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三角函数中的数形结合思想

前言

数形结合是我国传统数学的基本思想方法之一,在数学教学历史中具有举足轻重的地位。从《九章算术》的“析理以辞,解体用图”,到现代数学各分支“交叉渗透,学科整合”,无不体现着数形结合长盛不衰的魅力. 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

所谓数形结合[1],就是根据数与形之间的对应关系,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. 数形结合思想的实质[1]就是:将抽象的数学语言与直观的图形结合起来,使抽象思维与形象思维结合起来,发挥数与形两种信息的转换及其优势互补与整合.数形结合思想通过“以形助数,以数解形”,使复杂的问题简单化、抽象问题具体化,将抽象思维转化为形象思维,从而有助于把握数学问题的本质,它是数学的规律性与灵活性的有机结合,因此,掌握数形结合思想有非常重要的实际意义,我们要争取做到“胸中有图,见数思图”. 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

数形结合思想是数学解题中常用的思想方法,数形结合思想可以使某些抽象的数学问题直观化、生动化,能够变抽象思维为形象思维,有助于把握数学问题的本质;另外,由于使用了数形结合的方法,很多问题便可迎刃而解,且解法简捷. 但在数形结合思想中的数与形的转化过程中,要注意代数性质与几何性质的等价性,否则数形结合思想会显漏洞.      三角函数的图像与性质是高考中必不可少的内容之一,它是学习数学和应用技术学科的基础,又是解决生产实际问题的工具. 在学习三角函数时要充分运用数形结合的思想,把图像与其性质结合起来,例如:由单位圆上三角函数线的性质来理解三角函数的性质. 与此同时,也要能根据函数的性质来描绘出函数的图像,这样既有利于掌握函数的图像与性质,又能熟练地运用数形结合的思想方法. 数形结合的思想方法在三角函数中的应用十分广泛,常见的如:解三角方程和解三角不等式,求三角函数的最值,求三角函数的定义域与值域等,运用数形结合思想,不仅直观而且易于发现解题途径,而且能有效的避免复杂的计算与推理,大大简化了解题过程. http://www.paper51.com

结合自身的教育实习经验,我总结出要实现将数形结合思想可通过以下三个途径:坐标联系、审视联系、构造联系. 内容来自www.paper51.com

下面我们通过具体的一些实例来加以说明. 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

一、坐标联系:即通过建立坐标系(直角坐标系、极坐标系、复平面等)达到数形互化,在三角函数中,主要体现在直角坐标系中单位圆与三角函数线的运用,下面我们通过几个例题来说明坐标联系思想在三角函数中的运用.

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例1    将函数() 的图像按向量平移,平移后的图像如图所示,求平移后图象所对应函数的解析式 paper51.com

         解析:将函数()的图像         按向量平移,平移后的图像所对应的解析式为 paper51.com

     要求出解析式,只要求出的值即可,由平移后的图像可知: http://www.paper51.com

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=2

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所以平移后的图象所对应函数的解析式为: paper51.com

小结:通过本例可知,数学结合的思想是数学思想中重要的方法之一,是一种间接解决问题的方法,解决数学问题中的关键在于转化,把函数转化为适当的几何图形,再用几何图形相应的性质来求解几何图形的相关问题,从图形的直观特征来发现数量之间存在的联系,从而化难为易、化繁为简,以达到事半功倍的效果. copyright paper51.com

例2   求在怎样的区间里满足

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分析:本题若根据绝对值的概念来解,是较复杂的,结合三角函数线的性质,可知,在单位圆中=|OM|;=|MP|故本题应满足的条件既是的余弦线比其正弦线长.

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解:如图,由平面几何知识,显然满足条件的角的终边落在图中阴影部分.

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----------------------------------------(1) http://www.paper51.com

----------------------------------------(2)

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∴由(2)得----(3)

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由(1)、(3)两式知:

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在()中满足

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小结:从例题中可看出,因三角函数线的量数等于三角函数值,三角函数线的长度等于三角函数的绝对值,从而使有关三角函数及其绝对值的问题转换为几何问题,利用平面几何知识解决,使解法直观、自然.

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    已知为锐角,求证: 内容来自www.paper51.com

(1)sin+cos<   (2) http://www.paper51.com

    证明:(1)设角的终边与单位圆交于P(x,y)如图所示,过点P作PM⊥OM,PN⊥ON,M、N为垂足

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      (单位圆中) paper51.com

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∵四边形OAPB被扇形OAB所覆盖 copyright paper51.com

    即:

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        ∴

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(2) ∵        paper51.com

    ∴  

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  又  ∵函数(0<a<1)在R上是减函数

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   ∴  

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小结:通过本例可知,用数形结合的思想解题,直观可靠,解题速度快,容易使学生理解. 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

二、审视联系:即用几何的眼光、思想体察分析数式,从而达到数形互化,看下面例题: paper51.com

    已知: copyright paper51.com

    求:的值 内容来自www.paper51.com

分析:这道关于三角函数的题,若采用一般方法,计算较复杂,若从他的几何意义上讲,联想到终点坐标公式,则可转化成解析法求解,显得简便 内容来自www.paper51.com

解:如图,在单位圆上取点

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A(),B(

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则线段AB的中点为M(m,n)且AB⊥OM

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    因为  所以 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

所以直线AB的方程为:

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      ---------------------------------------------(1)

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      又∵   ----------------------------------------------(2) copyright paper51.com

      由(1)、(2)消去y得: 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

         

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由维达定理可知: 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

同理:由(1)、(2)消去x得: http://www.paper51.com

     

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