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高三数学核心素养复习(4):直观想象的数形转化与落地

更新时间:作者:小小条

一、教学目标

(一)知识目标

1. 掌握 2026 高考高频模块的数形转化方法(复数→复平面、函数→图像、立体几何→展开图、解析几何→方程);

2. 巩固 “数→形→数” 双向转化逻辑,覆盖复数、立体几何、解析几何、函数四大核心模块;

高三数学核心素养复*(4):直观想象的数形转化与落地

3. 突破动态图形、抽象代数问题的几何表征瓶颈,适配新高考命题趋势。

(二)素养目标

1. 能运用数形结合思想,将抽象代数问题转化为直观几何图形,将几何特征转化为代数运算;

2. 培养 “审题→表征→转化→验证” 的严谨思维链,落实直观想象核心素养;

3. 强化抽象问题具象化能力,通过图形辅助简化运算、精准判断,提升解题效率与准确性。

(三)高考目标

1. 基础题(单选、填空)数形转化准确率达 95%+,解题时长控制在每题 3 分钟内,适配 2026 高考基础题快节奏考查;

2. 综合题(多选、解答)能快速构建几何模型,通过数形结合优化解题思路,应对高考 “重转化轻运算” 导向;

3. 精准对接 2026 高考 “动态图形”“跨模块数形融合”“抽象问题几何表征” 三大命题趋势。

二、教学重难点

重点

1. 四大核心模块的数形转化逻辑(复数:数→点→向量;函数:解析式→图像→性质;立体几何:平面→空间→平面;解析几何:方程→图形→最值);

2. 2026 高考高频题型的数形结合方法匹配(如复数模长→距离、函数最值→图像顶点、立体几何路径→展开图直线);

3. 几何图形的关键特征提取(如圆的圆心半径、函数的单调性区间、立体图形的棱长关系)。

难点

1. 动态情境的数形转化(如直线平移、参数变化引发的图形变动),应对 2026 高考动态命题热点;

2. 抽象代数问题的几何模型构建(如抽象函数、不等式组的图形表征);

3. 数形转化的严谨性(如几何图形对应代数范围的端点取舍、立体图形展开的对应关系)。

三、教学过程(45 分钟)

(一)导入:2026 高考直观想象核心考查逻辑(5 分钟)

1. 真题感知:展示 2024-2025 新高考真题(复数模长最值、函数图像应用),

◦ 题目 1(复数模长最值):已知复数z满足|z - 2 + i| = 1,求|z|的最大值与最小值。

◦ 题目 2(函数图像应用):设函数,若关于x的方程有三个不同的实数根,求实数a的取值范围。

提问:“这两道题若纯代数运算耗时久、易出错,如何通过数形转化快速求解?这一思路贴合 2026 高考哪类命题要求?”

2. 核心结论:2026 高考直观想象素养考查占比达 35%+,核心聚焦 “数形双向转化”,摒弃单纯图形分析或代数硬算,强调 “图形辅助思维,代数精准落地”;

3. 引出主题:本节课通过 “转化方法讲解→类型归纳→分层*题”,掌握适配 2026 高考的 “数转形、形转数、数形互验” 核心逻辑。

(二)核心方法讲解与归纳(15 分钟)

1. 四大模块数形转化方法:操作步骤 + 2026 高考适配示例


模块

核心转化逻辑

操作步骤

2026 高考适配示例(抽象→具象→落地)

复数模块

复数(数)→复平面点(形)→向量(形)→模长 / 运算(数)

① 复数z=a+bi对应复平面点Z(a,b)、向量;② 模长|Z|

,则|z-2|=

函数模块

函数解析式(数)→图像(形)→性质 / 最值(数)

① 分析函数定义域、单调性、奇偶性、特殊点;② 绘制草图;③ 由图像特征推导结论

示例:求(x>0)最小值 —— 图像呈 “对勾函数”,顶点在x=2处,最小值 4(基本不等式的几何验证,适配新高考)

立体几何模块

空间几何体(形)→平面展开图(形)→路径 / 角度(数)

① 识别空间关系(棱、面、角);② 按 “最短路径 / 角度计算” 需求展开为平面;③ 平面几何运算后回代空间验证

示例:棱长为 2 的正四棱锥P-ABCD,求P到AB中点M的表面最短路径 —— 展开侧面为两个等腰三角形,算得(2026 高考立体几何必考点)

解析几何模块

方程(数)→图形(形)→位置关系 / 最值(数)

① 转化方程为标准形式(如圆:;② 标注核心特征(圆心、半径、斜率);③ 几何性质转化为代数运算

示例:直线

相切 —— 圆心到直线距离 = 半径,得k=0(规避联立方程硬算,适配高考优化导向)

2. 2026 高考高频题型与数形转化方法匹配表


题型

核心转化方向

优先转化方法

2026 高考易错点提醒

复数模长最值

复数→复平面点→距离

几何意义法

混淆实轴 / 虚轴、圆心 / 半径对应关系(近 3 年高频失分点)

函数最值 / 零点个数

解析式→图像→顶点 / 交点

图像法 + 数形结合

忽略定义域对图像的限制、特殊点标注错误

立体几何表面最短路径

空间几何体→平面展开图→直线

展开法 + 勾股定理

展开方式错误、空间棱与平面边对应关系混淆

解析几何位置关系 / 最值

方程→图形→距离 / 斜率

几何性质法 + 数形结合

未验证判别式、忽略图形隐含条件(如椭圆范围)

抽象不等式求解

不等式→ 函数、图像

图形表征法

边界虚实混淆、图像平移方向错误



3. 直观想象避坑指南(2026 高考提分关键)

1. 数转形阶段:① 标注图形核心特征(圆心、半径、顶点、定义域);② 动态问题固定变量画 “临界图形”;③ 抽象问题用 “特殊值法” 辅助绘图;

2. 形转数阶段:① 几何关系转化为代数表达式时,确保公式准确(如距离公式、斜率公式);② 区间端点对应图形 “虚实线”,避免取舍错误;

3. 验证阶段:① 代数结果回代图形验证(如最值对应图像顶点);② 空间问题展开后验证 “折叠还原可行性”;

4. 通用技巧:① 复杂问题 “先画图再运算”,避免盲目代数求解;② 常用图形(对勾函数、二次函数、圆、椭圆)的核心特征烂熟于心。

(三)分层*题精练(20 分钟)(全覆盖 2026 高考所有题型)

1. 单项选择题(每题 4 分,共 16 分,2026 高考基础题型)

1. (复数 + 数形结合)若复数z满足的最小值为( )

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

2. (函数 + 图像)函数的图像大致为( )

A. 过原点的奇函数,在单调递增 B. 过原点的偶函数,在单调递减

C. 不过原点的奇函数,在单调递增 D. 不过原点的偶函数,在单调递减

3. (立体几何 + 展开图)棱长为 1 的正方体上,点Q在上,求P到Q的表面最短路径为( )

4. (解析几何 + 位置关系)直线与圆相切,则a的值为( )

2. 多项选择题(每题 5 分,共 10 分,2026 高考高频题型)

1. (函数 + 数形结合)关于函数的说法正确的有( )

A. 定义域为B. 有两个零点(图像与x轴交点)

C. 最大值为-1(图像顶点纵坐标) D. 在单调递增

2. (解析几何 + 动态图形)已知圆,直线,则下列说法正确的有( )

A. 直线l恒过原点(图形特征) B. 当k=1时,直线l与圆C相交

C. 存在k使得直线l与圆C相切 D. 直线l被圆C截得的弦长最大值为 4

3. 填空题(每题 5 分,共 10 分,2026 高考基础题型)

1. (立体几何 + 角度)在正四面体ABCD中,棱长为 2,则异面直线AB与CD所成角的大小为______(转化为平面图形计算,2026 高考高频考点)。

2. (解析几何 + 最值)已知点A(1,2),圆,则点A到圆O上点的距离的最大值为______(几何意义:圆心距 + 半径)。

4. 解答题(共 24 分,全覆盖 2026 高考解答题题型)

1. (基础解答题:解析几何 + 数形结合,12 分,2026 高考基础解答题型)

已知圆。

(1)求圆C的标准方程及圆心、半径(方程→图形特征);

(2)求过点P(2,1)且与圆C相切的直线方程(位置关系→代数运算)。

2. (压轴解答题:函数 + 立体几何 + 跨模块融合,12 分,2026 高考压轴高频题型)

(1)已知函数,画出其大致图像,并结合图像判断方程f(x)=2的实根个数(解析式→图像→结论);

(2)在棱长为 2 的正方体中,E为BC中点,F为中点,求异面直线与CF所成角的余弦值(空间→平面→向量 / 几何运算)。

(四)总结与作业布置(5 分钟)

1. 课堂总结

• 核心逻辑:直观想象 =“数形双向转化 + 精准落地”,解题关键是 “数转形找特征,形转数算精准”,适配 2026 高考命题逻辑;

• 提分技巧:

a. 遇抽象代数题,先想 “能否画图”(复数、函数、不等式优先数形结合);

b. 立体几何问题,“路径最值用展开,角度计算用平移”;

c. 动态问题,“固定临界状态,画图分析变化趋势”;

• 2026 高考预测:新增 “跨模块数形融合” 题型(如函数 + 解析几何、复数 + 立体几何),需强化 “多模块转化逻辑衔接” 能力。

2. 作业布置

• 基础作业:完成*题订正,标注每道题 “数形转化步骤 + 2026 高考考点对应”;

• 拓展作业:整理 2024-2025 新高考 “直观想象” 典型例题(每模块 1 道),总结转化方法规律;

• 预*作业:复* “概率统计中的直观想象”(如直方图、折线图的特征提取与运算)。

四、*题答案与核心解析(完整解析)

1. 单项选择题

1. A 解析:复数z对应复平面上 “以(1,-1)为圆心、3 为半径的圆”,|z+2-3i|是圆上点到( -2,3)的距离,圆心距,最小值5-3=2数形结合思想是解决复数几何问题的核心方法,预计将作为 2026 年高考复数板块的高频考点;

2. C 解析:,定义域x≠0(不过原点),(奇函数),,对应选项 C;

3. B 解析:将正方体侧面展开为 “长 2、宽 1 的矩形”,最短路径为对角线(展开法,2026 立体几何高频考法);

4. A 解析:圆心(1,1)到直线距离 = 半径 1,即,解得(几何性质法,规避联立硬算)。

2. 多项选择题

1. ABC 解析:f(x)定义域(A 正确);图像与x轴交于,B 正确);最大值在x=1处,f(1)=-1(C 正确);((单调递减,D 错误);

2. ABCD 解析:直线y=kx恒过原点(A 正确);k=1时,圆心到直线距离B正确);存在k$ 使距离 = 半径 2(相切,C 正确);弦长最大值为直径 4(D 正确)。

3. 填空题

1. 解析:取AB中点E、CD中点F,连接EF、AE、BE,正四面体中AE⊥AB、BE⊥AB,AB⊥平面AEB,故AB⊥EF,又EF⊥CD,异面直线夹角为(空间→平面转化);

2. 解析:圆心O(0,0),半径 2,,最大值几何意义,2026 解析几何高频考点)。

4. 解答题

(1)基础解答题:解析几何 + 数形结合(12 分)

答案与解析

(1)圆C标准方程:(2 分,配方变形得分点)

圆心C(2,3),半径r=2(4 分,图形核心特征,2026 高考得分点)

(2)分两类讨论(数形结合 + 位置关系):

① 当直线斜率不存在时,直线方程为x=2(1 分)

圆心到直线距离|2-2|=0≠2,不相切(舍去);

② 当直线斜率存在时,设直线方程为y-1=k(x-2),即kx-y+1-2k=0(1 分)

相切条件:圆心到直线距离 = 半径,即(核心公式,3 分)

化简得(1 分)

直线方程为y=1(2 分,规范书写,2026 高考踩分点)

验证:直线y=1与圆相切,符合条件。

(2)压轴解答题:函数 + 立体几何 + 跨模块融合(12 分)

答案与解析

(1)函数(2026 高考函数图像必考点)

① 定义域R,奇函数(图像关于原点对称);

② 求导,单调递增区间,单调递减区间(-1,1);

③ 极值点:f(-1)=2,f(1)=-2,特殊点f(0)=0、f(2)=2(2 分)

大致图像:过原点,在x=-1处取极大值 2,x=1处取极小值-2(1 分)

方程f(x)=2的实根个数:2 个(x=-1和x=2,1 分,图像交点判断)

(2)异面直线所成角(2026 高考立体几何高频考法)

方法一:平移法 + 平面几何运算

① 取A_1D_1中点G,连接CG、FG,则(平移转化,2 分)

② ∠FCG即为异面直线A_1E与CF所成角(或其补角,1 分)

③ 计算边长:,FG=2(2 分)

④ 由余弦定理:(2 分)

⑤ 异面直线所成角的余弦值为(1 分,规范结论)

验证:折叠还原后,角度在内,结果合理。


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