06.28 數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

二、圖解法

圖解法是對數量關係進行適當的幾何解釋,把代數或三角問題轉化為幾何問題,在利用幾何和函數的圖像的知識實現代數、三角問題解決的方法。

1、函數圖像法

通過引進函數,利用函數的圖像實現幾何解釋的圖解法,稱函數圖像法

例題1、若不等式

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題1圖1

的解集為 (0,2),求實數 a 的值 。

解:設 y1 = (4x - x^2) ,其圖像是圓心在(2,0),半徑為 2 的上半圓 ,如下圖所示:

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題1圖(2)

設 y2 = (a - 1)x ,它是過原點的直線系,當且僅當 y2 = (a - 1)x 經過點 A(2,2)時才有:

當 x ∈ ( 0, 2) 時,y1 > y2 ,因而 2 = (a - 1)• 2 ,即 a = 2

例題2、若 a > 0 , b >0 , c > ( a + b ) / 2 ,

求證:

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題2圖(1)

解題思路:

待證不等式組最左端和最右端與一元二次方程的根的表達式接近,若把它們進行等價變形為根的表達式的形式

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題2圖(2)

問題轉化為證明方程 ax^2 - 2cx + b = 0 的兩個根一個大於 1 , 一個小於 1 。

這可由討論函數 y = ax^2 - 2cx + b 的性質得到 。

證明:

令 f(x) = ax^2 - 2cx + b 因為 a > 0 ,所以函數的圖像是開口向上的拋物線 。

∵ c > ( a + b ) / 2 > 0 , ∴ c^2 > [( a + b ) / 2 ]^2 ≥ ab ,

∴ △ = 4c^2 - 4ab > 0 。

∵ c > ( a + b ) / 2 , ∴ 2c > a + b ,

∴ a - 2c + b < 0 , ∴ f(1) = a - 2c + b < 0 。

這說明拋物線與 x 軸的左交點在點 (1,0)的左側,而右交點在點 (1,0)的右側,如下圖所示:

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題2圖(3)

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題2圖(4)

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題2圖(5)

2、幾何圖形法

通過構造精確定義上的幾何圖形的圖解法叫幾何圖形法

例題3、若 a > 0 , b >0 , c >0 ,

求證:

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題3圖(1)

解題思路:

考慮到 a , b , c 都是正數,且每個被開方式與餘弦定理形式接近,利用餘弦定理的幾何解釋,每個無理式都表示某三角形的一邊,而由這三個三角形作基礎可構成一個四面體,由這個四面體來證明這個不等式。

證明:

構造四面體 OABC ,使 OA = a , OB = b , OC = c ,∠AOB = ∠BOC = ∠COA = 60° , 如下圖所示:

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題3圖(2)

由余弦定理有:

AB^2 = a^2 + b^2 -2ab • cos60° = a^2 + b^2 - ab;

BC^2 = b^2 +c^2 - 2bc • cos60° = b^2 +c^2 - bc ;

CA^2 = a^2 +c^2 -2ac • cos60° = a^2 +c^2 - ac 。

在 △ABC 中 , ∵ AB + BC > CA

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題3圖(3)

例題4、若 α ,β 都是銳角,且 sin( α +β) = 2sinα , 求證: α <β 。

解題思路:

由已知條件 sin( α +β) = 2sinα 聯想到正弦定理,可構造以 α ,β 為內角的三角形 。

證明:

因為 α ,β 都是銳角 ,構造以 α ,β 為內角的三角形 ABC ,如下圖所示:

數形結合思想之“圖解法”在高中數學解題中的應用

例題4圖(1)

∠B = α , ∠C = β 。

∵ sin∠A = sin( π - α - β) = sin(α+β)

∴ sin∠A = 2sin∠B

因此可設 BC = 2 , AC = 1

∵ AB > BC - AC = 1

∴ α <β


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