转化与划归思想

前言

待编辑。

等价转化

已知单调性求参数的取值范围;

已知函数fx))在区间a,b))内单调递增,等价转化为f’x)geqslant 0)在区间a,b))内恒成立且f’x)=0)在区间a,b))内不恒成立即需要保证fx))不是常函数,否则不符合题意,因为常函数没有单调性),故求得参数的取值范围后,还需要对端点值作以验证,否则会产生错误的多余的解;而学生则容易错误转化为f’x)>0)在区间a,b))内恒成立,这样必然不包含区间的端点值,这样又会产生漏解;

存在单调性求参数的取值范围;

已知函数fx))存在单调递增区间a,b)),等价转化为f’x)>0)在区间a,b))有解或者能成立;而学生则容易错误转化为f’x)ge 0)在区间a,b))内能成立或有解,这样必然会产生错误的多余的解;

已知函数在闭区间上不单调,求参数的取值范围;

例2函数fx)=cfrac{1}{3}x^3-x^2+ax-5)在区间[-1,2])上不单调,则实数a)的取值范围是_________。 -3,1))

由题可知fx))不单调,则导函数y=f’x))在区间-1,2))上至少有一个变号零点,而不是在区间[-1,2])上至少有一个变号零点;

使用场景

数形之间的相互转化,

未知向已知的转化,

模型向模型的转化

复数问题实数化,

立体问题平面化,

实数问题有理数化,

视角上的转化 比如证明ABperp CD)需要转化为CDperp AB),以及V_{A-BCD}=V_{D-ABC}),即等体积法,等面积法。

维度上的转化,

抽象问题具体化

典例剖析:

例1【2018福建龙岩市高三质检】若不等式x-a)^2+x-lna)^2>m)对任意xin R)ain 0,+infty))恒成立,则实数m)的取值范围是______________。

分析:检索自己的数学知识储备,我们能发现,不等式的左端的结构和平面内两点间的距离公式非常接近,

故我们主动联想,向两点间的距离公式的几何意义做靠拢,从而转化为求两点间的距离的最小值的平方。

解法1:表达式x-a)^2+x-lna)^2)的几何意义是直线y=x)上的点x,x))到曲线y=lnx)上的点a,lna))距离的平方,

如果令fx)=x-a)^2+x-lna)^2),则由m<fx))对任意xin R)ain 0,+infty))恒成立,

即需要我们求fx))的最小值;这样题目首先转化为以下的题目:

例1-2直线y=x)上的动点为P),函数y=lnx)上的动点是Q),求|PQ|)的最小值。

【等价题目】直线y=x)上的点为Px,x)),函数y=lnx)上的点是Qa,lna)),求sqrt{x-a)^2+x-lna)^2})的最小值。

设和直线y=x)平行且和函数y=lnx)相切的直线为y=x+m)

切点为P_0x_0,y_0)),则有

egin{cases} y_0=x_{0}+ m \ y_0=lnx_0 \ f’x_0)=cfrac{1}{x_0}=1end{cases})

从而解得x_0=1,y_0=0,m=-1)

所以所求的点点距的最小值,就转化为切点P_01,0))到直线y=x)的点线距,

或者两条直线y=x)y=x-1)的线线距了。

此时|PQ|_{min}=cfrac{sqrt{2}}{2})

由上述题目可知,fx)_{min}=cfrac{sqrt{2}}{2})^2=cfrac{1}{2})

故实数m)的取值范围是m<cfrac{1}{2}),即min -infty,cfrac{1}{2}))

例2【2019届宝鸡市高三理科数学质量检测一第12题】设函数fx)=x-a)^2+lnx^2-2a)^2),其中x>0)ain R),存在x_0),使得fx_0)leq cfrac{4}{5})成立,则实数a)等于【】

$A.1$ $B.cfrac{1}{5}$ $C.cfrac{2}{5}$ $D.cfrac{1}{2}$

分析:由于题目告诉我们,存在x_0),使得fx_0)leq cfrac{4}{5})成立,

则需要我们求解函数fx))的最小值,最容易想到的就是利用导数求解函数的最小值,

这个最小值中会含有参数a),让其小于等于cfrac{4}{5}),求解即可。

但是观察函数的特征,你会感觉这可能不是一个很好的选择。

那么有没有更好的选择呢,详细观察所给的函数结构特征,发现其和平面内任意两点见的距离公式很接近,

所以我们可以这样考虑:

函数fx))的最小值应该是点x,lnx^2))和点a,2a))之间的最小距离的平方,再次转化为

函数y=gx)=lnx^2=2lnx)上的动点x,y))与函数y=hx)=2x)上的动点m,n))之间的最小距离的平方,

从而问题转化为先求解曲线y=2lnx)上的动点到直线y=2x)的最小距离了。

利用平行线法,设直线y=2x+m)与曲线相切于点x_0,y_0))

则有g’x_0)=cfrac{2}{x_0}=2),解得x_0=1)

代入y=2lnx),得到y_0=0),即切点为1,0))点,

代入y=2x+m),得到m=-2)

即切线为y=2x-2),此时函数fx))的最小值,也就是曲线上的点1,0))到直线y=2x)的点线距的平方,

也是两条直线y=2x)y=2x-2)之间的线线距的平方,其中线线距d=cfrac{|2|}{sqrt{2^2+1^2}}=cfrac{2}{sqrt{5}})

d^2=cfrac{4}{5}),说明这样的x_0)是存在的且唯一的,x_0=1)

那么a)为多少?该如何求解呢?由于a)是使得函数fx))取得最小值的参数,

即本题目中应该是点1,0))在直线y=2x)上的垂足的横坐标。

由于过点1,0))y=2x)垂直的直线为y-0=-cfrac{1}{2}x-1))

联立left{egin{array}{l}{y=2x}\{y=-cfrac{1}{2}x-1)}end{array}ight.),解得x=cfrac{1}{5})

a=cfrac{1}{5}),故选B)

例3甲、乙两人约定某天晚上7:00 sim 8:00)之间在某处会面,并约定甲早到应等乙半小时,而乙早到无需等待甲即可离去,那么两个人能会面的概率是【】

$A.cfrac{1}{3}$ $B.cfrac{1}{8}$ $C.cfrac{3}{8}$ $D.cfrac{5}{9}$

分析:如右图所示,令7:00)对应0,8:00)对应1,设甲乙两人到达的时刻分别为x,y),则其相当于在区间[0,1])上取值一样,“约定甲早到应等乙半小时”即y-xleq cfrac{1}{2}),即x-y ge -cfrac{1}{2}),“乙早到无需等待甲即可离去”意味着x-y>0),那么两人会面应该满足条件-cfrac{1}{2}leq x-y leq 0)

即右图中的阴影部分,所以所求的概率为P=1-cfrac{cfrac{1}{2} imes cfrac{1}{2} imes cfrac{1}{2}+cfrac{1}{2} imes 1 imes 1}{1}=cfrac{3}{8}).

本题目的难点有以下三个:

①到底该是用一维来刻画还是用二维来刻画;两个刻画时刻的数轴的呈现方式,到底该平行还是垂直,还是斜交。

②关于时刻的转化,7:00)对应数值0)8:00)对应数值1),则7:00 sim 8:00)任一时刻的到达对应区间[0,1]的任意取值。半小时对应数字cfrac{1}{2}).

③将甲、乙两人会面的文字条件转化为数学语言,即线性不等式组。

【解后反思】①本题目通过设置两个变量x)y),将已知的文字语言转化为x)y)所满足的不等式数学语言),进而转化为坐标平面内的点x,y))的相关约束条件,从而把时间这个长度问题转化为平面图形的二维面积问题,进而转化为面积型几何概型。

②若题目中涉及三个相互独立的变量,则需将其转化为空间几何体的体积问题加以求解。

练5已知点M)在圆C:x^2+y^2-4y+3=0)上,点N)在曲线y=1+lnx)上,则线段MN)的长度的最小值为_______。

提示:曲线y=1+lnx)的切线为y=x),则原问题转化为点cos heta,2+sin heta))到直线x-y=0)的点线距。d_{min}=sqrt{2}-1)

对函数式或者方程式的化简会简化思维

例42017cdot)全国卷3理科第12题)【函数的零点】已知函数fx)=x^2-2x+ae^{x-1}+e^{-x+1}))有唯一的零点,则a)的值为【】

$A.-cfrac{1}{2}$ $B.cfrac{1}{3}$ $C.cfrac{1}{2}$ $D.1$

【法1】:分离常数法,本题目就不适宜使用此法;

fx)=0)得到ae^{x-1}+e^{-x+1})=-x^2+2x),分离得到a=cfrac{-x^2+2x}{e^{x-1}+e^{-x+1}}=hx))

你应该能感觉到函数hx))若要用导数分析其单调性,那会是相当的难,故分离参数的思路一般在这个题目中,就自然舍弃了。

【法2】:由题目可知方程fx)=0)仅有一解,即ae^{x-1}+e^{-x+1})=-x^2+2x)仅有一解,

即函数y=ae^{x-1}+e^{-x+1}))与函数y=-x^2+2x)的图像仅有一个交点。参考图像

手工怎么作图呢,函数y=-x^2+2x)的图像大家应该会的,故重点说y=ae^{x-1}+e^{-x+1}))的图像。

令函数gx)=y=e^x+cfrac{1}{e^x}=e^x+e^{-x}),则是偶函数,g0)=2)

xge 0)时,g’x)=e^x-e^{-x})g’x))单调递增,

g’x)ge g’0)=0),则函数gx))[0,+infty))上单调递增,又由偶函数可知,在-infty,0])上单调递减,

这样我们就做出了函数gx)=e^x+cfrac{1}{e^x})的图像,然后将其向右平移一个单位,得到y=e^{x-1}+e^{-x+1})的图像,

前边的系数a)的作用有两个,其一控制张角大小,其二控制函数最低点的位置,

就像函数y=a|x|)中的a)的作用一样的,所以我们就能用手工做出函数y=ae^{x-1}+e^{-x+1}))的图像,

要使得函数y=ae^{x-1}+e^{-x+1}))与函数y=-x^2+2x)的图像仅有一个交点,

就需要函数y=ae^{x-1}+e^{-x+1}))的最小值ae^{1-1}+e^{-1+1})=2a)和函数y=-x^2+2x)的最大值-1^2+2 imes1=1)相等,

2a=1),解得a=cfrac{1}{2})。故选C).

【法3】:构造函数法+函数性质法;

函数fx)=x^2-2x+ae^{x-1}+e^{-x+1})=x-1)^2+a[e^{x-1}+e^{-x-1)}]-1)

t=x-1),则gt)=fx-1)=t^2+ae^t+e^{-t})-1)

由于g-t)=t^2+ae^t+e^{-t})-1=gt)),故gt))为偶函数,

由于函数fx))有唯一零点,则函数gt))也有唯一零点,

又函数gt))是偶函数,即函数gt))t)轴仅有一个交点,则g0)=0)

代入得到2a-1=0),即a=cfrac{1}{2});故选C).

【法4】:函数fx)=0Leftrightarrow) ae^{x-1}+e^{-x-1)})=-x^2+2x)

e^{x-1}+e^{-x-1)}ge 2sqrt{e^{x-1}cdot e^{-x-1)}}=2),当且仅当x=1)时取到等号;

-x^2+2x=-x-1)^2+1leq 1)

a>0)时,ae^{x-1}+e^{-x-1)})ge 2a)

要使fx))仅有一个零点,则必有2a=1),解得a=cfrac{1}{2})

a<0),则函数fx))的零点不唯一,

综上,a=cfrac{1}{2});故选C).

【法5】由fx)=x^2-2x+ae^{x-1}+e^{-x+1}))

得到f2-x)=2-x)^2-22-x)+ae^{2-x-1}+e^{-2-x)+1})=x^2-2x+ae^{x-1}+e^{-x+1}))

所以f2-x)=fx)),故x=1)是函数fx))图像的对称轴。

由题意可知,函数fx))有唯一的零点,

故只能是x=1)

f1)=1^2-2 imes1+ae^{1-1}+e^{-1+1})=0)

解得a=cfrac{1}{2}),故选C).

【法6】我们一般这样转化,由函数fx))有唯一的零点,

得到方程x^2-2x=-ae^{x-1}+e^{-x+1}))有唯一解,注意到方程的右端,

我们可以和对勾函数做以联系,令x-1=t),则x=t+1)

故原方程就转化为t+1)^2-2t+1)=-ae^t+e^{-t})),为了便于做出图像,

还需要再代换,令e^t=x),则x>0)t=lnx)

这样方程就又转化为ln^2x-1=-ax+cfrac{1}{x}))

在同一个坐标系中,分别做出函数y=ln^2x-1)y=-ax+cfrac{1}{x}))的图像,

<img src="http://images2015.cnblogs.com/blog/992978/201707/992978-20170708111845878-662541646.png" / >

由图像可知对勾函数前面的系数必须满足-a=-cfrac{1}{2})

a=cfrac{1}{2}),故选C).

例12【2020届宝鸡质检1文数第12题】若过点P-1,m))可作曲线fx)=-x^3+6x^2)的三条切线,则实数m)的取值范围是【】

$A.-19< m < 8$ $B.-20 < m < 7$ $C.m 8$ $D.m 7$

法1:从形的角度分析;用导数工具分析函数fx))的单调性,做出其简图,如图所示,

当点P)在直线x=-1)的下端[无穷远处]时,我们做不出过点P)的三条切线,故可以排除C)D)两个选项;

比较选项A)B),我们考虑m=7),此时点P)位于点B)处,若m>7),我们更加做不出过点P)的三条切线,

故选B)

法2:从数的角度入手计算;f’x)=-3x^2+12x),设经过点P)的直线和函数fx))相切于点Qx_0,y_0))

[不着急考虑有三条切线的问题,到时候写出切线方程,让其有三个解即可]

left{egin{array}{l}{k=f’x_0))=-3x_0^2+12x_0①,斜率角度}\{y_0=-x_0^3+6x_0^2②,切点在曲线上}end{array}ight.)

又由于切线方程为y-y_0=f’x_0)x-x_0)),将上述条件代入得到,

y–x_0^3+6x_0^2)=-3x_0^2+12x_0)x-x_0)),又由于动点P-1,m))在切线上,则有

m–x_0^3+6x_0^2)=-3x_0^2+12x_0)-1-x_0)),整理得到,m=2x_0^3-3x_0^2-12x_0)

[此处注意,虽说上述结果只有一个表达式,其实它可以包含切线的三个位置]

因此,函数y=m)和函数gx)=2x^3-3x^2-12x)的图像应该有三个不同的交点;

由于g’x)=6x^2-6x-12=6x^2-x-2)=6x+1)x-2))

故函数gx))-infty,-1))单调递增,在-1,2))单调递减,在2,+infty))单调递增,

显然gx)_{极大}=g-1)=7)gx)_{极小}=g2)=-20)

做出两个函数的简图,如图所示,

由图可知,-20<m<7),故选B)

例6【抽象问题具体化】从一堆产品正品与次品都多于2)件)中任取2)件,观察正品件数和次品件数,则下列说法:

①“恰好有1)件次品”和“恰好2)件都是次品”是互斥事件;

②“至少有1)件正品”和“全是次品”是对立事件;

③“至少有1)件正品”和“至少有1)件次品”是互斥事件但不是对立事件;

④“至少有1)件次品”和“全是正品”是互斥事件也是对立事件;

其中正确的有【① ② ④】;

分析:假设正品有A、B、C)三件,次品有D、E、F)三件[具体化时,数目刚满足题意即可,越少越好],依次得到选项中的各事件;

在选项①中,“恰好有1)件次品”包括A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))共9个基本事件;“恰好2)件都是次品”包括D,E))D,F))E,F))共3个基本事件,这两个事件是互斥事件,故①正确;

在选项②中,“至少有1)件正品”包括A,B))A,C))B,C))A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))共12个基本事件;“全是次品”包括D,E))D,F))E,F))共3个基本事件,这两个事件的交集为空集,并集为全集[C_6^2=15)],因此是对立事件,故①正确;

在选项③中,“至少有1)件正品”包括A,B))A,C))B,C))A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))共12个基本事件;“至少有1)件次品”包括A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))D,E))D,F))E,F))共12个基本事件;这两个事件并不是互斥事件,故③错误;

在选项④中,“至少有1)件次品”包括A,D))A,E))A,F))B,D))B,E))B,F))C,D))C,E))C,F))D,E))D,F))E,F))共12个基本事件;“全是正品”包括A,B))A,C))B,C))共3个基本事件,这两个事件的交集为空集,并集为全集[C_6^2=15)],故④正确;

综上所述,填写① ② ④

解题策略:抽象问题具体化。

例11【宝鸡市二检文理科第12题】已知函数fx)=a^x)gx)=log_axa>0且a
eq 1))
的图像有两个公共点,则实数a)的取值范围是【】

$A.0,e^{frac{1}{e}})$ $B.1,e^{frac{2}{e}})$ $C.1,sqrt{e})$ $D.1,e^{frac{1}{e}})$

分析:先做出如右图所示的图像,从形上分析,由于函数fx)=a^x)gx)=log_axa>0且a
eq 1))
互为反函数,其图像关于直线y=x)对称,

故两条曲线相交时,直线y=x)必然也会过他们的交点,这样我们将图形简化一下,

即要保证两条曲线有两个交点,只需要一区一直两条线有两个交点就可以了,

此时我们从形上已经不好把握了,需要转换到数的角度进行计算。

即函数y=a^x)与函数y=x)的图像有两个交点,也即方程a^x=x)要有两个不同的实数根。

两边同时取自然对数,得到lna^x=lnx),即xlna=lnx),注意到图像的交点的x
eq 0)

故分离参数得到lna=cfrac{lnx}{x})

则要方程使lna=cfrac{lnx}{x})有两个不同的根,需要函数y=lna)gx)=cfrac{lnx}{x})要有两个交点,这样又转换到形了。

以下用导数方法,判断函数gx)=cfrac{lnx}{x})的单调性,得到在0,e))上单调递增,在e,+infty))上单调递减,做出其函数图像如右图所示,

故有0<lna<cfrac{1}{e}),即ln1<lna<lne^{frac{1}{e}}),故ain 1,e^{frac{1}{e}})),选D).

解后反思:

①、数到形,形到数,二者之间的转换在高三数学的学习中非常普遍。

②、熟练掌握函数fx)=cfrac{lnx}{x}),以及gx)=lnxpm x)hx)=xcdot lnx)等的函数的图像和性质,在解题中会有不小的惊喜。

③、在分离常数时,可以分离得出lna=cfrac{lnx}{x}),还可以分离得到a=e^{frac{lnx}{x}}),但是明显第一种分离方式更有利于计算,此处使用了整体思想。

大小转化

例13据气象部门预报,在距离某码头正西方向400km)处的热带风暴中心正以20km/h)的速度向东北方向移动,距离风暴中心300km)以内的地区为危险区,该码头处于危险区内的时间是_____小时。

[法1]:解三角形法,设风暴移动的时间为t)小时, 半径为300km)odot B)代表风暴以及殃及的范围;

则要使得码头不处于危险内,则需要AB>300);若ABleqslant 300),则此刻码头一定在危险区内;

由题可知,AB^2=OA^2+OB^2-2 imes OA imes OB imes cos45^{circ})

AB^2=400^2+400t^2-2 imes20t imes400 imescfrac{sqrt{2}}{2})

AB^2leqslant 300^2),即400^2+400t^2-2 imes20t imes400 imescfrac{sqrt{2}}{2}leqslant 300^2)

整理得到,400t^2-2 imes20t imes400 imescfrac{sqrt{2}}{2}+400^2-300^2leqslant 0)

先变形为400t^2-2 imes20t imes400 imescfrac{sqrt{2}}{2}+400+300)400-300)leqslant 0)

再变形为4t^2-2 imes20t imes4 imescfrac{sqrt{2}}{2}+700leqslant 0)

再变形为t^2-2 imes20t imescfrac{sqrt{2}}{2}+175leqslant 0)

t^2-20sqrt{2}t+175leqslant 0),接下来不应该考虑十字相乘法分解,应该考虑公式法。

对方程t^2-20sqrt{2}t+175=0)而言,其求根公式为

t=cfrac{20sqrt{2}pmsqrt{20sqrt{2})^2-4 imes 175}}{2 imes1}=cfrac{20sqrt{2}pm 10}{2}=10sqrt{2}pm 5)

解得10sqrt{2}-5leqslant t leqslant 10sqrt{2}+5)

即当时间t=10sqrt{2}-5)时开始,码头进入危险区,当t=10sqrt{2}+5)时开始,码头脱离危险区,

所以码头处于危险区的时间为10sqrt{2}+5-10sqrt{2}-5)=10).

解后反思:本题目的难点比较多,

①转化为解三角形模型;

②对AB^2 leqslant 300^2)的理解;

③解不等式,十字相乘法变换为公式法;

④对t=10sqrt{2}pm 5)的理解;

[法2]:平面几何法,将风暴理解为一个质点,将码头扩大为一个半径为300km)的圆odot A)

则当风暴沿着射线OD)运动时,码头处于危险区的距离为图中的线段CD)

Rt riangle OAE)中,容易知道AE=200sqrt{2})

则由相交弦定理可知,DE^2=300-200sqrt{2}) imes 300+200sqrt{2})=100^2)

DE=100)CD=200),可知风暴作用于码头的距离是200km)

故码头处于危险区的时间为cfrac{200}{20}=10)小时。

动静转化

例2如果满足angle ABC=60^{circ})AC=12)BC=k)的三角形Delta ABC)恰有一个,那么k)的范围是多少?

法1:从数的角度入手,由正弦定理cfrac{k}{sinA}=cfrac{12}{sin60^{circ}})

得到方程k=8sqrt{3}sinA,Ain0,cfrac{2pi}{3}))有一个解,或者两个函数图像有一个交点,数形结合求解即可。

由图可知,满足题意的三角形恰有一个,则kin0,12])k=8sqrt{3})

【法2】:从形的角度入手,动静元素互相换位,即理解为让长度为12)的边变化,让长度为k)的边不变化。

如图,以点C)为圆心画弧,当12)小于点C)到边AB)的高度k imescfrac{sqrt{3}}{2})时,

k imescfrac{sqrt{3}}{2}>12)时,解得k>8sqrt{3}),此时三角形是不存在的;

12)等于点C)到边AB)的高度k imescfrac{sqrt{3}}{2})时,

12=kcfrac{sqrt{3}}{2}),解得k=8sqrt{3}),三角形是唯一的;

12)大于点C)到边AB)的高度kcdotcfrac{sqrt{3}}{2})时,三角形是两个的,

12>k imes cfrac{sqrt{3}}{2}),解得k<8sqrt{3})

12)大于或等于边BC)时,三角形是唯一的,即0<kleqslant 12)

综上可知,当k=8sqrt{3})kin0,12])时,满足条件的三角形恰好只有一个。

【解后反思】①动静互换,体现了思维的灵活性;②是否可以这样想,有一种从形入手分析的思路,必然就会有一种从数入手的思路与之对应。

图形转化

例2【2015cdot)全国卷Ⅰ】在平面四边形ABCD)中,angle A=angle B=angle C=75^{circ})BC=2),则AB)的取值范围是___________。

分析:本题目非常特别,依据题意我们做出的图形是平面四边形,

当我们将边AD)平行移动时,题目的已知条件都没有改变,故想到将此静态图变化为动态图,

平行移动AD)时,我们看到了两个临界位置,即四边形变化为三角形的两个状态,

其一是四边形变化为三角形ABF),此时应该有BF<AB)

其二是四边形变化为三角形ABE),此时应该有BE>AB)

故动态的边AB)的范围是BF<AB<BE),从而求解。

解答:如图所示,延长BA)CD)交于E),过C)CF//AD)AB)F),则BF<AB<BE)

在等腰三角形CFB)中,angle FCB=30^{circ})CF=BC=2),由余弦定理得到BF=sqrt{6}-sqrt{2})

在等腰三角形ECB)中,angle CEB=30^{circ})angle ECB=75^{circ})BE=CE,BC=2)

由正弦定理得到BE=sqrt{6}+sqrt{2})

sqrt{6}-sqrt{2}<AB<sqrt{6}+sqrt{2})

解后反思引申:

1、求CD)的取值范围;

分析:由上述的动态图可知,0<CD<CE=BE=sqrt{6}+sqrt{2})

2、求AD)的取值范围;

分析:由上述的动态图可知,0<AD<CF=BC=2)

3、求四边形ABCD)的周长的取值范围;

分析:四边形ABCD)的周长介于Delta BCF)的周长和Delta BCE)的周长之间,

故其取值范围是4+sqrt{6}-sqrt{2},2sqrt{6}+sqrt{2})+2))

4、求四边形ABCD)的面积的取值范围;

分析:四边形ABCD)的面积介于Delta BCF)的面积和Delta BCE)的面积之间,

S_{Delta BCF}=cfrac{1}{2} imes 2 imes 2 imes sin30^{circ}=1)

S_{Delta BCE}=cfrac{1}{2} imes sqrt{6}+sqrt{2}) imes sqrt{6}+sqrt{2}) imes sin30^{circ}=2+sqrt{3})

故其取值范围是1,2+sqrt{3}))

数形转化

例6【向量的投影的几何意义】【2018西安八校联考第5题】已知O)是坐标原点,点A2,1)),点Mx,y))是平面区域egin{cases}&yleq x\&x+yleq 1\&yge -1end{cases})内的一个动点,则overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OM})的最大值是多少?

法1:利用向量的坐标运算得到,overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OM}=2x+y),故转化为求2x+y)的最大值,即求z=2x+y)的最大值,用线性规划的常规方法解决即可。

法2:利用向量的投影的几何意义求解,说明:点M)是三角形区域内部及边界上的一个动点,动画只做了点M)在边界上的情形;

注:图中有向线段OB)是向量overrightarrow{OM})在向量overrightarrow{OA})方向上的投影,它是可正,可负,可零的;

overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OM}=|overrightarrow{OA}|cdot |overrightarrow{OM}|cdot cos heta),其中|overrightarrow{OA}|)是个定值,

故只需要求|overrightarrow{OM}|cdot cos heta)的最大值,而|overrightarrow{OM}|cdot cos heta)的几何意义是overrightarrow{OM})overrightarrow{OA})方向上的投影,

由图形可知,当点Mx,y))位于点2,-1))时投影|overrightarrow{OM}|cdot cos heta)最大,故将点2,-1))代入overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OM}=3)

变式题1:求overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OM})的最小值是多少?

分析:由上图可以看出,当两个向量的夹角为钝角时,其投影是负值,故当点M)位于点C)时,其内积最小,

此时将点-1,-1))代入得到overrightarrow{OA}cdot overrightarrow{OM}=-3)

变式题2:求向量overrightarrow{OM})的投影的绝对值最小时的动点M)的轨迹方程?

分析:当其夹角为90^{circ})时,有向线段OB=0),故向量overrightarrow{OM})的投影的绝对值最小0)

此时,点M)在三角形区域内部且和直线OA)垂直,故其轨迹为y=-2x,-1leqslant yleqslant 0))

相等不等转化

进退转化

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平