2020届高考数学（文）二轮复习精品考点专题23 数学思想方法及其应用（考点解读）（解析版）.pdf

专题23数学思想方冻及其应用考 情 解 读函数与方程思想在高考中也是必考内容，特别是在函数、解析几何、三角函数等处都可能考到，几乎大多数年份高考中大题都会涉及到.因此认真体会函数与方程思想是成功高考的关键.在高考题中，数形结合的题目出现在高中数学知识的方方面面上，把图象作为工具、载体，以此寻求解题思路或制定解题方案，真正体现数形结合的简捷、灵活特点的多是填空小题。因为对数形结合等思想方法的考查，是对数学知识在更高层次的抽象和概括能力的考查，是对学生思维品质和数学技能的考查，是新课标高考明确的一个命题方向。分类讨论思想是历年高考的必考内容，它不仅是高考的重点和热点，也是高考的考点，高考中经常会有一道解答题，解题思路直接依赖于分类讨论.预测以后的高考，将会一如既往地考查分类讨论思想，特别在解答题中(尤其导数与函数)，将有一道进行分类、求解的把关题，选择题、填空题也会出现不同情形的分类讨论求解题.化归与转化的思想在高考中必然考到，主要可能出现在立体几何的大题中，将空间立体几何的问题转化为平面几何问题，解析几何大题中求范围问题的题转化为求函数值域范围问题等，总之将复杂问题转化为简单问题是高考中解决问题的重要思想方法.重 点 知 识 梳 理知识点一、函数与方程思想一般地，函数思想就是构造函数从而利用函数的图象与性质解题，经常利用的性质是：单调性、奇偶性、周期性、最大值和最小值、图象变换等.在解题中，善于挖掘题目的隐含条件，构造出函数解析式和巧用函数的性质，是应用函数思想的关键，它广泛地应用于方程、不等式、数列等问题.i .方程思想就是将所求的量(或与所求的量相关的量)设成未知数，用它表示问题中的其他各量，根据题中的已知条件列出方程(组)，通过解方程(组)或对方程(组)进行研究，使问题得到解决.2.方程思想与函数思想密切相关：方程f(x)=O的解就是函数y=f(x)的图象与x轴的交点的横坐标；函数y=f(x)也可以看作二元方程f(x)-y=O,通过方程进行研究，方程f(x)=a有解，当且仅当a 属于函数f(x)的值域.函数与方程的这种相互转化关系十分重要.可用函数与方程思想解决的相关问题.1.函数思想在解题中的应用主要表现在两个方面:(1)借助有关初等函数的性质，解有关求值、解(证)不等式、解方程以及讨论参数的取值范围等问题；(2)在研究问题中通过建立函数关系式或构造中间函数，把研究的问题化为讨论函数的有关性质，达到化难为易、化繁为简的目的.2.方程思想在解题中的应用主要表现在四个方面：(1)解方程或解不等式；(2)带参变数的方程或不等式的讨论，常涉及一元二次方程的判别式、根与系数的关系、区间根、区间上恒成立等知识的应用；(3)需要转化为方程的讨论，如曲线的位置关系等；(4)构造方程或不等式求解问题.知识点二、数形结合的数学思想数形结合的数学思想：包含“以形助数”和“以数辅形”两个方面，其应用大致可以分为两种情形：一是借助形的生动性和直观性来阐明数之间的联系，即以形作为手段，数作为目的，比如应用函数的图象来直观地说明函数的性质；二是借助于数的精确性和规范严密性来阐明形的某些属性，即以数作为手段，形作为目的，如应用曲线的方程来精确地阐明曲线的几何性质应用数形结合的思想，应注意以下数与形的转化：数形结合思想解决的问题常有以下几种：(1)构建函数模型并结合其图象求参数的取值范围；(2)构建函数模型并结合其图象研究方程根的范围；(3)构建函数模型并结合其图象研究量与量之间的大小关系；(4)构建函数模型并结合其几何意义研究函数的最值问题和证明不等式；(5)构建立体几何模型研究代数问题；(6)构建解析几何中的斜率、截距、距离等模型研究最值问题；(7)构建方程模型，求根的个数；(8)研究图形的形状、位置关系、性质等.常见适用数形结合的两个着力点是：以形助数常用的有：借助数轴；借助函数图象；借助单位圆；借助数式的结构特征；借助于解析几何方法.以数助形常用的有：借助于几何轨迹所遵循的数量关系；借助于运算结果与几何定理的结合。数形结合思想是解答高考数学试题的一种常用方法与技巧，特别是在解选择题、填空题时发挥着奇特功效，这就要求我们在平时学习中加强这方面的训练，以提高解题能力和速度.具体操作时，应注意以下儿点：（1）准确画出函数图象，注意函数的定义域；（2）用图象法讨论方程（特别是含参数的方程）的解的个数是一种行之有效的方法，值得注意的是首先要把方程两边的代数式看作是两个函数的表达式（有时可能先作适当调整，以便于作图），然后作出两个函数的图象，由图求解.这种思想方法体现在解题中，就是指在处理数学问题时，能够将抽象的数学语言与直观的几何图象有机结合起来思索，促使抽象思维和形象思维的和谐复合，通过对规范图形或示意图形的观察分析，化抽象为直观，化直观为精确，从而使问题得到简捷解决。1.数形结合的途径（1）通过坐标系形题数解借助于建立直角坐标系、复平面可以将图形问题代数化。这一方法在解析几何中体现的相当充分（在高考中主要也是以解析几何作为知识载体来考察的）；值得强调的是，形题数解时，通过辅助角引入三角函数也是常常运用的技巧（这是因为三角公式的使用，可以大大缩短代数推理）实现数形结合，常与以下内容有关：实数与数轴上的点的对应关系；函数与图象的对应关系；曲线与方程的对应关系；以几何元素和几何条件为背景，建立起来的概念，如复数、三角函数等；所给的等式或代数式的结构含有明显的几何意义。如等式（X-2）2+（y-l）2 =4。常见方法有：解析法：建立适当的坐标系（直角坐标系，极坐标系），引进坐标将几何图形变换为坐标间的代数关系。三角法：将几何问题与三角形沟通，运用三角代数知识获得探求结合的途径。向量法：将几何图形向量化，运用向量运算解决几何中的平角、垂直、夹角、距离等问题。把抽象的几何推理化为代数运算。特别是空间向量法使解决立体几何中平行、垂直、夹角、距离等问题变得有章可循。（2）通过转化构造数题形解许多代数结构都有着对应的几何意义，据此,可以将数与形进行巧妙地转化.例如，将 a 0 与距离互化，将标与面积互化，将 a 2+b?+a b=a 2+b 2 2|a|4 c o s e（6 =6 0 或，=1 2 0。）与余弦定理沟通，将 a b c 0 且b+c a 中的a、b、c与三角形的三边沟通，将有序实数对（或复数）和点沟通，将二元一次方程与直线、将二元二次方程与相应的圆锥曲线对应等等.这种代数结构向几何结构的转化常常表现为构造一个图形（平面的或立体的）。另外，函数的图象也是实现数形转化的有效工具之一，正是基于此，函数思想和数形结合思想经常借助于相伴而充分地发挥作用。常见的转换途径为：方程或不等式问题常可以转化为两个图象的交点位置关系的问题，并借助函数的图象和性质解决相关的问题。利用平面向量的数量关系及模的性质来寻求代数式性质。（3）构造几何模型。通过代数式的结构分析，构造出符合代数式的几何图形，如将/与正方形的面积互化，将abc与体积互化，将J一W与勾股定理沟通等等。（4）利用解析几何中的曲线与方程的关系，重要的公式（如 两 点 间 的 距 离 _丁y +（弘了，点 到 直 线 的 距 离.=|A一xn +,By。+,C|，直线的斜率，直线的截距）、定义等来寻求代数式的图形背景及有关y1A2+B2性质。2.数形结合的原则（1）等价性原则在数形结合时，代数性质和几何性质的转换必须是等价的，否则解题将会出现漏洞.有时，由于图形的局限性，不能完整的表现数的一般性，这时图形的性质只能是一种直观而浅显的说明，但它同时也是抽象而严格证明的诱导。（2）双向性原则在数形结合时，既要进行几何直观的分析，又要进行代数抽象的探索，两方面相辅相成，仅对代数问题进行几何分析（或仅对几何问题进行代数分析）在许多时候是很难行得通的。例如，在解析几何中，我们主要是运用代数的方法来研究几何问题，但是在许多时候，若能充分地挖掘利用图形的几何特征，将会使得复杂的问题简单化。（3）简单性原则就是找到解题思路之后，至于用几何方法还是用代数方法、或者兼用两种方法来叙述解题过程，则取决于那种方法更为简单.而不是去刻意追求一种流性的模式代数问题运用几何方法，几何问题寻找代数方法。知识点三、分类讨论的思想分类讨论思想是将一个较复杂的数学问题分解（或分割）成若干个基础性问题，通过对基础性问题的解答来实现解决原问题的思想策略.对问题实行分类与整合，分类标准等于是增加的一个已知条件，实现了有效增设，将大问题（或综合性问题）分解为小问题（或基础性问题），优化解题思路，降低问题难度.1.由数学概念引起的分类讨论：有的概念本身是分类的，如绝对值、直线斜率、指数函数、对数函数等.2.由性质、定理、公式的限制引起的分类讨论：有的数学定理、公式、性质是分类给出的，在不同的条件下结论不一致，如等比数列的前n 项和公式、函数的单调性等.3.由数学运算要求引起的分类讨论：如除法运算中除数不为零，偶次方根为非负，对数真数与底数的要求，指数运算中底数的要求，不等式两边同时乘以一个正数、负数，三角函数的定义域等.4.由图形的不确定性引起的分类讨论：有的图形类型、位置需要分类，如角的终边所在的象限；点、线、面的位置关系等.5.由参数的变化引起的分类讨论：某些含有参数的问题，如含参数的方程、不等式，由于参数的取值不同会导致所得结果不同，或对于不同的参数值要运用不同的求解或证明方法.6.由实际意义引起的讨论：此类问题在应用题中，特别是在解决排列、组合中的计数问题时常用.知识点四、化归与转化的思想1、化归与转化的思想方法解决数学问题时，常遇到一些问题直接求解较为困难，通过观察、分析、类比、联想等思维过程，选择运用恰当的数学方法进行变换，将原问题转化为一个新问题（相对来说，是自己较熟悉的问题），通过新问题的求解，达到解决原问题的目的，这一思想方法我们称之为“化归与转化的思想方法”.2、化归与转化的思想方法应用的主要方向化归与转化思想的实质是揭示联系，实现转化.除极简单的数学问题外，每个数学问题的解决都是通过转化为己知的问题实现的.从这个意义上讲，解决数学问题就是从未知向已知转化的过程.化归与转化思想是解决数学问题的根本思想，解题的过程实际上就是一步步转化的过程.数学中的转化比比皆是，如未知向已知转化，复杂问题向简单问题转化，新知识向旧知识的转化，命题之间的转化，数与形的转化，空间向平面的转化，高维向低维的转化，多元向一元的转化，高次向低次的转化，超越式向代数式的转化，函数与方程的转化等，都是转化思想的体现.3、等价转化和非等价转化转化有等价转化和非等价转化之分.等价转化前后是充要条件，所以尽可能使转化具有等价性；在不得已的情况下，进行不等价转化，应附加限制条件，以保持等价性，或对所得结论进行必要的验证.高 频 考 点 突 破高频考点一、函数与方程思想在三角函数、平面向量中的应用例1.（1）若方程cos?%s i n x+a=O在（o,，上有解，则。的 取 值 范 围 是.【解析】法：把方程变形为a=-cos2x+sinx,、.（-设/W=-cos2x+sinx,2，显然，当且仅当。属于/U）的值域时有解.因为（1sir2x）+sin x=（sinx+）2且由 x e（。，一 知 sin x G（0,l,易求得./（x）的值域为（一1.1.故”的取值范围是法二：令/=5温,由 xc(o,2 _,可得 y(0,l.将方程变为f2+r 17=0.依题意，该方程在（0,1上有解，1设;w=尸+f 14,其图象是开口向上的抛物线，对称轴r=-5,如图所示.f o o,即j l-生0,所以一1-1)2+4,当且仅当 x=2,y=l 时，(|c-x a y b F)m i n=4,所以|c m)切的最小值为2.【答案】2【感悟提升】(1)研究此类含参数的三角函数方程的问题，通常有两种处理思路：一是分离参数构建函数，将方程有解转化为求函数的值域.二是换元，将复杂方程问题转化熟悉的二次方程，进而利用二次方程解的分布情况构建不等式或构造函数加以解决.(2)平面向量中含函数(方程)的相关知识，对平面向量的模进行平方处理，把模问题转化为数量积问题,再利用函数与方程思想来分析与处理，这是解决此类问题一种比较常见的思维方式.【变式探究】在43。中，内角A,B,C所对的边分别为m b,C.已知 A B C 的面积为3仃，h-c=2,c o s A =4,则 a=.1 逅【解析】在a A B C 中，由c o s A=-3可得s i n A=4，%=8,解得=6,0恒成立，所以7U)在 1,+8)上是增函数，故当 x=l 时,y(x)min=y(l)=3,1即当n 时，(儿)m a x=6，要使对任意的正整数，不等式也必恒成立，1则须使心(d)m a x=6，1所以实数上的最小值为葭【规律方法】本题完美体现了函数与方程思想的应用，第问直接列方程求公差；第问求出包的表达式，说明要求为必恒成立时攵的最小值，只需求小的最大值，从而构造函数/W =2x+1 仑1),利用函数求解.+1【变式探究】设数列 ，d 满足叶】=2 斯，且仇=ln(l+)+2就，N*,2 dn【证明】a+2 bn0,即+1 =2 n斯知，斯0(N*),故 0(N*).因为瓦M1，所以ba0,1构造函数/U)=ln(l+A)+2X2xU0),炉则其导数 f(x)=+x+x 1 =x+l,O n当x0时，/(x)0,故ZU)在(0,+8)上为增函数，所以r)(0)=0,B|j bf-a n 0,所以瓦;1.2 C ln因为小+2。，所以 In(l+)一。0),-x则导函数 g(x)=+x 1 =r+l，当x0时，g(x)0,故 g(x)在(0,+8)上为减函数,故 g(x)g(O)=。，所以 ln(l+4)一”0,1 1 1所以 ln(1 +)+2a弥+2加，即 力%+2,所 以%+2瓦卜1 高频考点三、运用函数与方程思想解决不等式问题产，x“，若存在实数从 使函数g(x)=/U)6 有两个零点，则 a 的取值范围是卜3 (烂”)，【解析】若 0&W1时，函数段)=/a 。)在 R 上递增，若或。0 时，由图象知y=A尤)存 在 b 使之有两个零点，故(一 co,O)U(1,+oo).【答案】(一8,O)U(1,+oo)【规律方法】(1)在解决值的大小比较问题时，通过构造适当的函数，利用函数的单调性或图象解决是一种重要思想方法.(2)在解决不等式恒成立问题时，一种重要的思想方法就是构造适当的函数，利用函数的图象和性质解决问题.同时要注意在一个含多个变量的数学问题中，需要确定合适的变量和参数，从而揭示函数关系，使问题更明朗化，一般地，已知存在范围的量为变量，而待求范围的量为参数.(3)在解决不等式证明问题时，构造适当的函数，利用函数方法解题是近几年各省市高考的一个热点.用导数来解决不等式问题时，一般都要先根据欲证的不等式构造函数，然后借助导数研究函数的单调性情况，再结合在一些特殊点处的函数值得到欲证的不等式.【变式探究】设函数f(x)=2x3+3ax2+3bx+8c在 x=l 及 x=2 时取到极值.(1)求 a,b的值；(2)若对于任意的xW O,3 都有f(x)2 成立，求 c的取值范围；(3)若方程f(x)=c 2 有三个根，求 c的取值范围.(解析】(l)f(x)=6 x 2+6 a x+3 b=3(2 x 2+2 a x+b).J f (1)=0,f a=-3,因为函数f(x)=2 x 3+3 a x 2+3 b x+8 c 在 x=l 及 x=2 时取到极值，所 以 卜(2)=o.解得 b=4.当 a=-3,b=4 时，f(x)=3(2 x26 x+4)=6(x 2)(x 1).当 x 0；当 l x 2 时，f(x)2 时，f(x)0.所以此时1 与 2都是极值点，因此 a=-3,b=4,f(x)=2 x3-9 x2+1 2 x+8 c.(2)由(1)知函数y=f(x)在 x =l 处取到极大值f(l)=5 +8 c,在 x=2 处取到极小值f(2)=4+8 c.因为 f(0)=8 c,f(3)=9+8 c,所以当x C 0,3 时，函数y=f(x)的最大值是f(3)=9+8 c,所以要使对于任意的x C 0,3 都有f(x)2成立,需要 f(3)=9+8 c 0,解得 c 9.(3)由(1)(2)知函数y=f(x)在区间(-8,1)上是增函数,在(1,2)上是减函数,在(2,+刈上是增函数，y=f(x)在 x=l处取到极大值f(l)=5 +8 c,在 x=2 处取到极小值 f(2)=4+8 c,f(l)f(2).所以要使方程f(x)=c 2 有三个根，需要 f(2)2 f(l),B P 4+8 c c2 5+8 c,解得 4+2 小 c4+M或 4-V2TC则 g(t)=2 t f-.令 g (r)=0，解得 r=l(M l当 r e(5,1即)时，g 0,g 是增函数.从而，当 =1(近时，函数g(/)有极小值，也是最小值，所以 g(f)mi n =3 0 0,此时/(f)mi n =15 小.答：当 f=lM时，公路/的长度最短，最短长度为15 小千米.【规律方法】解析几何、立体几何及其实际应用等问题中的最优化问题，一般利用函数思想来解决，思路是先选择恰当的变量建立目标函数，再用函数的知识来解决.【变式探究】某地建一座桥，两端的桥墩已建好，这两桥墩相距m 米，余下工程只需要建两端桥墩之间的桥面和桥墩，经预测，一个桥墩的工程费用为2 5 6万元，距离为x米的相邻两桥墩之间的桥面工程费用为(2+五 以 万元.假设桥墩等距离分布，所有桥墩都视为点，且不考虑其他因素，记余下工程的费用为y万元.(1)试写出y关于x的函数关系式.(2)当 m=6 4 0 米时，需新建多少个桥墩才能使y最小？【解析】(1)设需要新建n个桥墩，(n+l)x=m,m /m A m 2 5 6m即 n=7-1，所以 y=f(x)=2 5 6n +(n+1)(2+V x)x=2 5 6l 0,f(x)在区间(6 4,6 4 0)内为增函数，所以f(x)在 x=6 4 处取得最小值，此时，m 640n=7-l=-6 4-l=9.故需新建9个桥墩才能使y最小.【感悟提升】1.函数与方程思想在许多容易题中也有很多体现.2.有很多时候可以将方程看成函数来研究，这就是函数思想.3.有些时候可以将函数看成方程来研究，这就是最简单的方程思想.我们可以有意通过函数思想部分训练提升自己的数学能力.高频考点五、函数与方程思想在立体几何中的应用例5、现需要设计一个仓库，它由上下两部分组成，上部的形状是正四棱锥P-A由C i。，下部的形状是正四棱柱如图所示)，并要求正四棱柱的高0 10是正四棱锥的高PO i的4倍.(1)若42=6m,P 0 i=2 m,则仓库的容积是多少？(2)若正四棱锥的侧棱长为6 m,则当POi为多少时，仓库的容积最大?【解析】(1)由P 0 i=2知O Q=4PO i=8.因为 AiBi=AB=6,所以正四棱锥P-A iB G G的体积V 2 A BVP0=X62X2=24(m3)；正四棱柱ABC。-4 8 1 G d的体积V 杆=A82-OiO=62x8=288(m3).所以仓库的容积丫=入+丫枝=24+288=312(1/).(2)设 4 8 i=a m,POh m,则 0 h 6,。=4.连接 OB.因为在RtAPO iB中,。1阴+尸0彳=P阴,所以I 2户+於=36,即“2=2(363).1 J3 26于是仓库的容积丫=乙*+丫饰=必 制+行 户4二手出八二至(36/7一 人3),0 /?6,(转化为函数)26从而 V,=T(3 6-3/I2)=26(12-/i2).令=0,得分=2小或=一2小(舍).当0V%0,V是单调增函数；当2小 6时，V,E,现将4BC沿。E折成60。的二面角，求OE在何位置时，折起后A到BC的距离最短，最短距离是多少？解析】如图，点A沿D E折起到4,过A作A G L B C于G,交D E于F,连接AF,AG,因为4BC为正三角形，X D E/BC,所以AGLOE.又G,尸分别为8C,O E的中点，所 以 力 平 面AFG,BC_L 平面 AFG,所以A A F G是二面角的平面角.由题知NAFG=60。，所以A G为所求，亚在A/rFG 中，设 F G=x,则 A，F=2 a-x.由余弦定理，得4(?=4 产+F G 2-2 4 F/G c o s 6 0=1 2 a x p+N-2 x 1 2 x j-x-c o s 6 0(e 1&=3(x-4 /+1 6。2，S V 3所以当 x=4。时，(A G)m in=4 4，立即 OE恰为AABC中位线时，折起后A到B C的距离最短，最短距离为4 a.【总结升华】(1)函数思想与方程思想是密切相关的，如函数问题可以转化为方程问题来解决，方程问题也可以转化为函数问题加以解决，如解方程兀0=0,就是求函数y=/(x)的零点，再如方程_/(x)=g(x)的解的问题可以转化为函数y=y(x)与 y=g(x)的交点问题，也可以转化为函数y=y(x)g(x)与 X 轴的交点问题，方程式x)=a 有解，当且仅当a属于函数处0 的值域.(2)当问题中涉及一些变化的量时，就需要建立这些变化的量之间的关系，通过变量之间的关系探究问题的答案，这就需要使用函数思想.(3)借助有关函数的性质，一可以用来解决有关求值、解(证明)不等式、解方程以及讨论参数的取值范围等问题，二可以在问题的研究中，通过建立函数关系式或构造中间函数来求解.高频考点六、用数形结合思想解决方程、不等式及函数的有关性质问题例 6、已知：函数f(x)满足下面关系：f(x+l)=f(x 1)；当x G 1,1 时,f(x)=x 2,则方程f(x)=l g x 解的个数是()A.5 个 B.7 个 C.9 个 D.1 0 个(_ _ _ _ _ _ _ _ 4(2)设有函数f(x)=a+Y x 2 4 x 和 g(x)=3 x+l,已知x e 4,0 时 恒 有 f(x)g(x),求实数a 的取值范围.【解析】(D 由题意可知,f(x)是以2为周期，值域为0,1 的 函 数.又 f(x)=l g x,则 x e(0,1 0 ,画出两函数图象，则交点个数即为解的个数.由图象可知共9个交点，故选C._ _ _ _ _ _ _ _ 4(2)f(x)g(x),即 a+q-x 2-4 x x+l,_ _ _ _ _ _ _ _ 4变形得 K x，4 x x +1 a,令 y=-/x24 x,4y =3 x+l-a,变形得(x+2)2 +y 2=4(y K),即表示以(一2,0)为圆心，2为半径的圆的上半圆(如图);4表示斜率为可，纵截距为l-a 的平行直线系(如图).设与圆相切的直线为A T,其倾斜角为明4 7 1M O W t a n a=3 0 a 0)在区间-8,8 上有四个不同的根 X l,X 2,X 3,X 4,则 X l+X 2 +X 3 +X 4 =.【解析】因为定义在R上的奇函数，满足f(x 4)=-f(x),所 以 f(x 4)=f(-x),由 f(x)为奇函数，所以函数图象关于直线x=2 对称且f(0)=0.由f(x 4)=-f(x)知 f(x 8)=f(x),所以函数是以8为周期的周期函数，又因为f(x)在区间 0,2 上是增函数，所以f(x)在区间-2,0 上也是增函数.如图所示，那么方程f(x)=m(m 0)在区间-8,8 上有四个不同的根x i,X 2,X 3,X 4,不妨设X 1 X 2 X 3 0)2I【答案】一8.高频考点七、用数形结合思想解决参数、代数式的最值、取值范围问题x2 忙例 7、(1)已知x,y满足条件记+2 5=1，求 y 3 x 的最大值与最小值.J x2+y2 0,-2+3 班a=5 2乖 一 36#因此Z m i n=3.b=5，综上可知函数的值域为 之 一，5_.y+3误区警示：此题很容易犯的错误是由2=干 得 到 点(一 1,一3)的坐标时，很容易写成(1,3),所以做题时要看清顺序.【规律方法】如果参数、代数式的结构蕴含着明显的几何特征，一般考虑用数形结合的方法来解题，即所谓的几何法求解，比较常见的对应有：(l)y=k x+b 中 k 表示直线的斜率，b 表示直线在y 轴上的截距.b-n(2)am表示坐标平面上两点(a，b),(m,n)连线的斜率(3h/(am)2+(bn)2表示坐标平面上两点(a,b),(m,n)之间的距离.(4)导函数？(xo)表示曲线在点(xo,f(xo)处切线的斜率.只要具有一定的观察能力，再掌握常见的数与形的对应类型，就一定能得心应手地运用数形结合的思想方法.x2 y2【变式探究】已知x,y 满足条件讳+25=1，求 5x+4y的最大值与最小值.【解析】令 5x+4y=b.x2 y2原问题转化为：在椭圆讳+2 5=1 上求一点，使过该点的直线5x+4y=b与之相切即可.5x+4y=b,由 优 11=50 x2-10bx+b2-400=0.16+25=1由=(),得 6=20/5,故 5x+4y的最大值为2 M,最小值为一2 0 2高频考点八、数形结合思想在立体几何中的应用例 8、如图所示，在三棱锥VABC中，VC_L底 面 ABC,ACBC,D 是 A B 的中点，且 AC=BC=a,z v D c=o(o e 0),v(),0,Z l a t a n J.,f a a 也 )于是，2 2 a t a n G J,C =(5，2 o)，魂=(-a,a,0).f a a A 1 1从而油a,a,0)2 2 -2 a2+2 a2+0=0,(a a 巾)I 1同理A B-V f)=(a,a,0)-2 1 2-2 a t a n 0 j=-2 a2+2 a2+0=0,即 A B _ L V D.乂 C D C I V D=D,，A B _ L 平面 V C D.又 A B u 平面V A B.平面V A B _ L 平面V C D.(2)设直线BC与平面V A B 所成的角为t p,平面V A B 的一个法向量为=(x,y,z),“魂=0,财n-v f)=O得a x+a y=O,旦 旦 近2 x+2 y 2 a z t a n 0=0.可取九=(l，1，t a n。),又 /=(0,-a,0),于是 s i n(p=|c o s n,BC)户|川|反：|=a 2-r 2 =2|s i n 0|.a A j 2+t a n20nv o e 2，.0 s i n 0 1,0 s i n(p 2 -IT n又 V 0 (p 2，/.0 (p 0,则7(x)=(x+4)|x|=j-r-4工，x 0且在一4,的大致图象如图所示，1由图，易得0%4.所以&的取值范围为Q，+8).【答案】G，+J【感悟提升】用图象法讨论方程(特别是含参数的指数、对数、根式、三角等复杂方程)的解(或函数零点)的个数是一种重要的方法，其基本思想是先把方程两边的代数式看作是两个熟悉的函数表达式(不熟悉时，需要作适当的变形转化为两个熟悉的函数)，然后在同一坐标系中作出两个函数的图象，图象的交点个数即为方程解(或函数零点)的个数.【变式探究】已知函数/U)是定义在R上的偶函数，且犬一1),当0时，犬 幻=一总 则关于x的方程段)=|c o sM在 一1，当上的 所 有 实 数 解 之 和 为.【解析】因为函数H x)为偶函数，所以 一工-1)=/5+1)=/-1),所以函数7(x)的周期为2.又当1,0时,7W=-V,由此在同一平面直角坐标系内作出函数y=./(x)与y=|c o s心|的图象如图不妨设 XI X2 X3 X4 X5 X6 X7,则由图得 Xl+X2=4,启+玲=-2,X4=1,X6+X7 =O,所以方程,/(x)=|c o s7 t A l 在2，2上的所有实数解的和为-4 2 1 +o=-7.【答案】-7高频考点十数形结合思想在求解不等式或参数范围中的应用例 1 0、设函数/(X)是奇函数7 U)(xG R)的导函数，0时，xf(x)-x)0成立的x 的取值范围是()A.(-0 0,-1)U(O,1)B.(-1,O)U(1,+oo)C.(-o o,-1)U(-1,O)D.(O,1)U(1,+oo)【答案】A,【解析】设 y=g(x)=x(#0)，则 g(x)=X2，当 x 0 时，xf(x)J(x)0时，由负x)0,得 g(x)0,由图知0令 1,当 x 0 时，由 得 g（x）0,由图知 x o 成立的x 的取值范围是（一8,-i）u（o,i）.【感悟提升】（1）本例利用了数形结合思想，由条件判断函数的单调性，再结合式-1）=0 可作出函数的图象，利用图象即可求出x 的取值范围.（2）求参数范围或解不等式问题经常用到函数的图象，根据不等式中量的特点，选择适当的两个（或多个）函数，利用两个函数图象的上、下位置关系转化为数量关系来解决问题，往往可以避免繁琐的运算，获得简捷的解答.【变式探究】设A=（x,y）|x 2+0 1 尸=1 ,B=（x,y）|x+y+仑0,则使A U B 成立的实数m的 取 值 范 围 是.【解析】集合4是一个圆x 2+（）,-1 产=1 上的点的集合，集合B是个不等式x+y+论 0表示的平面区域内的点的集合，要 使 则 应 使 圆 被 平 面 区 域 所 包 含（如图），如直线x+y+m=0应与圆相切或相离|?+1|（在圆的下方），而当直线与圆相切时有飞一=1,又 z n 0,所以?=近一 1,故，的取值范围是 g 一1,【答案】,一 I +0 0）高频考点十一数形结合思想在解析几何中的应用x2 y2例 1 1、设双曲线C：/一匕2=1（“0,b 0）的左、右顶点分别为Al,4 2,左、右焦点分别为Q,F 1,以为直径的圆与双曲线左支的一个交点为P.若以4A 2 为 直 径 的 圆 与 直 线 相 切，则双曲线C 的离心率为（）A.啦 B.小C.2 D.小【解析】如图所示，设以4 4 2 为直径的圆与直线尸尸2 的切点为Q,连接O Q,则 OQLPB.又PF iPF i,。为尸|后的中点，所以|P F i|=2|O Q|=2 A.又|尸 尸 2|一仍尸i|=2 a,所以|P B|=4 A.在 RsQPB中，仍尸产+方/年=|F i 尸 2|2=4 +16a22 0a24c2=e=a=巾.【感悟提升】(1)在解析几何的解题过程中，通常要数形结合，这样使数更形象，更直白，充分利用图象的特征，挖掘题中所给的代数关系式和几何关系式，避免一些复杂的计算，给解题提供方便.(2)应用几何意义数形结合法解决问题需要熟悉常见的几何结构的代数形式，主要有：比值可考虑直线的斜率；二元一次式可考虑直线的截距；根式分式可考虑点到直线的距离；根式一可考虑两点间的距离.【变式探究】已知抛物线的方程为N=8 y,尸是其焦点，点 4(2,4),在此抛物线上求一点P,使 斗 尸的周长最小，此时点P 的坐标为.【解析】因为(-2)2AQ+|AF|AB|+AF,当且仅当P,B,A 三点共线时，ZiAPF的周长取得最小值，即|A剧+依几因为A(2,4),所以不妨设AAPF的周长最小时，点 P 的坐标为(-2,yo),代入/=8 y,得 yo=，故使AAPF的周长最小的点P的坐标为(一2,I).【答案】2,【总结升华】运用数形结合思想分析解决问题的3 个原则(1)等价性原则在数形结合时，代数性质和几何性质的转换必须是等价的，否则解题将会出现漏洞，有时，由于图形的局限性，不能完整地表现数的一般性，这时图形的性质只能是一种直观而浅显的说明.(2)双向性原则在数形结合时，既要进行几何直观的分析，又要进行代数抽象的探索，两方面相辅相成，仅对代数问题进行几何分析(或仅对几何问题进行代数分析)在许多时候是很难行得通的.(3)简单性原则找到解题思路之后，至于用几何方法还是用代数方法或者兼用两种方法来叙述解题过程，则取决于哪种方法更为简单.高频考点十二、根据数学的概念分类讨论7 6 3例 12、等比数列 斯 的各项均为实数，其前项和为S“.己知S 3=3 S 6=,则 a 8=.)7.=1-q=Z，0(10 6 3S6=l-q=彳,W=2,解 得 彳 1.a i=4,则 a 8=a q 7=&2 7=3 2.【答案】3 2【变式探究】设 O X 0 且 存 1,比较|10 g a(L X)|与|10 g a(l+x)|的大小.【解析】/.0 l-x l,0 l-x2 l.当0 a 0,l O g a(l+x)g a(l +X)|10 g；,(l X)l o g a(l+x)=l o g a(l X2)0;当 a l 时，I o g a(l-x)().所以|l o g a(l X)|l o ga(l +x)|=l o g a(l-X)l o ga(l +X)=-10 g a(|X2)0.由可知,|10 g a(l X)|l 0 g a(l +X)|.【规律方法】本题是由对数函数的概念内涵引起的分类讨论，我们称为概念分类型.由概念内涵引起的分类还有很多：如绝对值同分 a 0,a=0,a 0 且/1)与 y=l o g ax(a0 且 a#l)可分为a Q O V a V l 两种类型;直线的截距式分直线过原点时 为 y=k x ,不过原点时 为:+方=1 等.高频考点十三、根据运算的要求或性质、定理、公式的条件分类讨论例 1 3、一条直线过点(5,2),且在x轴，y轴上截距相等，则这条直线的方程为()A.x+y 7=0B.2x-5y=0C.工+厂 7=0 或 2 x 5 y=0D.x+y+7=0 或 2 y 5 x=0【答案】C2【解析】设该直线在x轴，y 轴上的截距均为小当。=0时，直线过原点，此时直线方程为y=&,即x z2 x-5 y=0；当今0时，设 直 线 方 程 为 则 求 得 =7,直线方程为x+y-7=0.【变式探究】在等差数列 an 中，ai =l,满足a2 n=2 an,n=l,2,.(1)求数列 an 的通项公式；记 b n=an p an(p 0),求数列 b n 的前n项和Tn.【解析】(1)设等差数列 斯 的公差为d,由 a2 n=2 an 得 a2=2 ai=2,所以 d=a2 ai =l.又 a2 n=an+n d=an+n=2 an,所以an=n.(2)由 bn=anp an W bn=n pn,所以 T n=p+2 P 2+3 p 3+(n l)pn二+n p1 1.n (n+1)当 P=1 时，T n=2 .当 p，l 时，p Tn=p2+2 p3+.+(n l)pn+n pn*p (p11)一得，(1 p)T n=p+p2+p3+.+pnn pl,n=1 p n p P (-p1 1)n p n+1.T n=(1 p)2-p-n(n+1)-2 ,p=l,p (p n)n pn+l(1-p)2-l-p-P/l-【规律方法】(D-次函数、二次函数、指数函数、对数函数的单调性，均值定理，等比数列的求和公式等性质、定理与公式在不同的条件下有不同的结论，或者在一定的限制条件下才成立，这时要小心，应根据题目条件确定是否进行分类讨论.(2)分类讨论的有些问题是由运算的需要引发的.比如除法运算中分母能否为零的讨论；解方程及不等式两边同乘以一个数是否为零，是正数，还是负数的讨论；二次方程运算中对两根大小的讨论；求函数单调性时，导数正负的讨论；排序问题；差值比较中的差的正负的讨论；有关去绝对值或根号问题中等价变形引发的讨论等.高频考点十四、根据字母的取值情况分类讨论例 1 4、已知函数f(x)=2 x33 x.(1)求 f(x)在区间-2,1 上的最大值；(2)若过点P(l,t)存 在 3条直线与曲线y=f(x)相切，求 t 的取值范围；(3)问过点A(1,2),B(2,1 0),C(0,2)分别存在几条直线与曲线y=f(x)相切(只需写出结论)？啦 啦【解析】(1)由 f(x)=2 x 3 3 x 得 f(x)=6 x 2 3,令 f(x)=0,得 x=-2 或 x=2，因为 f(2)=-