PB, A、B 是两定点,而P是x轴上的一动点,在什么情况下, y的值最小呢?显然,当点P在线段AB上时, y=PA+PB最小,此时最小值是5.
   总之,数形结合思想是沟通代数学和几何学的桥梁,以数促形,将形融数,数形相辅,既能开阔学生的解题思路,又能提高综合解题的能力。因此,我们要在平时的教学过程中,引导学生多观察、多实践,使学生自觉、主动地运用数形结合的思想和方法去解决某些数学问题。
   (通渭县马营中学)

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