数形结合是解题的重要手段.但是什么时候需要“结合”,又该如何结合呢?
[题20](武汉市五月供题,7题)若△ABC的内角A,B,C的对边依次为a,b,c.P是△ABC内一点,且满足
,则点P必为△ABC的(
)
A.内心 B.外心 C.重心 D.垂心
[分析]这道题“有数无形”,如果仅从数据关系去直接推算,的确很难,其运输量不是一道小题所应该承受的.但若多考察“形”,即三角形心的位置所在,是可以轻而易举地找到正确答案的.
[解析]题设△ABC不可能是正三角形.否则其四心重合,选项不唯一.
点P必在三角形内部,故可排除B,D;假定P为三角形重心,则必有:
代入
,得
,即
.不妨设△ABC为不等边三角形,则有
.
这说明
与
共线,而这是不可能的.于是排除C,选A.
[题21]已知函数
(x∈[-8π,8π])的最大值为M,最小值为m,
则M+m=
[分析]本题也是“有数无形”,且不可能用数据计算与推理方法直接解决.出路在考察函数的奇偶性即最值在曲线中的位置.
[解析]原式变形得:![]()
令
当x∈[-8π,8π]时,
是奇函数.不论其单调性如何,其图象的最高点与最低点必关于原点对称.也就是说,如果最大值为
,那么最小值必为
.由此得:M+m=![]()
![]()
[题22]当
时,方程组
最多有
解?
[分析]请注意题目本身的要求,是问方程组有几个解,而不是
问其解是什么.既如此,先取特值,再配合画图形就可轻松解决.
[解析]取k=1,得直线
与曲线
,或
.问题转化为:考察直线
与双椭圆
有几个公共点.
|
[题23](04.重庆卷,16题)对任意实数k,直线![]()
|
|
|
[分析]考察图形的形状.当直线通过椭圆上或椭圆内的点时,它与椭圆一定相切或相交.
[解析]椭圆的标准方程是:![]()
在方程(1)中,命
得![]()
解得
,或3.如图,当
时,无论直线的斜率k
取什么实数,该直线必通过以A(0,3),B(0,-1)为端点
的线段AB上一点,而线段AB是椭圆(1)的弦.这
就是说,当
时,直线
恒过椭
圆(1)内或上一点,因而与椭圆恒有公共点. ∴
.
[题24](08.福建卷. (12)题)已知函数y=f(x),y=g(x)的导函数的图象
如右图,那么y=f(x),y=g(x)的图象可能是( )
![]()
[分析]本题反过来,“形”有余而数据不足.只有从“形”中发掘隐藏的数据特点,才有可能找到正确的选项.
[解析]首先得把原图读懂.原图中
且递减,说明
是上凸且递增的函数,选项A,C肯定不对;
与
的图象交点的横坐标是
说明两函数在点
处的切线有相同的斜率,也就是它们在点
处有公切线,或者平行的切线. 所以B不对,正确的选项是D.
[题25](08.江苏卷)△ABC中,若AB=2, AC=
BC ,则
的最大值 .
[分析]本题说的是“形”,而并未给出有关的“形”,所以解题
必须从画出“形”,且充分研究这个“形”的数据特点着手.
[解析]以直线AB为x轴,过A且垂直于AB的直线为y轴建立如图的直角坐标系,则有B(2,0).设动点C(x,y),那么由
.化简得:
.故点C在以M(4,0)为圆心,
为半径的圆上.
(不含圆与x轴的两个交点)当且仅当CM⊥x轴时,
.
[题26]在闭区间
上任取两个实数,则它们的和不大于1的概率是
[分析]本题隐含着的“形”只是数轴,但仅凭数轴很难找到
正确答案.对此我们索性“解放思想”,为之配备一个更高级的“形”.
[解析]在如图10的直角坐标系中,构造边长为2的正方形ABCD,
则正方形及其边界上任一点P(x,y)满足x,y∈
.取M(0,1),
N(1,0),连结MN,则图中阴影部分及其边界上任意一点均满足
|
[题27]若![]()
,则
的值为
( )
A.2
B.0
C.
D.
![]()
![]()
[分析]显然本题与“形”无关没有必要画蛇添足地去找形.那么就去找最合适的数据代入吧.
[解析]在
中,令
得:![]()
再令
(1)-(2):
,故选C.
[题28](理)已知以
为周期的函数
,其中
。若方程
恰有5个实数解,则
的取值范是
.
[分析]本题又是有数无形.没有必要去解方程组,只需要画出合适的曲线考察其交点就行.
[解析]当
时,
.可知曲线
是以原点为中心的上半椭圆(当m=1时表示上半圆).
当
时,
.可知曲线
是由两条线段连成的折线.
又由于
是以
为周期的周期函数,所以这个函数的基本图象如图 所示.
![]()
|
从图中我们看到,当时
时,曲线
与直线
有且只有3个交点.
为确保
恰有5个实数解,必须直线
与曲线
在下一个周期内恰有两个交点,而在更下一个周期内没有交点.显然,当x>3时,直线
与曲线
的折线部分不可能有交点,只需考查直线
与曲线
的非折线部分的交点.
当
时,
.由![]()
![]()
方程(1)应有不等二实根,![]()
化简得
.已知
,得![]()
当
时,
,由
![]()
方程(3)应没有实数根,![]()
化简得
.已知
,得![]()
综合(2),(4),所求
的取值范围.是
.
![]()
[题29](2009. 湖南卷.15题)将正
分割成
个全等的小正三角形(图2,图3分别给出了n=2,
3的情形),在每个三角形的顶点各放置一个数,使位于⊿ABC的三边及平行于某边的任一直线上的数(当数的个数不少于3时)都分别依次成等差数列.若顶点A ,B ,C处的三个数互不相同且和为1,记所有顶点上的数之和为
,则有
,
![]()
[分析]
这道题也很难,是名副其实的;不小的小题.
出路是:首先读懂题意,找出数列
的发展趋势与规律.
[解析](1)如图1 ,
的含义是将正△ABC各边
|
|
(或分点)所赋予的数据之和.
不妨设三顶之数分别为a,b,c.△DEF三顶之数依次为d,e,f.由条件:a+b+c=1.由于D,E,F分别是BC,CA,AB的中点,所以d,e,f分别是b,c;c,a;a,b的等差中项.故
.于是
.这就是
的来历.
如图2,
的含义是将正△ABC各边依次3等分,连成9个小正三角形后,求图中10个顶点(或分点)所赋予的数据之和.设△ABC三顶之数分别为a,b,c.各个三等分点依次为
分别表示数
与(2)同理有:
.而G为△ABC的重心,根据重心原理与公式,它表示数
.故
于是所求
.
为完整起见,我们补充
.即没有分点时,△ABC各顶数据之和是1.再补充
.即△ABC浓缩到它的重心G时 ,对应的数应为
,
如此类推,
的含义是将正△ABC各边依次4等分,连成16个小正三角形后,求图中15个顶点(或分点)所赋予的数据之和.与(2),(3)同理,△ABC的顶点及各边所有分点所表示的数据之和为4,而由于等差数列的性质,△MNP各顶数据之和还是1.所以
.
于是我们得到一连串数据:
,
,
,
.
仔细研究后我们发现:
.据此我们继续推测:
;
;…
.
将以上得到的系列数据1,2,
5,7,
…,其通分整理得:
.
这些数据中的分母都是3,分子是我们熟悉的数列1+2,1+2+3,1+2+3+4,1+2+3+4+5,…. 其通项是
.所以我们进一步推测:
.
这个结果是可以用数学故纳法证明的,这里从略.
小结:数形结合的要点是:有形无数去找数,有数无形去配图.形是直观来引路,数是灵魂寻归属.
4.直线AD与OB成45°角; 5.二面角D-OB-A为45°.
|
[分析]这道题除第一问可以直接利用全等三角形证明其为正确
之外,其余各问如果就图论图地去做,同样好难好难.但是如题18图2:
将这个图形整体置于正方体OAMB-CNDP之中,那又是“山穷水复疑无路,
柳暗花明又一村”了:
[解析]
连结OM,∵四边形OAMB是正方形,∴AB⊥OM;∵OC⊥平面OAMB,
∴OC⊥AB. 从而AB⊥平面OCDM.但是
平面OCDM,∴AB⊥OE,
即结论2正确;
∵OB∥AM,而AM与平面ACD有公共点A,∴OB与平面ACD不平行,
∴结论3不正确;
∵四边形ANDM是正方形,∴∠DAM=45°,而 OB∥AM,∴直线AD
与OB亦成45°角,结论4正确;
连结ON,∵ND∥OB,且OB⊥平面OCNA,∴∠NOA是二面角D-OB-A
|
|
|
为45°,即结论5正确.
综上,题中正确结论的序号是1,2,4,5.仅有结论2是不正确的.
[题19](2010.南京五中一模.14题)如图, 在直三棱柱ABC-A1B1C1中, ∠ABC=90°,
AB=BC=AA1=2, 点D是A1C1的中点, 则异面直线AD和BC1所成角的大小为 .
[分析]求异面直线的夹角,其基本方法有二.一是经过平移,使之成为同一平面内两直线的夹角;二是利用空间坐标,借助向量法求之.可是如果仅就原图则无法达到平移效果.若用坐标法又嫌绘图及计算繁琐.
根据题中的数量关系,一眼看出,这个直三棱柱正是半个正方体于是仍然想到“龙回大海鸟归窝”.
![]()
![]()
[解析]如上右图,根据题设的数量关系,将原三棱柱补成正方体
,连结
,则△
是正三角形,且
.但是
∥
,∴AD和BC1成
的角.
小结.大量的立体几何试题,其图形都是命题人“故意”从某个特殊几何体中割离出来的.因为这个图形离开了我们熟悉的几何环境,所以我们解题时就感到特别地困难和生疏.这时我们就该认真考察,题中这只“鸟”是从哪里飞出来的,只要让它们重新回到我们熟悉的几何环境中去,难题也就不难了.
以下是2004年一道著名的高考题:
[题16]一个正四面体的所有棱长都是
,则其外接球的表面积为( )
![]()
这道题如果就图论图的直径去做,计算量确实既大且繁.但若注意到这个四面体正好是某个正方体的内接四面体,并让它回到原正方体之中,则计算简便多了.
[解析]如图,作这个四面体的外接正方体,![]()
如果四面体的四个顶点都在一个球上,这个球就是该四面体的外接球.
显然,这个正方体与原来的正四面体有同一个外接球.当正四面体的
棱长为
时,正方体的棱长是1.它的体对角线也就是外接球的直径为![]()
|
故选A.
[题17](2008年武汉市二月调考)在四面体ABCD中,三组对棱长分别相等且依次为
.则此四面体ABCD的外接球的半径R为( )
![]()
这道题比上一题更难,但是解题思想却别无二致:如图,将这个四面体ABCD置于长方体AEBF-GCHD之中,那么该四面体与长方体有同一个外接球,且球半径等于该长方体的体对角线之半.
设此长方体的三度依次为
.令
|
于是这个长方体的体对角线之长
,从而所求
外接球的半径
.选C.
[题18]如图.正四面体ABCD的3个顶点分别在两两互相垂直的
3条射线Ox,Oy,Oz上,点E在棱CD上,则以下结论:
1.OA=OB=OC; 2.AB⊥OE; 3.OB∥平面ACD;
[题9](北京.崇文.5月考.8题)已知圆的方程
,
过
作直线
与圆交于点
,且
关于
直线
对称,则直线
的斜率等于 (
)
(A)
(B)
(C)
(D)![]()
[分析]解本题虽然可以使用特技,但是特技不是最好的方法
|
上. 取B(5,0).则B关于直线Y=3的对称点
为C(5,6).直线MCD的方程是:x=3y-13.
由:![]()
![]()
![]()
(舍)或
,于是
,得
.
.故选A.
[解析2](几何法:利用垂径定理及圆的对称性)
如题9图2, 显然点
在圆
上.
点M关于y轴的对称点N(4,3)也在圆![]()
|
必ON⊥AB.![]()
显然,这匹“黑马”,又比使用特技高明得多,而且还弥补了特技法证明不足的弱点.
[题10](2010.5月.朝阳.7题.)已知椭圆
,
是椭圆长
轴的一个端点,
是椭圆短轴的一个端点,
为椭圆的一个焦点. 若
,则该椭圆的离心率为
(A)
(B)
(C)
(D)![]()
[解析](利用直角三角形中成比例的线段)如图,∵
,且![]()
![]()
.
|
[题11]如图,
和
分别是双曲线![]()
的两个焦点,
和
是以
为圆心,以
为半径的圆与该
|
A
B
C
D![]()
[解析](利用含30°的直角三角形)连AF1,则△AF1F2为含30°角的直角三角形,且斜边F1F2之长为2c.故
由双曲线定义知:![]()
.故选D.
[题12]已知椭圆方程为
,O为原点,F为右焦点,点M是椭圆右准线
上(除去与
轴的交点)的动点,过F作OM的垂线与以OM为直径的圆
交于点N,则线段ON的长为( )
A.
B.
C.
D.不确定
[解析](四点共圆之1)如图设直线FN⊥OM于H,椭圆右准线交
x轴于A,∵A,F,H,M四点共圆,∴
.
|
[题13]已知圆C:
,一动直线
过点A(-1,0)与圆C交于P,Q两点,M为PQ中点,
与直线![]()
相交于N,则![]()
[解析](四点共圆之2)如题13图,圆
的
圆心是C(0,3),连CA并延长交直线
于D,注意到
而![]()
连CM,则∠AMC=∠AND=90°,知C,M,D,N四点在同一个圆上.
|
而![]()
.
注:本题若取取特殊点,使M重合于C,则N重合于D,计算更为简洁.
[题14]如图2-1,l1、l2、l3是同一平面内的三条平行直线,l1与l2间的距离是1, l2与l3间的距离是2,正三角形ABC的三顶点分别在l1、l2、l3上,则△ABC的边长是(
)![]()
(A)
(B)
(C)
(D)![]()
[解析](借助勾股定理)建立如图的直角坐标系,有M(0,1),
N(0,-2)设
.![]()
![]()
|
![]()
△ABM与△CBN都是直角三角形,
.代入(3):
.故选D.
|
[解析](构造特殊直角三角形)作CO⊥BA延长线于O,
分别以直线OB,OC为x,y轴建立如图的直角坐标系.
∵∠OAC=60°,∴有![]()
∴ ![]()
,
|
小结:高中的三角与向量,立几与解几等都是在平面几何的基础上创建于发展起来的,平面几何知识是它们的总根.平面几何知识具有简洁,直观和内涵丰富等优点,所以解题时只要条件具备,不失时机地“回归平几”是减少计算量,提高解题效率的有效手段.
[题1](2010.武汉5月供题3)若
且
,则
的取值范围是( )
![]()
[解析](取特值)![]()
.显然
适合,排除A,B,D,选C.
注:本题的一般解法是求导:设
则
恒成立.所以
是R上的增函数.而![]()
故
的解集是
.这个一般解法虽然理由充足,过程完美.可是那样小题大做,枉自耽误可贵的高考时间,值吗?
[题2](2010.北京宣武5月考.8题.)如图抛物线
:
![]()
和圆
:
,其中
,直线
经过
的焦点,依次交
,
于
四点,则
的值为(
)
|
[解析](取特殊直线)如图:圆
的圆心为抛物线的焦点
令直线AD与x轴垂直,那么![]()
∵
与
同向,
,故选A.
注:本题“完美”的解法是对直线AD的斜率是否存在进行讨论.那么除以上斜率不存在的情况外,还需对AD斜率存在的情况进行补证.:如题2图2,圆
的圆心为抛物线的焦点![]()
.抛物线的准线为
.如图,作
垂足分别
为
.设点A,D的横坐标依次为
.
,而圆半径
,
同理
.∵
与
同向![]()
|
|
.由韦达定理:
,
.
如果这样做,这道小题须得多花费2倍以上的时间.
为节约篇幅起见,以下各题的解法不再追求“正规”,“完整”.这是因为:
小题“不讲道理”,所以解法是“不择手段”.
[题3]已知点P是椭圆上的一点,F1、F2分别为椭圆的左、右焦点,
,则椭圆的离心率为(
)
![]()
![]()
[解析](取特殊角度)如图令
,
,
![]()
,
于是
,
,
将
代入各选项,仅A适合,答A.
[题4](05 全国1卷 5题)如图,在多面体ABCDEF中,已知ABCD是边长为1的正方形,且
、
均为正三角形,EF∥AB,EF=2,则该多面体的体积为( )
![]()
[解析](用特殊手段_补形).如题4解图,延长EA、FB交于G,
又延长FC、ED交于H,由三角形中位线性质知:多面体EFGH是棱长为2的正四面体,其体积
![]()
![]()
|
|||
[题5]已知定义在实数集R上的函数y=F(x)恒不为零,同时满足: F(x+y)=F(x)·F(y),
且当
时,F(x)>1,那么当
时,一定有( )
A.F(x)<-1 B.-1<F(x)<0 C.F(x)>1 D.0<F(x)<1
[解析](取特殊函数)设 F(x)=2x,显然满足 F(x+y)=F(x)· F(y)(即2x+y=2x·2y),且满足x>0时, F(x)>1,根据指数函数的性质,当x<0时,0<2x<1.即 0<F(x)<1.选D.
[题6]直三棱柱ABC-A1B1C1中,P,Q分别是侧棱AA1,
CC1上的点,且A1P=CQ, 则四棱锥B1-A1PQC1的体积与多面体
ABC-PB1Q的体积比值为
[解析](取图形的特殊位置) 如图,令A1P=CQ=0.则多面体
蜕变为四棱锥C-AA1B1B,四棱锥蜕化为三棱锥C-A1B1C1.
显然
,∴
:
.
|
的反函数是( )
![]()
![]()
[解析](取特殊点)注意到(-8,3)(适合
)在原函数的图象上,所以(3,-8)必在其反函数
的图象上.将(3,-8)代入各选项,A、C不适合,排除A、C;又在原函数中,当
时,必
有
,故在其反函数中,应有
,排除D,选B.
[题8](06安徽11)如果
的三个内角的余弦值分别等于
的三个内角的正弦值,则( )
A、
和
都是锐角三角形 B、
和
都是钝角三角形
C、
是钝角三角形,
是锐角三角形
D、
是锐角三角形,
是钝角三角形
[解析](取特殊三角形)设
各内角依次为60°,45°,75°;
各内角依次为30°,135°,15°.显然满足所设条件.此时
是锐角三角形,而
是钝角三角形.故选D.
注:以上结论可以用反证法证明.
小结:综上,“瞒天过海”的含义就是无须讲道理.其实,能够又快又好地找到正确答案,就是考场上最大的道理.而种种特技包括取特殊值,特殊角度,特殊点,特殊函数,特殊图形,和图形的特殊位置等.
特技法也是有理论根据的.这个理论根据就是互逆否的两个命题一定等价.说明确一些,虽然用特殊手段得到的结论在一般情况下未必成立,但是用特技法求得的结论却无法在一般情况下将其否定.