届高考数学大二轮复习专题第一编讲方法第2讲数形结合思想练习文.docx

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届高考数学大二轮复习专题第一编讲方法第2讲数形结合思想练习文

第2讲数形结合思想

「思想方法解读」

数形结合是根据数量与图形之间的对应关系,通过数与形的相互转化来解决数学问题的一种重要思想方法•数形结合思想体现了数与形之间的沟通与转化,它包含“以形助数”和“以数解形”两个方面•数形结合的实质是把抽象的数学语言与直观的图形语言结合起来,即将代数问题几何化、几何问题代数化.

数形结合思想常用来解决函数零点问题、方程根与不等式问题、参数范围问题、立体几何模型研究代数问题,以及解析几何中的斜率、截距、距离等模型问题.

热点题型探究

热点1数形结合化解方程问

 

例1

(1)(2019•聊城市高三一模)已知函数

x

x-1,xw0,

f(x)=Inx

x,x>0,

若关于x的方

 

 

程f(x)=x+a无实根,则实数a的取值范围为(

1

a.(—a,o)ue,1

1

C.0,e

答案

B

x

xw0,

x—1

解析

因为函数f(x)=

Inx

x>0,

x

b.(—1,0)

D.(0,1)

所以关于x的方程f(x)=x+a无实根等价

 

Inx

于函数y=f(x)的图象与直线y=x+a无交点,设直线y=x+a与f(x)=一(x>0)切于点

x

Rxo,yo),由f'(x)=2,由已知得2=1,解得Xo=1,贝UP(1,0),则切线方程

xX0

为y=x—1,作出函数f(x)与直线y=x+a的图象如图所示.

由图知函数y=f(x)的图象与直线y=x+a无交点时实数a的取值范围为一1

B.

——x

2—1xW0,

(2)已知函数f(x)=若方程f(x)=x+a有且只有两个不相等

fx—1x>0,

的实数根,则实数a的取值范围为()

A.(—o,0]

B.[0,1)

C.(—o,1)

D.[0,+o)

答案C

——x

2—1x<0,

解析函数f(x)=

fx—1x>0

的图象如图所示,当a<1时,函数y=f(x)的图象与函数y=x+a的图象有两个交点,

即方程f(x)=x+a有且只有两个不相等的实数根.

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思想方法,其基本思想是先把方程两边的代数式看作是两个熟悉函数的表达式(不熟悉时,需要作适当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.

2

x+4x,—3wxw0,1.(2019•天津市重点中学毕业班联考

(一))已知函数f(x)=

k的取值范围是()

2x—3,x>0,

B.—I,3+22

C.

——OO

D.

21

3,6

若方程f(x)+|x—2|—kx=0有且只有三个不相等的实数解,则实数

A.—1,3—22

答案A

解析f(x)+|x—2|—kx=0有且只有三个不相等的实数根,等价于y=f(x)+|x—2|

x2+3x+2,—3

与y=kx的图象有三个交点,画出y=f(x)+1x—2|=x—1,0vx<2,

3x—5,x>2

与y=kx的图象如图,y=kx与y=x2+3x+2相切时,k=3—22,y=kx过(—3,2)时,

22

k=—3,二根据图象可知,—ywk<3—2,2时,两函数图象有三个交点,•••若方程f(x)+|x

33

—2|—kx=0有且只有三个不相等的实数解,则实数k的取值范围是—|,3—22,故选A.

nn

2•将函数f(x)=sin4x+§的图象向右平移—个单位后,再将所有点的横坐标伸长为

n

原来的2倍,得到g(x)的图象,若g(x)+k=0在x€0,1上有且只有一个实数根,则k

的取值范围是()

B.—1wkv—-

C.—-vkw-

答案D

D.—舟vkw-或k=—1

nnnn

解析将f(x)的图象向右平移§个单位得到h(x)=sin4x——+-q=sin4x——,

n再将所有点的横坐标伸长为原来的2倍得到g(x)=sin2x—百.

n所以g(x)+k=0,即为方程sin2x——+k=0.

”nn_n5n

令2x—=t,因为x€0,—,所以一W~wtw

6266

n

若g(x)+k=0在x€0,—上有且只有一个实数根,即g(t)=sint与y=—k在

n

~6,

上有且只有一个交点

 

一1111

如图所示,由正弦函数的图象可知一2=—kv-或一k=1,即一-vkw-或k=—1.

热点2数形结合化解不等式问题

x>0,

例2

(1)(2019•安徽省江南十校高三联考)已知x,y满足x+2y>3,z=xy的最

2x+yw3,

小值、最大值分别为a,b,且x2—kx+1>0对x€[a,b]恒成立,则k的取值范围为()

A.—2wkw2B.kw2

c145

C.k>—2D.kw云

答案B

x>0,

解析作出x+2y>3,表示的平面区域如图中阴影部分所示,显然z=xy的最小

2x+yw3

—-x2+QXw1;

3值为0,当点(x,y)在线段x+2y=3(0

当点(X,y)在线段2x+y=3(0

299

z=xy=x(3—2x)=-2x+3xw;即a=0,b=^;

88

2

当x=0时,不等式x—kx+1=1>0恒成立,

若x—kx+1>0对x€0,8恒成立,

19

则kwx+-在0,上恒成立,

x8

19

又x+-在(0,1]上单调递减,在1,8上单调递增,

x8

1

即x+min=2,即kw2.

x

L3

(2)已知关于x的不等式&>ax+2的解集为{x|4vxvb},贝Uab=.

答案9

(-3

解析设f(x)=x,g(x)=ax+2(x>0).

厂3

因为x>ax+㊁的解集为{x|4vxvb},所以两函数图象在4vxvb上有f(x)>g(x),如图所示.

厂3

4=4a+-,

当x=4,x=b时,由f(x)=g(x),可得3

.b=ab+2

1

a=:

19

解得8所以ab=36=2.

b=36,

数形结合思想处理不等式问题,要从题目的条件与结论出发,着重分析其几何意义,从图形上找出解题思路•因此,往往构造熟知的函数,作出函数图象,禾U用图象的交点和图象的位置求解不等式.

1.(2019•湖南三市高三联考)设f'(x)是函数f(x)的导函数,若f'(x)>0,且?

X1,

X1+X2

x2€RX1MX2),f(xj+f(X2)<2f,则下列选项中不一定正确的一项是()

A.f

(2)

B.f'(n)

(2)

C.f

(2)

(2)—f'(3)

D.f'(3)

(2)

(2)

答案C

解析因为f'(x)>0,所以f(x)在R上单调递增.?

xi,X2€R(xiMX2),恒有f(xi)+

Xi+X2fxi+fX2Xi+X2

f(X2)<2f,即1一2—

示.

所以f

(2)

斜率,由图象可知,随着

X的增大,f(x)的图象越来越平缓,即切线的斜率越来越小,所以

表示点A(2,f

(2))

f'(n)

(2)=

与B(3,f(3))连线的斜率,由图可知

f'(3)

(2),故D正确;C无法推出,故选C.

2.?

x€0,1,8Xvlogax+1恒成立,则实数a的取值范围是

答案av1

1

解析当0vxv3时,函数y=8X—1的图象如图中实线所示.

•/?

x€0,

8XVlOgaX+1恒成立,

3

 

1

•••当x€0,3时,y=logax的图象恒在y=8X—1的图象的上方(如图中虚线所示).Ty

111

=logax的图象与y=8—1的图象交于点3,1时,a=7,.・.:

wav1.

333

热点3数形结合化解平面向量问题

例3

(1)(2019•东北三省三校高三第二次模拟)赵爽是我国古代数学家、天文学家,大

约在公元222年,赵爽为《周髀算经》一书作序时,介绍了“勾股圆方图”,亦称“赵爽弦图”(以弦为边长得到的正方形是由4个全等的直角三角形再加上中间的一个小正方形组成

的),类比“赵爽弦图”,可类似地构造如图所示的图形,它是由3个全等的三角形与中间的

一个小等边三角形拼成的一个大等边三角形,设DI2AF,则()

t2t1t

ba*9AC>27ab

答案D

解析设Di2A12,因此BD=Ai1,又由题意可得/ADB=120°,

所以AB=AD+BD—2AD-BD-cos/ADB=32+12-6cos120°=13,因此AB=13;

延长AD交BC于M记/DAB=0,/AMB=a,

AD+AB—BD9+13—1713

则COs/DAB=2AD-AB=两总备,

所以sin/DAB=、;1—cos2ZDAB=;

又由题意易知/DAB=ZDBM贝Ua=120°—0,在三角形DBM中,由正弦定理可得

BMDMBD

sinZMDBsinZDBMsinZDMB

BMDM1

即sin60°=sin0=sin—120°—0—,

 

所以AD=

312

AM=—AMc113

3+1

因为bm=4bc所以BM=1BC即AM—AB=4(Ac—Ab,

⑵给定两个长度为1的平面向量Omdob它们的夹角为牛如图所示,点c在以o为圆

心的圆弧AB上运动.若OC=xOAFyOB其中x,y€R,贝Ux+y的最大值为,此时Z

AO=.

答案2n3

解析由图示和题意可知,A(1,0),B—2,-2

 

COSa=x—

2y,

X=COSa

sin

y,

解得

y=爭in

由OOxOAFyOB得

 

n

a+"6.

所以x+y=cosa+3sina=2sin

2

又a€0,-3,所以当a=-3时,X+y取得最大值2.

建坐标系可以实现平面向量问题的全面运算,即利用平面向量的坐标运算,把问题转化为代数中的函数最值与值域、不等式的解集、方程有解等问题,化繁为简,轻松破解.

1.(2019•马鞍山市第二次教学质量监测)已知圆C,C2,C3是同心圆,半径依次为1,2,3,

过圆C上点M作C的切线交圆C2于AB两点,P为圆C3上任一点,则PA-勺取值范围为()

A.[—8,—4]B.[0,12]

C.[1,13]D.[4,16]

答案C

解析设同心圆的圆心为O,由切线性质可知OMLAB又过圆C上点M作C的切线交圆

OM1

C2于A,B两点,•••OA=OB=2,OM=1,在Rt△OAM中,sin/OA=2,二/OAB=ZOAM

=6,根据OA=OB=2,可知/OAB=ZOBA=-6,•./AO=2^,pA-PB=(pb^6A•(商OB

663

—>2~>—>—>—>—>—>—>—>—>—>2n->—>

=|PO2+PO・O聊OA・PO^OAOB9+PO・(OB+OA+|OAIOB•cos==7—OP・(OB^

3

OA.•••OMLABOA=OB

•••M是AB的中点,根据向量加法的几何意义得OAF-B=2-M代入上式得,PA-PB=7—

—P・(—BFSA=7—2—P-—M=7—2|—P|-MCos〈—P—M=7—6cos〈OP,—M,•/<—p—M

€[0,n],•••COS〈OpOM€[—1,1],•••PA-PB€[1,13],故选C.

2.如图,在梯形ABCDKAB//CDCD=2,ZBAD=-4,若°B-°C=2AB-AD,则°D-AC

答案12

解析解法一:

因为AB・AC=2Ab-AD

所以Ac—ab-°b=Ab-Ad所以Ab-dc=°B-AD

n

因为AB/CDCD=2,/BAD=

4

所以2|AB=|AB|ADCosn,化简得IAD=22.

故AD-AC=AD-(ADFDC=|AD2+Ad-DC=(22)2+22X2cos寸=12.

解法二:

如图,建立平面直角坐标系xAy.

依题意,可设点Qmm,C(mF2,m,B(n,0),其中m>0,n>0,则由AB-AC=2AB-Ad得(n,0)•(mF2,n)=2(n,0)•(mm,所以n(m+2)=2nm化简得m=2.

~A~A2

故AD-AC=(mm•(mF2,m)=2m+2m=12.

热点4数形结合化解圆锥曲线问题

 

B.

3

A.-

5

-7

3

5

C.5

答案C

解析双曲线的一条渐近线方程为y=bx,•••双曲线的渐近线被圆Mx2+y2—10x=0即

a

(x—5)2+y2=25所截得的两条弦长之和为12,设圆心到渐近线的距离为d,贝Ud=25—9=

52=4,即5b=4c,b=4c.•/a2=c2—b2=25c2,

:

a2+b2525

•/AB分别为双曲线的左、右焦点,点P在双曲线上,•|AF—BP=2a,根据正弦定理

2c

—APBPABfrAP."BP.f2c|sinP|2R

sinBsinAsinP2R2R2R|sinA-sinB|BPAP

2R—2R

2c

2a

5

=3,故选C.

3

22

xy

⑵已知A(1,1)为椭圆9+"5=1内一点,Fi为椭圆的左焦点,P为椭圆上一动点,求|PF|

+1PA的最大值和最小值.

22

XVL

解由9+5=1可知a=3,b=:

5,c=2,左焦点Fi(—2,0),右焦点冃(2,0)

由椭圆定义,知|PF|=2a—|PFF=6—|P冋,

•|PF|+IPA=6—IP冋+IPA=6+IPA—|PF2|.

如图,由||PA—|P^||W|A冋=;2—12+0—12=2,

知—•2W|PA—|PR|<■2.

当点P在AR的延长线上的点P2处时,取右“=”,

当点P在AR的反向延长线上的点P1处时,取左“=”,

即|PA—|P冋的最大、最小值分别为2,—2.

于是|PF|+|PA的最大值是6+叮2,最小值是6—2.

与圆锥曲线有关的最值问题,通常是利用函数的观点,建立函数表达式求解•但一味的强调函数观点,有时使思维陷入僵局,此时若能合理利用圆锥曲线的定义,以形助数,会使问题变得特别简单.

22

xy

1.椭圆5+4=1的左焦点为F,直线x=m与椭圆相交于点MN,当厶FMN勺周长最大

时,△FMN勺面积是()

4,5

5

答案C

解析如图,设椭圆的右焦点为F',连接MF,NF.因为|MF+|NF+|MF|+

|MN=

a2-b2=5-4=1,所以此时厶FMN的面积

1

S=-x2X

5

5

|NF|>|Mff+|NF|+|MN,所以当直线x=m过椭圆的右焦点时,△FMN勺周长最大•此时

 

故选C.

2

xo

2•(2019•四川省成都市第七中学高三下学期三诊)已知双曲线C:

•2—4y2=1(a>0)的右

a

顶点到其一条渐近线的距离等于手,抛物线E:

y2=2px的焦点与双曲线C的右焦点重合,则

抛物线E上的动点M到直线li:

4x-3y+6=0和I2:

x=-1的距离之和的最小值为()

A.1B.2

C.3D.4

答案B

2

x2

解析由双曲线方程—-4y=1(a>0)可得,双曲线的右顶点为(a,0),渐近线方程为y=

a

1

±2^x,即x±2ay=0.t双曲线的右顶点到渐近线的距离等于

•••双曲线的焦点为(1,0).又抛物线E:

y2=2px的焦点与双曲线C的右焦点重合,

•••p=2,二抛物线的方程为y2=4x,焦点坐标为F(1,0).如图,

设点M到直线I1的距离为|MA,到直线I2的距离为|MB,则|MB=|MF,•|MA+|MB=|MA+|MF・结合图形可得当A,MF三点共线时,|MA+|MB=|MA+|MF最小,且最小

|4X1+6|

值为点F到直线I1的距离d=—22_=2.故选B.

V4+3

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