构造圆锥曲线模型巧解不等式

时间:2022-02-27 07:51:30

数学思想是数学的灵魂.在平时学习的过程中,数学思维的发散与收敛,知识的外延和内涵训练都是培养学生思维的好方法.根据数学知识的框架特征,建立知识之间的联系,往往可以使得解题方法新颖别致、独到创新.现以一些不等式的解法为例加以说明.

一、构造椭圆模型,巧解一类含绝对值的不等式

【例1】 解不等式:|x-2|+|x+2|≥5.

分析:该不等式是含两个绝对值符号的不等式,这类不等式可使用零点划分区间法、构造函数法、几何意义法等.那么根据绝对值的定义可知,该不等式的含义是数轴上的点x到两定点(-2,0)和(2,0)的距离之和大于等于5.这也恰好符合椭圆的定义,用椭圆的知识来解释该不等式就是代表椭圆及其椭圆外部的x的取值范围,利用椭圆的有界性便可轻松求解.

解:不等式|x-2|+|x+2|≥5的含义是数轴上的点x到两定点(-2,0)和(2,0)的距离之和大于等于5.

根据椭圆的定义可知c=2,a=52,

a2=254,b=94,

因此椭圆的方程为x2254+y294=1.

根据椭圆的有界性可得x≤-52或x≥52,

不等式的解集为{x|x≤-52或x≥52}.

二、构造双曲线模型,巧解一类含绝对值的不等式

【例2】 解不等式:|x-5|-|x+5|≤8.

分析:根据绝对值的定义可知,该不等式的含义是数轴上的点x到两定点(-5,0)和(5,0)的距离之差小于或等于8.这也恰好符合双曲线的定义,用双曲线的知识来解释该不等式就是代表双曲线右支的x的取值范围,利用双曲线的有界性便可求解.

解:不等式|x-5|-|x+5|≤8的含义是数轴上的点x到两定点(-5,0)和(5,0)的距离之差小于或等于8.

根据双曲线的定义可知c=5,a=4,b=3.

因此双曲线方程为x216-y29=1(x>0).

由双曲线的有界性可得x≥4,

不等式的解集为{x|x≥4}.

三、构造抛物线模型,巧解一类无理不等式

【例3】 已知a∈R,求证:a4-3a2-6a+13-a4-a2+1≤10.

分析:该不等式含有两个根式,并且根号内表达式的次数高达4次,因此求解起来特别的困难.根据数学化繁为简的整体思想,将其配方降幂,其左端可变形为(a2-2)2+(a-3)2-(a2-1)2+(a-0)2,此不等式的几何意义是抛物线y=x2上点P(a,a2)到点A(3,2)与到点B(0,1)距离之差的最大值是10.

解:根据不等式的结构,可以将其左端变形为

(a2-2)2+(a-3)2-(a2-1)2+(a-0)2,

此不等式的几何意义是抛物线上点P(a,a2)到点A(3,2)与到点B(0,1)距离之差的最大值是10.

A(3,2),B(0,1),

|AB|=10.

由图可知||PA|-|PB||≤|AB|=10,因此原不等式得以证明.

在学习数学的过程中,若能根据数学表达式的结构特征,挖掘其蕴含的内在意义,不但能优化解题过程,而且还可以大大提高思维能力.

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