函数基本活动经验初探

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luocaohuozi12345
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  【摘要】2011年版的《义务教育数学课程标准》在其第二部分课程目标中明确提出“四基”,成为2011年版的《义务教育数学课程标准》的一大亮点.《普通高中数学课程标准(修订)》拟将提出数学基本活动经验,它将与基础知识、基本技能、基本数学思想一起构成高中数学的“四基”.本文将探究函数中具有的函数基本活动经验.
  【关键词】函数;活动;经验
  一、基本活动经验之一:研究函数问题,定义域优先
  y=f(x)是函数,y-f(x)=0是方程,分析函数或者方程首先要关注讨论的对象——自变量.定义域优先指的是研究函数问题时,首先应明确函数的自变量是什么,其范围是多少,是连续的还是不连续的等.
  例1函数f(x)的定义域为R,若f(x 1)、f(x-1)都是奇函数,则()
  A.f(x)是偶函数B.f(x)是奇函数
  C.f(x)=f(x 2)D.f(x 3)是奇函数
  解析f(x 1)、f(x-1)都是奇函数得函数f(x)关于点(-1,0)、(1,0)对称,类比三角函数得f(x)=f(x 4),即得函数关于点(-3,0)对称,选C.
  上述的解法涉及的知识点是图像平移、类比三角函数性质,从函数的角度如何求解呢?从函数的自变量与变量角度解读,奇函数的代数特征为:自变量互为相反数,其函数值互为相反数;其几何特征为:点(x,f(x))与点(-x,-f(x))在函数f(x)图像上,并关于原点对称.
  本题另解为:f(x 3)=f[(x 2) 1]
  =-f[-(x 2) 1]=-f(-x-1)=f(x-1)
  =f[(x-2) 1]=-f[-(x-2) 1]
  =-f(-x 3)
  二、基本活动经验之二:研究函数问题,其图像优先
  y=f(x)是函数,y-f(x)=0是方程,其联结的桥梁是函数图像.函数图像能够直观形象地表示函数自变量与变量关系的变化情况,生动地表现出函数图像的动态,可以帮助我们理解抽象函数关系的意义,同时函数图像又是运用数形结合思想方法的基础,利用函数图像可以更好地研究函数的性质.
  例2已知f(x)=13x3 (2 m)x2-x在(1,3)上不是单调函数,求实数m的取值范围.
  解∵f′(x)=x2 (4 2m)x-1且函数y=f(x)在(1,3)上不是单调函数,
  ∴函数y=f(x)在(1,3)上存在极值点.
  生1:求出f′(x)=0的根,转化为求不等式;
  生2:由零点存在性定理得:f′(1)f′(3)<0;
  生3:分两类:①函数y=f(x)在(1,3)上存在两个极值点,②函数y=f(x)在(1,3)上存在一个极值点;
  生4:∵f′(x)=x2 (4 2m)x-1的图像开口向上且過定点(0,-1).
  ∴函数y=f(x)在(1,3)上只存在一个极值点.
  ∴f′(1)f′(3)<0.
  从解法的运算量来说,生4的解法最优,其根本原因是生4结合了图像特征判定“导函数在(0, ∞)上只有一个零点”,而生3没有分析导函数的图像,虽然对零点存在性定理理解较好,但陷入了复杂的分类讨论.
  三、基本活动经验之三:研究函数问题,其性质优先
  函数三要素可以简化为二要素:定义域、对应法则.在求解函数试题时,通过研究函数的解析式,对函数形成整体把握有利于解题,尤其是在求解一些较难的试题时,对函数性质的研究往往能找到解题的切入点.
  例3设函数f(x)=ex-1-x-ax2.
  (1)若a=0,求f(x)的单调区间;(2)若当x≥0时f(x)≥0,求a的取值范围.
  先看命题者给出的解法(主要讨论第二问):
  法1(2)若a>12,由于x≠0时,ex>x 1,
  可得e-x>-x 1,e-x-1>-x,
  所以,-2ax<2a(e-x-1),
  f′(x)  ∴当x∈(0,ln2a)时,f′(x)<0,而f(0)=0,于是存在x∈(0,ln2a)使得f(x)12时f(x)≥0在x≥0 上不恒成立.
  综上所述:实数a的取值范围为-∞,12.
  根据高中导数教学现状,这道题的一般性的思考流程应为:求导函数—解f′(x)>0—讨论f(x)的单调性—解f(x)min>0,本题给学生设置的障碍是不能求解f′(x)>0.怎么办?我们认为,不能求解f′(x)>0时,应基于经验转而研究导函数f′(x)的性质.
  法2令g(x)=f′(x)=ex-1-2ax,
  ∴g′(x)=ex-2a,由x≥0得ex≥1,
  ∴当a≤12时,g′(x)≥0恒成立,
  即g(x)=f′(x)=ex-1-2ax≥g(0)=0恒成立;
  当a>12时,g′(x)=ex-2a存在零点x=ln2a,函数g(x)=f′(x)在(0,ln2a)上为减函数,在(ln2a, ∞)上是增函数,且g(0)=0,
  ∴当x∈(0,ln2a)时,g(x)=f′(x)<0,而f(0)=0,
  于是存在x∈(0,ln2a)使得f(x)  即a>12时f(x)≥0在x≥0上不恒成立.
  本题解法涉及了二次求导,高考后引起了激烈的讨论,有部分教师认为超纲,其实从研究函数性质的角度是没有超纲的,用导数研究函数性质是一种通性通法.
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