作为一种数学思想方法,数形结合的应用大致又可分为两种情形:或者借助于数的精确性来阐明形的某些属性,或者借助形的几何直观性来阐明数之间某种关系,即数形结合包括两个方面:第一种情形是“以数解形”,而第二种情形是“以形助数”.“以数解形”就是有些图形太过于简单,直接观察却看不出什么规律来,这时就需要给图形赋值,如边长、角度等等,特别是在做选择题时,只有一个答案是正确答案,用此种方法就可能起到意想不到的效果.“以形助数”是指把抽象的数学语言转化为直观的图形,可避免繁杂的计算,获得出奇制胜的解法.“以形助数”中的“形”,或有形或无形.若有形,则可为图表与模型,若无形,则可另行构造或联想.因此“以形辅数”的途径大体有三种:一是运用图形;二是构造图形;三是借助于代数式的几何意义.但由于构造图形的误差,或者“无中生有”的不准确,有时可能会出现一些错误.本文就运用数形结合时容易出现的失误做个简单的归类分析,希望引起你的重视.
1. 潦草作图而导出的错误
在同一坐标系中作几个函数的图像来比较时,我们一定要注意函数图像的延伸趋势以及伸展“速度”.因为我们画出的只是函数图像的一小部分,而不是全部.常言到“知人知面不知心”,同样的,我们从函数图像的部分而知道它的全部,在没画出来的部分图像是怎么样的呢?我们只有根据函数图像的延伸趋势以及伸展“速度”来判断了.
例1. 判断命题“当a>1时,关于x的方程ax=log a x无实数解”是否正确?
错解:在同一坐标系中,分别画出函数 y=ax(a>1)及y=log a x(a>1)的图像,如图1所示,可见它们没有公共点,所以方程确无实数解,故命题正确.
剖析:实际上对不同的实数a,y=ax及y=log a x的图像的延伸趋势不同,例如当a = 2时,原方程无实数解;而当时 ,x = 2 便是原方程的解.上面的错解就是潦草作图,而画出了个有误差的图形,并且想当然地根据图形而不去注意函数图像的延伸趋势而造成的.
事实上,我们还可以通过几何画板的演示(参数a可动态控制),在同一坐标系中作出函数y=ax和函数y=log a x(a>0,a≠1)的图像,当a非常小时它们有三个交点,此时,方程ax=log a x解的有3个.
例2. 比较2n与 n2(n 大于1的自然数)的大小.
错解:在同一坐标系中分别画出函数y=2x及y=x2的图像,如图2所示,由图可知,两个图像有一个公共点.当x=2时,2x=x2,当x > 2时有2x<x2成立,所以,当n=2时 2n=n2,而且当n 是大于2的自然数时,2n<n2.
剖析:事实上,当n= 4时,2n与 n2,也相等;n= 5时,2n>n2.错解是因为没有充分注意到两图像的递增“速度”!要比较两个图像的递增速度,确实很难由图像直观而得.本题可以先猜想,后用数学归纳法证明.本题的正确答案是 当n=2,4时2n=n2,当n=3时 ,2n<n2,当n是大于4的自然数时,2n>n2,证明略.
例3.(2013年高考·福建卷,文22题改编)已知函数f(x)=x-1+(a∈R,e为自然对数的底数).当a=1时,若直线l:y=kx-1与曲线y=f(x)没有公共点,求k的最大值.
解析:由题意,方程kx-1=x-1+无解,显然x=0不是方程的解,故分离参数后的方程k=1+无解.令g(x)=(x≠0),则,所以g(x)在(-∞,-1)上单调递增,在(-1,0)和(0,+∞)上单调递减,在x=-1处取到极大值g(-1)=1-e.又当x→0+时,g(x)→+∞;当x→0-时,g(x)→-∞;当x→+∞时,g(x)→1;当x→-∞时,g(x)→-∞,即直线x=0和y=1是函数g(x)的两条渐近线,所以g(x)的大致图像如图3.由题意知,直线y=k与函数g







