数形结合思想

一、为什么需要数形结合思想?

二、数与形具体怎么结合?

三、典例剖析:

\(\fbox{例1}\)【2018福建龙岩市高三质检】

若不等式$(x-a)^2+(x-lna)^2>m$对任意$x\in R$,$a\in (0,+\infty)$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;

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\(f(x)=(x-a)^2+(x-lna)^2\),则由\(m<f(x)\)对任意\(x\in R\)\(a\in (0,+\infty)\)恒成立,

即需要我们求\(f(x)\)的最小值;这样题目首先转化为以下的题目:

\(\fbox{例1-相关}\)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\(P(x,x)\),函数\(y=lnx\)上的点是\(Q(a,lna)\),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\(P_0(x_0,y_0)\),则有

\(\begin{cases} y_0=x_{0}+ m \\ y_0=lnx_0 \\ f'(x_0)=\cfrac{1}{x_0}=1\end{cases}\)

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\(P_0(1,0)\)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,\(f(x)_{min}=(\cfrac{\sqrt{2}}{2})^2=\cfrac{1}{2}\)

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

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