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數形結合思想

一、為什麼需要數形結合思想?

二、數與形具體怎麼結合?

三、典例剖析:

\(\fbox{例1}\)【2018福建龍巖市高三質檢】

若不等式$(x-a)^2+(x-lna)^2>m$對任意$x\in R$,$a\in (0,+\infty)$恆成立,則實數$m$的取值範圍是______________。

分析:檢索自己的數學知識儲備,我們能發現,不等式的左端的結構和平面內兩點間的距離公式非常接近,

故我們主動聯想,向兩點間的距離公式的幾何意義做靠攏;

解法1:表示式\((x-a)^2+(x-lna)^2\)的幾何意義是直線\(y=x\)上的點\((x,x)\)到曲線\(y=lnx\)上的點\((a,lna)\)距離的平方,

如果令\(f(x)=(x-a)^2+(x-lna)^2\),則由\(m<f(x)\)對任意\(x\in R\)\(a\in (0,+\infty)\)恆成立,

即需要我們求\(f(x)\)的最小值;這樣題目首先轉化為以下的題目:

\(\fbox{例1-相關}\)直線\(y=x\)上的動點為\(P\),函式\(y=lnx\)上的動點是\(Q\),求\(|PQ|\)的最小值。

【等價題目】直線\(y=x\)上的點為\(P(x,x)\)

,函式\(y=lnx\)上的點是\(Q(a,lna)\),求\(\sqrt{(x-a)^2+(x-lna)^2}\)的最小值。

設和直線\(y=x\)平行且和函式\(y=lnx\)相切的直線為\(y=x+m\)

切點為\(P_0(x_0,y_0)\),則有

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

從而解得\(x_0=1,y_0=0,m=-1\)

所以所求的點點距的最小值,就轉化為切點\(P_0(1,0)\)到直線\(y=x\)的點線距,

或者兩條直線\(y=x\)\(y=x-1\)的線線距了。

此時\(|PQ|_{min}=\cfrac{\sqrt{2}}{2}\)

由上述題目可知,\(f(x)_{min}=(\cfrac{\sqrt{2}}{2})^2=\cfrac{1}{2}\)

故實數\(m\)的取值範圍是\(m<\cfrac{1}{2}\),即\(m\in (-\infty,\cfrac{1}{2})\)