极值问题错解剖析

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   一、极值定义中的错解,辨析与反思
   例1 函数f(x)在开区间M上只有一个极大值点和一个极小值点,则判断正确的是( )
   (A) 极大值必大于极小值
   (B) 极大值必小于极小值
   (C) 在区间M上必有最值
   (D) 可能极大值会小于极小值
   错解:因为函数f(x)在开区间M上只有一个极大值点和一个极小值点,所以必然极大值大于极小值,故选择答案(A).
   辨析:题目条件中的函数f(x)不一定在开区间M上是连续的,可能是
  
  图1以分段函数的形态出现,则情况就出现了变化.可能极大值会大于极小值,也可能极大值等于极小值,也可能极大值小于极小值,所以正确答案是(D).
   理由如下:答案(A)的反例如图1.
   答案(B)的反例为图2.
  
  
  图2 图3
  答案(C)的反例为图3.
   由(A)、(C)的反例知答案(D)是正确的.
   反思:若连续函数在开区间M上只有一个极大值点和一个极小值点,则极大值必大于极小值.若函数在开区间M上不连续的话,则极大值和极小值的大小是不确定的.
  
  
  图4练习:如图4,下列说法正确的是()
   (A) 在开区间(a,b)内,函数只有一个极大值点和一个极小值点
   (B) 极大值小于极小值
   (C) 有一个极大值点,有2个极小值点
   (D) 以上答案都不对
   答案:(C)
   辩析:极值是局部性概念,只要在函数图象上局部某点最低且在该点附近有定义,则该点为极小值点.反之为极大值点.这与图象在局部是否连续无关.本题图中图象与y轴交点也是一个极小值点.
   二、求极值问题中的错解,辨析与反思
   例2 求函数f(x)=3(x2-a2)2(a>0)在(-∞,+∞)内的极值.
   错解:因f ′(x)=23(x2-a2)-13·2x=4x33x2-a2,由f ′(x)=0得x=0.
   当x变化时,y,y′的变化情况如表1.
   因此,当x=0时,y有极大值,并且, y极大值=3a4.
  
   辨析:函数f(x)在x=±a处不可导,并不意味着f(x)在x=±a处没有极值.实际上因为函数f(x)在x=±a处连续,在x=±a处有可能极值存在,因此当x变化时,y,y′的变化情况应该如表2所示.
  
  所以y极小值=f(-a)=0,y极大值=f(0)=3a4,y极小值=f(a)=0.
   反思1:在确定极值时,只讨论满足f ′(x)=0的点附近的导数的符号的变化情况,来确定极值是不全面的.因为在函数定义域内不可导点处也可能存在极值.如上例中:函数f(x)在x=±a处不可导,但是在x=±a处却有极值.实际上,从极值定义分析,极值与可导无关.
  
  “碰撞”问题规律探秘
  
  
  湖北省武汉市武昌水果湖高中(430071)  梁依斌
  “碰撞”问题是高中物理教学中动量守恒定律和能量问题的重点,也是难点,同时又是高考的热点.它所反映出来的物理过程、状态变化及能量关系,能够全方位地考查学生的理解能力、逻辑思维能力及分析推理能力.
   一、“碰撞”问题的分类
   下面以两物体的对心碰撞为例加以讨论,设两个小球的质量分别为m1和m2,在同一直线上运动速度分别为v10和v20,设碰撞后,两球还是在该直线上运动,速度分别为v1和v2,则碰撞后两物体的分离速度(v2-v1)与碰撞前两物体的接近速度(v10-v20)成正比.比例系数决定于两物体的材料性质.
   即 v2-v1=e(v10-v20).
  通常e称为恢复系数.
   1.完全非弹性碰撞(e=0)
   若两物体碰撞后不再分开,设碰后的速度为v,由动量守恒定律得:
   m1v10+m2v20=(m1+m2)v
   则,两物体碰后共同速度为
  
  
  v=m1v10+m2v20m1+m2
   损失的动能为:
   ΔEk=12m1v210+12m2v220-12(m1+m2)v2
   2.非弹性碰撞(0 0
  
  ΔE=12(1-e2)m1·m2m1+m2(v10-v20)2
   3.弹性碰撞(e=1)
   由动量守恒定律,得
   m1v10+m2v20=m1v1+m2v1
  由于弹性碰撞总动能不变,即
   12 m1v210+12m2v220=12m1v21+12m2v2
  两式联立得:
   v1=(m1-m2)v10+2m2v20m1+m2
   v2=(m2-m1)v10+2m2v20m1+m2
   二、弹性碰撞的特点归纳
   两物体完全非弹性碰撞后的共同速度为
  
  
  v=m1v10+m2v20m1+m2
   而两物体发生弹性碰撞后的速度分别为
  v1=(m1-m2)v10+2m2v20m1+m2
   v2=(m2-m1)v10+2m2v20m1+m2
   根据以上分析,弹性碰撞有如下特点:
   (1)对两个弹性小球而言,它们碰前与碰后的速度之和相等,且等于对应完全非弹性碰撞共同速度的两倍,即
   v10+v1=2v v20+v2=2v
   (2)碰撞前的接近速度等于碰撞后的分离速度,即
  
  
  v10-v20=v2-v1
   (3)若两弹性小球的质量相等,则它们碰后交换速度,即若m1=m2,则v1=v20,v2=v10
   (4)“动碰静”,即让运动的小球与静止的小球相碰(v20=0),则
  
  
  v1=(m1-m2)v10m1+m2
  
  
  v2=2m1v1m1+m2
   有如下三情况:
   a. 当m1m2时,v1=v20,v2=2v10
   比如,在交通事故中如果车撞到运动的物体,一般情况下车的质量远大于与其相撞的物体的质量,事故发生后,被撞物体的速度将大致等于撞前车速的2倍.“鸟撞问题”即是如此,飞鸟和飞机相撞前的速度相对飞机速度可忽略,则碰后飞鸟的速度几乎是碰前飞机速度的2倍,因此,飞机对飞鸟做功很大,飞机和飞鸟之间的相互作用力也非常大,从而导致质量很小的飞鸟撞毁飞机的事件.因此,行人一定要注意交通安全.
   b. 当m1=m2时,v1=0,v2=v10,即当两球质量相等,碰后碰撞小球静止,而被碰小球获得了碰撞小球碰前的速度,即两球交换了速度.
   c.当m1m2时,v1=-v10,v2=0,即小物体在碰撞静止的大物体后,大物体几乎静止不动,而小物体几乎以原速度弹回.如,乒乓球撞墙后、气体分子与容器壁的垂直碰撞、反应堆中中子和重核的碰撞都属于这样的例子.
  
  
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