数形结合思想与二次函数的教学

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  摘要:数学思想方法是对数学本质的认识,是数学知识的精髓。新课程下注重、加强数学思想方法教学,是培养学生数学素养,形成良好思维品质的关键。而数形结合思想是一种重要的数学思想,是对立统一在数学中的重要体现。由数与形之间的相互借助,互相促进的关系,转化为一种固定的、依赖的、不可分割的关系。应用数形结合的方法可以使一些题目解决起来既简洁又明快,大大开拓我们的解题思路,为研究和探求数学问题开辟一条重要的途径。
  关键词:数形结合思想;一元二次方程;不等式;二次函数;抛物线
  著名的数学家华罗庚说过:“数缺形时少直觉,形缺数时难入微。数形结合百般好,隔离分家万事非。”寥寥数语把数形结合说得淋漓尽致。数形结合思想是一种重要的数学思想,是对立统一在数学中的重要体现。数与形有“对立”和“差异”的一面,但同时也有着“同一”和“互化”的一面。引导学生正确树立数形结合思想是中学数学教学的重要环节。就初中教材而言,初一阶段对数轴、绝对值、相反数等知识的学习,是数形结合思想的初步渗透。当然用“图示法”分析解有关应用题也是数与形的结合。初二阶段的“等边对等角”及其逆定理,勾股定理与直角三角形、一次函数等知识的学习进一步使数与形结合起来。而初三阶段,二次函数、反比例函数、锐角三角函数的教学,圆的教学等使数形结合思想有了相当充分的体现,基本上由数与形之间的相互借助,互相促进的关系,转化为一种固定的、依赖的、不可分割的关系。学生学好二次函数这一章,对于以后进一步学习解析几何、三角函数、微积分等学科都有着重要的基础作用。
  数形结合思想在二次函数这一章集中体现在函数表达式y=ax2 bx c(a≠0)与其抛物线图像之间的关系。同时由于二次函数值与数值0的大小比较,使得一元二次方程及不等式与抛物线有机地结合起来。这种“数”与“形”的信息转换,相互渗透,不仅可以使一些题目的解决简洁明快,而且可以大大开拓我们的解题思路,为研究和探求数学问题开辟一条重要的途径。因此在这一部分的教学时要使学生养成一种辩证的思维习惯:在解决二次函数、一元二次方程、方程组、不等式有关“数”的问题时,要立刻想到与它们所对应的“形”是怎样的,借助“形”来解决“数”的问题,反之亦然。现就教材中基本的数与形的对应关系列表如下,仅供参考。
  在学生掌握了上述基本的数形对应关系之后,再引导学生解决稍复杂的有关题目就显得轻松自然。学生也不会去死记一些知识了。例如:a,b,c满足什么条件时,一元二次方程ax2 bx c=0(a≠0)有两个相异正根。
  分析:一元二次方程ax2 bx c(a≠0)有兩个相异的正根,与其相对应的“形”就是抛物线y=ax2 bx c(a≠0)与x轴的正半轴有两个不重合的交点。这时可作出草图(1),(2)。既然有两个相异的交点,必满足条件Δ=b2-4ac>0;既然交点都分布在x轴的同一半轴,则必有条件a,c同号,即ac>0:;既然交点均匀分布在右半轴,对称轴也必在y轴的右侧,因此必有条件a,b异号。即ab<0.综合上述分析可得:a,b,c必须满足不等式组
  Δ=b2-4ac>0
  ac>0
  ab<0
  图(1)
  图(2)
  有了上述数形结合的分析思想,对于一元二次方程ax2 bx c=0(a≠0),什么条件下有两负根,一正一负,负根绝对值大,两根位于某两个已知数之间或之外等类似问题,均可一一得出解答。
  二次函数这一部分,是中考试题中的重要内容,因此引导学生树立数形结合思想显得极为重要。下面部分省市最近几年的中考试题中选出有代表性的两道,以供大家从中体会。
  1. 抛物线y=x2-(m-3)x-m.(1)证明:无论m为何值时,抛物线与x轴总有两个交点。(2)试求m为何值时,抛物线与x轴的两个交点的距离等于3?(3)当m为何值时,方程x2-(m-3)x-m=0的两根同负或两根同正?
  2. 已知二次函数y=-x2 bx 4,且不等式-x2 bx 4>0的解集是-5  (1) 求这个二次函数的解析式;(2)这个二次函数的图像经过怎样的平移,使它与x轴只有一个交点?(3)这个二次函数的图像经过怎样的平移,满足当x<0时,y随x的增大而增大,当x>0时,y随x增大而减小?(4)试写出同时满足(2)(3)的函数的解析式。
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