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华罗庚先生曾指出:“数缺形时少直观,形少数时难入微;数形结合百般好,隔裂分家万事非”。数形结合的本质是:几何图形的性质反映了数量关系,数量关系决定了几何图形的性质。
高考展望:数形结合一直是高考的重点和热点,其“数”与“形”结合,相互渗透,把代数的精确刻画与几何图形的直观描述相结合,使代数问题、几何问题相互转化,使抽象思维和形象思维有机结合,从而找到解决问题的突破口。多以选择题,填空题为主,解答题也时有涉猎。大多利用图像研究函数性质解决相关问题,即由“数”到“形”再由“形”到“数”。
一、数形结合在解决集合间关系,集合的运算问题中的应用
典型例题1设平面点集A=x,y(y-x)y-1x≥0,集合B=(x,y)(x-1)2+(y-1)2≤1,则A∩B表示的平面图形的面积为。
解析:如图1,集合A表示的是一条直线与一条双曲线所构成的区域,集合B表示一个圆及其内部,A∩B所表示的平面图形为图中的阴影部分,由对称性知,S1=S2S3=S4因此,A∩B所表示的平面图形的面积是圆面积的一半,即为π2。要点点拨:
(1)涉及有明显几何意义的式子通常可以考虑数形结合的思想;
(2)此题的面积不是规则的平面图形,直接求解很难,因此数形结合发现求解面积的方法。
二、数形结合在函数导数性质等有关问题中的应用
典型例题2(2014年潍坊一模)对任意实数a,b定义运算“”:ab=ba-b≥1,aa-b<1。设f(x)=(x2-1)(4+x),若函数y=f(x)+k的图像与轴恰有三个不同的交点,则k的取值范围是()。
A。(-2,1)B。[0,1]C。[-2,0]D。-2,1
解析:此题可以转换成函数零点个数问题,函数零点问题经常转化为两个函数交点个数问题!数形结合求解!
由题意知f(x)=4+x,x≤2或x≥3,x2-1,-2 函数f(x)图像如图2,可转化为y=f(x)与y=-k两个函数交点的个数问题,由图2可知,当-1<-k≤2时两个函数有三个交点。
三、数形结合思想在解析几何及线性规划有关问题中的应用
典型例题3已知x,y满足x216+y225=1,求y-3x最大值与最小值。
解析:令y-3x=m,则y=3x+m。原题变为在椭圆上找一点,使过此点的直线斜率为3,且在y轴上有最大截距或最小截距的问题。
由图像可知当直线与椭圆相切时有最大或最小截距m。将直线
y=3x+m代入椭圆方程,得169x2+96mx+16m2-400=0,令Δ=0解得m=±13。
故y-3x的最大值是13,最小值是-13。
四、数形结合思想在概率及统计中的综合应用
典型例题4(2013年四川高考)节日前夕,小李在家门前的树上挂了两串彩灯,这两串彩灯的第一次闪亮相互独立,且都在通电后4秒内任一时刻等可能发生,然后每串彩灯在4秒内为间隔闪亮,那么这两串彩灯同时通电后,他们第一次闪亮的时刻相差不超过两秒的概率是()。
A。14B。12C。34D。78
解析:C由于两串彩灯第一次闪亮相互独立且在通电后4秒内任一时刻等可能发生,所以总的基本事件为如图4所示的正方形的面积,而要求的是第一次闪亮的时刻相差不超过2秒的基本事件为如图所示的阴影部分的面积,
根据几何概型的计算公式,可知它们第一次闪亮的时刻相差不超过2秒的概率是1216=34,选C。
典型例题5(2013天津模拟)在区间1,5上和2,4上分别取一个数,记为a,b,则方程x2a2+y2b2=1表示焦点在x轴上且离心率小于32的椭圆的概率为()。
A。12B。1532C。1732D。3132
解析:方程x2a2+y2b2=1表示焦点在x轴上且离心率小于32的椭圆时,有a2>b2且e<32化简得a>b且a<2b。又a∈1,5,b∈2,4,画出满足a,b的平面区域,
如图5阴影部分所示,求阴影部分面积为154,故p=s阴影2×4=1532。
作者单位:湖南省衡阳市第一中学
高考展望:数形结合一直是高考的重点和热点,其“数”与“形”结合,相互渗透,把代数的精确刻画与几何图形的直观描述相结合,使代数问题、几何问题相互转化,使抽象思维和形象思维有机结合,从而找到解决问题的突破口。多以选择题,填空题为主,解答题也时有涉猎。大多利用图像研究函数性质解决相关问题,即由“数”到“形”再由“形”到“数”。
一、数形结合在解决集合间关系,集合的运算问题中的应用
典型例题1设平面点集A=x,y(y-x)y-1x≥0,集合B=(x,y)(x-1)2+(y-1)2≤1,则A∩B表示的平面图形的面积为。
解析:如图1,集合A表示的是一条直线与一条双曲线所构成的区域,集合B表示一个圆及其内部,A∩B所表示的平面图形为图中的阴影部分,由对称性知,S1=S2S3=S4因此,A∩B所表示的平面图形的面积是圆面积的一半,即为π2。要点点拨:
(1)涉及有明显几何意义的式子通常可以考虑数形结合的思想;
(2)此题的面积不是规则的平面图形,直接求解很难,因此数形结合发现求解面积的方法。
二、数形结合在函数导数性质等有关问题中的应用
典型例题2(2014年潍坊一模)对任意实数a,b定义运算“”:ab=ba-b≥1,aa-b<1。设f(x)=(x2-1)(4+x),若函数y=f(x)+k的图像与轴恰有三个不同的交点,则k的取值范围是()。
A。(-2,1)B。[0,1]C。[-2,0]D。-2,1
解析:此题可以转换成函数零点个数问题,函数零点问题经常转化为两个函数交点个数问题!数形结合求解!
由题意知f(x)=4+x,x≤2或x≥3,x2-1,-2
三、数形结合思想在解析几何及线性规划有关问题中的应用
典型例题3已知x,y满足x216+y225=1,求y-3x最大值与最小值。
解析:令y-3x=m,则y=3x+m。原题变为在椭圆上找一点,使过此点的直线斜率为3,且在y轴上有最大截距或最小截距的问题。
由图像可知当直线与椭圆相切时有最大或最小截距m。将直线
y=3x+m代入椭圆方程,得169x2+96mx+16m2-400=0,令Δ=0解得m=±13。
故y-3x的最大值是13,最小值是-13。
四、数形结合思想在概率及统计中的综合应用
典型例题4(2013年四川高考)节日前夕,小李在家门前的树上挂了两串彩灯,这两串彩灯的第一次闪亮相互独立,且都在通电后4秒内任一时刻等可能发生,然后每串彩灯在4秒内为间隔闪亮,那么这两串彩灯同时通电后,他们第一次闪亮的时刻相差不超过两秒的概率是()。
A。14B。12C。34D。78
解析:C由于两串彩灯第一次闪亮相互独立且在通电后4秒内任一时刻等可能发生,所以总的基本事件为如图4所示的正方形的面积,而要求的是第一次闪亮的时刻相差不超过2秒的基本事件为如图所示的阴影部分的面积,
根据几何概型的计算公式,可知它们第一次闪亮的时刻相差不超过2秒的概率是1216=34,选C。
典型例题5(2013天津模拟)在区间1,5上和2,4上分别取一个数,记为a,b,则方程x2a2+y2b2=1表示焦点在x轴上且离心率小于32的椭圆的概率为()。
A。12B。1532C。1732D。3132
解析:方程x2a2+y2b2=1表示焦点在x轴上且离心率小于32的椭圆时,有a2>b2且e<32化简得a>b且a<2b。又a∈1,5,b∈2,4,画出满足a,b的平面区域,
如图5阴影部分所示,求阴影部分面积为154,故p=s阴影2×4=1532。
作者单位:湖南省衡阳市第一中学